BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用實(shí)踐探究

吳健偉 茅劍華

摘要：BIM英文全稱是Building?Information?Modeling，這種信息技術(shù)最早被應(yīng)用于制造業(yè)，在推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展的同時(shí)有效提高了產(chǎn)業(yè)利潤。當(dāng)BIM技術(shù)被應(yīng)用于建筑業(yè)之后，常被譯作建筑信息模型。本文將簡(jiǎn)單論述BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方案，希望能為建筑工程項(xiàng)目管理作業(yè)提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);鋼結(jié)構(gòu)施工;應(yīng)用方案

在建筑行業(yè)，BIM技術(shù)應(yīng)用極為廣泛，該技術(shù)在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工管理、造價(jià)管理、企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略制定與實(shí)施、組織架構(gòu)、成本管理、業(yè)務(wù)管理和經(jīng)營績(jī)效管理等方面均取得巨大成效。

1.BIM技術(shù)特征

從技術(shù)特征來看，BIM技術(shù)具有兩大基本特征：第一，模擬性。模擬性是指BIM技術(shù)系統(tǒng)軟件能根據(jù)構(gòu)件屬性對(duì)真實(shí)事物進(jìn)行模擬，在項(xiàng)目工程建設(shè)作業(yè)中，能發(fā)揮BIM技術(shù)的模擬性對(duì)整個(gè)施工操作進(jìn)行規(guī)范指導(dǎo)。第二，可視化?？梢暬?dāng)屬BIM技術(shù)最顯著的優(yōu)勢(shì)，建筑工程項(xiàng)目從立項(xiàng)設(shè)計(jì)到全部完工，歷經(jīng)初步構(gòu)思、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、實(shí)體建成等過程。

2工程特性

2.1材料特點(diǎn)

眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)是由大量鋼材作為原材料的，而鋼材的材料特性強(qiáng)度大、塑性好、韌性強(qiáng)。正是由于在鋼結(jié)構(gòu)工程中采用了大量鋼材，使得鋼結(jié)構(gòu)工程的整體重量變得更小。相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工程，鋼結(jié)構(gòu)工程有著非常明顯的重量?jī)?yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)大跨度的工程結(jié)構(gòu)而言，這種重量?jī)?yōu)勢(shì)會(huì)變得更加明顯。

2.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程來說，采用得大量鋼材是通過焊接形式進(jìn)行連接的，這也使鋼結(jié)構(gòu)工程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得非常均勻。相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程，鋼結(jié)構(gòu)工程在受力狀況上得到了有效改善，而且能夠有效貼近計(jì)算階段的模型，優(yōu)勢(shì)在于工程人員能夠更加科學(xué)地開展工程結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)而使鋼結(jié)構(gòu)工程具備更高的可靠性。相比其他材料所組成的結(jié)構(gòu)來說，鋼結(jié)構(gòu)工程在安全性和穩(wěn)定性方面有著更加突出的表現(xiàn)。

2.3工藝特點(diǎn)

從鋼結(jié)構(gòu)工程的工藝特點(diǎn)來看，鋼結(jié)構(gòu)工程所采用的大量鋼材都是通過工廠來進(jìn)行制作的。工廠在對(duì)這些鋼材進(jìn)行制作時(shí)，需要通過鋼材軋制方法來進(jìn)行，確保這些鋼材在經(jīng)過一系列加工以后，能夠形成統(tǒng)一的規(guī)格和尺寸，進(jìn)而滿足鋼結(jié)構(gòu)工程的使用要求。鋼結(jié)構(gòu)工程中采用的各種構(gòu)件都需要對(duì)鋼材進(jìn)行相應(yīng)加工，這些加工與制作流程需要得到相應(yīng)簡(jiǎn)化，才能有助于優(yōu)化建筑施工，從而順利完成整個(gè)建筑物的裝配式施工。

3傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)存在的不足

鋼結(jié)構(gòu)相比于以往的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它是一種與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有一定區(qū)別的新型結(jié)構(gòu)形式，其主要結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的施工材料也發(fā)生改變。同時(shí)，在鋼結(jié)構(gòu)工程的施工安裝效率和施工工藝、施工質(zhì)量控制要求方面，均有一定的不同。我國與國外發(fā)達(dá)國家相比，在鋼結(jié)構(gòu)施工建設(shè)方面存在一定的差異，從而一定程度上制約了我國鋼結(jié)構(gòu)工程可持續(xù)發(fā)展。具體體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：

一些鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位或者設(shè)計(jì)人員，仍在使用二維繪圖軟件進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可視化程度較低，圖紙的設(shè)計(jì)效果相對(duì)三維圖紙較差，即采用二維設(shè)計(jì)軟件繪制的圖紙可視化程度較低，對(duì)于復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)便捷化施工未取得有效的進(jìn)展。

鋼結(jié)構(gòu)加工階段存在一定的問題。由于我國在鋼結(jié)構(gòu)方面的起步相對(duì)較遲，一些鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)單位仍采用相對(duì)較為傳統(tǒng)的加工方式，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的加工成本較高，一定程度上也限制了鋼結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)環(huán)節(jié)也存在問題。

3.1工程建模應(yīng)用

在鋼結(jié)構(gòu)工程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助工程人員根據(jù)管理需要來建立各種類型的數(shù)據(jù)庫，如鋼結(jié)構(gòu)工程的構(gòu)件數(shù)據(jù)，包括構(gòu)件截面形式、加工信息、安裝位置、構(gòu)件材料等。通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的工程信息，能夠使工程人員順利構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)工程的三維模型，工程人員還可根據(jù)實(shí)際需要來自由組合這些構(gòu)件，以此形成對(duì)應(yīng)的構(gòu)件安裝方案。

3.2工程細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與成圖自動(dòng)化

將BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)工程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程各方面細(xì)節(jié)的科學(xué)化設(shè)計(jì)，還能進(jìn)行工程制圖。BIM軟件中配置了相應(yīng)的圖紙管理器，工程人員可以利用圖紙管理器來對(duì)各類施工圖紙進(jìn)行劃分，以此明確其具體類別、功能及用途，進(jìn)而使繪圖人員花費(fèi)更少的時(shí)間來對(duì)這些圖紙文件進(jìn)行科學(xué)管理，工程圖紙的繪制精度也因此得到極大提升。工程人員可以通過BIM技術(shù)來設(shè)置各類構(gòu)件的規(guī)格、尺寸，并且可以明確構(gòu)件的細(xì)節(jié)節(jié)點(diǎn)位置，依據(jù)預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)信息來運(yùn)行設(shè)定的參數(shù)，進(jìn)而確保工程施工能夠按照相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)預(yù)設(shè)要求來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)拼裝。BIM軟件可以優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)工程三維模型的各個(gè)細(xì)節(jié)，進(jìn)而確保其得到科學(xué)有效的設(shè)計(jì)，使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程的可靠性得到有效提高。

3.3開展整體性的三維模型分析

在鋼結(jié)構(gòu)工程中，利用BIM技術(shù)來構(gòu)建三維模型，可以引入相應(yīng)的外荷載，幫助工程人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的整體結(jié)構(gòu)實(shí)施受力實(shí)驗(yàn)。由BIM軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后輸出相應(yīng)的圖像與文本，這樣工程技術(shù)人員便可依據(jù)這些圖像與文本來作出科學(xué)的分析與判斷，以此了解建筑結(jié)構(gòu)在各種荷載情況下的變化現(xiàn)象。除此之外，在鋼結(jié)構(gòu)工程中可以將許多不同類型的BIM軟件綜合應(yīng)用，能夠使技術(shù)人員對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行多層面對(duì)接式分析，進(jìn)而極大提高技術(shù)人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的判斷準(zhǔn)確性。

3.4構(gòu)件碰撞檢測(cè)

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程來說，涉及的節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，而且非常復(fù)雜。施工技術(shù)會(huì)對(duì)整個(gè)工程施工有非常明顯的影響，使得這些節(jié)點(diǎn)極易發(fā)生碰撞。例如，在鋼結(jié)構(gòu)施工中可能存在管道和混凝土發(fā)生搭接碰撞的問題，通過BIM技術(shù)可以有效解決該問題。工程技術(shù)人員可以利用BIM技術(shù)來對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的三維模型實(shí)施碰撞檢測(cè)，這樣能夠幫助其對(duì)節(jié)點(diǎn)碰撞位置做出準(zhǔn)確判斷，并采取相應(yīng)的措施來加以預(yù)防，進(jìn)而有效降低構(gòu)件在安裝過程中發(fā)生的碰撞概率，同時(shí)也有助于提高各類構(gòu)件在鋼結(jié)構(gòu)工程中的安裝施工效率。

3.5工程量計(jì)算與統(tǒng)計(jì)

在鋼結(jié)構(gòu)工程中，除了要應(yīng)用大量鋼材以外，還要應(yīng)用到其他原材料，而這就需要工程人員按照相應(yīng)的截面形式與構(gòu)件類型來作出劃分，以確保整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)工程得以順利施工。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以幫助工程人員科學(xué)計(jì)算與分析工程量。BIM軟件會(huì)對(duì)這些信息進(jìn)行匯總與統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行報(bào)表輸出，而工程人員只需對(duì)這些輸出信息進(jìn)行核對(duì)即可，這樣可以使工程量的計(jì)算與匯總效率得到極大提高，更重要的是能夠有效避免計(jì)算錯(cuò)誤的發(fā)生。

3.6在施工管理中的應(yīng)用

深化設(shè)計(jì)、加工制作、現(xiàn)場(chǎng)吊裝是鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的三個(gè)主要階段，有效的信息傳遞能夠使這三個(gè)階段順利地進(jìn)行銜接，所以信息傳遞在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中是非常重要的。而運(yùn)用BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)施工管理信息的搭建，保障施工中的各個(gè)階段能夠進(jìn)行有效的銜接。例如，在進(jìn)行BIM模型搭建時(shí)，對(duì)整個(gè)工程的數(shù)據(jù)進(jìn)行了輸入，那么施工單位在編制施工組織或者施工進(jìn)度計(jì)劃的時(shí)候就能夠快速地獲得所需要的數(shù)據(jù)信息。另外，與傳統(tǒng)的施工技術(shù)相比，管理人員不需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去解決施工過程中出現(xiàn)的問題，只要做好施工的計(jì)劃和執(zhí)行，就能夠保障工程的順利實(shí)施，這樣不僅減輕了工作人員的壓力，還使工程建設(shè)的效率和質(zhì)量得到了有效的提高。

結(jié)束語

綜上所述，優(yōu)化建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)充分發(fā)揮BIM技術(shù)的作用，搭建完整的建筑鋼結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計(jì)科學(xué)的施工方案，合理規(guī)劃鋼結(jié)構(gòu)施工流程。

參考文獻(xiàn)

[1]陳虹宇，徐剛，吳賢國等.基于BIM綠色建筑信息化設(shè)計(jì)和綠色度評(píng)價(jià)研究[J].建筑技術(shù)，2019，50（8）：996-1000.