BIM技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)幕墻施工過程中的應(yīng)用研究

劉超

(山西建筑工程集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002)

1 BIM技術(shù)概述

1.1 BIM技術(shù)的定義

BIM是Building Information Modeling的縮寫，也就是建立信息模型。它在70年代被提到，此后，一些學(xué)者繼續(xù)探索，直到2002年美國公司正式提出并發(fā)展了BIM的概念。中國在2004年左右開始接觸BIM概念。有學(xué)者認(rèn)為BIM定義有三個(gè)層次:第一層次是用于建立模型的應(yīng)用軟件；第二個(gè)層次是建筑設(shè)計(jì)和建筑文件的數(shù)字電腦化過程；第三個(gè)層次是新政策和新合同的行動(dòng)方式、新的股東關(guān)系和新的實(shí)踐方式。BIM是結(jié)構(gòu)所有信息的數(shù)字表達(dá)，是完善和使用結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)化電子模型的行為，這個(gè)過程是一個(gè)透明和可持續(xù)的協(xié)作工作環(huán)境。BIM在建設(shè)項(xiàng)目的整個(gè)過程都可以運(yùn)用，可以提高施工效率，作為一種項(xiàng)目管理效率技術(shù)，BIM技術(shù)可以反映增加的長期利潤，而不是節(jié)省短期利潤。一般來說，BIM是以建筑領(lǐng)域?yàn)閷?duì)象，將計(jì)算機(jī)化和智能化應(yīng)用于建筑項(xiàng)目整個(gè)生命周期的方法及過程，簡(jiǎn)單說來就是建筑的信息化。

1.2 BIM在幕墻中的研究現(xiàn)狀

2011年，龍文志要求幕墻施工企業(yè)盡快實(shí)施BIM，全面提高建筑幕墻行業(yè)的管理水平和技術(shù)水平。我國幕墻行業(yè)的相關(guān)人員和大量的學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)在幕墻中的應(yīng)用進(jìn)行了大量實(shí)踐研究，使得BIM技術(shù)在幕墻中的應(yīng)用取得了一定的成果。通過平安金融中心幕墻項(xiàng)目，研究了BIM技術(shù)在幕墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。結(jié)果表明，在幕墻工程設(shè)計(jì)中，BIM可以支持各種工程施工信息的連續(xù)應(yīng)用和實(shí)時(shí)更新。這些信息可靠性強(qiáng)、質(zhì)量高、集成度高、協(xié)調(diào)性強(qiáng)，大大增高了設(shè)計(jì)和動(dòng)工過程的質(zhì)量與速率，大大降低了成本。目前BIM主要停留在Revit等軟件的應(yīng)用上，如Rhino(美國Robert mcneel&Assoc開發(fā)的3D建模軟件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域)在幕墻專業(yè)中的應(yīng)用并不十分普及。在探究以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的幕墻的施工技術(shù)之時(shí)，通過案例研究，研究了BIM幕墻施工技術(shù)，包括基礎(chǔ)標(biāo)高測(cè)量、深入幕墻設(shè)計(jì)、施工模擬。在基于BIM的綜合隔墻工程應(yīng)用中，通過對(duì)我國幕墻現(xiàn)狀的研究和綜合，展示了BIM在綜合隔墻工程信息應(yīng)用方面的廣闊前景。然而，中國建筑幕墻行業(yè)最普遍的情況是BIM應(yīng)用率低，員工對(duì)BIM的接受度不高，BIM技術(shù)在行業(yè)內(nèi)仍處于緩慢發(fā)展階段。建筑幕墻是建筑工程裝飾分部設(shè)計(jì)中的一個(gè)分項(xiàng)工程，它的設(shè)計(jì)在特別大的程度之上是由建筑和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來決定的。目前，BIM在建筑的設(shè)計(jì)當(dāng)中的使用比例較低，幕墻的設(shè)計(jì)師仍然采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)。幕墻設(shè)計(jì)師必須根據(jù)建筑和結(jié)構(gòu)的二維圖紙對(duì)專業(yè)幕墻進(jìn)行二次設(shè)計(jì)。如果采用BIM技術(shù)，則需要將建筑和結(jié)構(gòu)的二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維模型，這對(duì)于幕墻設(shè)計(jì)師來說通常是不可能的。因此，為了將BIM應(yīng)用于幕墻工程，我們需要從源頭上解決這一問題，這也有賴于整個(gè)建筑行業(yè)提高BIM技術(shù)的應(yīng)用水平。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM技術(shù)在西方國家得到了廣泛的應(yīng)用，在我國它的應(yīng)用仍然相對(duì)較低，還有許多領(lǐng)域需要改進(jìn)?？偟膩碇v，我國的相關(guān)工作人員對(duì)BIM有一部分的了解，許多建筑公司也加強(qiáng)了BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用，這表明我們國加對(duì)于BIM的使用有了很大一部分的看中。然而，不可否認(rèn)的是，盡管BIM技術(shù)在中國的許多建設(shè)項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用，但其滲透率仍然不足，應(yīng)用率還不高。隨著建筑要求的加多，許多公司在面對(duì)許多的難度大、面積也大的建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候都必須運(yùn)用BIM技術(shù)，這同時(shí)促進(jìn)了許多 BIM 技術(shù)的企業(yè)的出現(xiàn)，其在中國的應(yīng)用將日益成熟和廣泛。

2.1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1.1 BIM技術(shù)的特點(diǎn)是

1)數(shù)據(jù)的組合。這是一個(gè)綜合建筑的工程初始的數(shù)據(jù)的流程，具有及時(shí)性和高精度的特征；2)數(shù)據(jù)的共享特征。 施工模式是現(xiàn)有員工在不同的施工期和不同的工程項(xiàng)目確保不同的員工可以在不同的時(shí)間使用該模型，BIM技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的完全共享；3)全周期，BIM提供的信息可運(yùn)用在建筑工程的所有施工的階段當(dāng)中，包括組建初期、中期應(yīng)用階段和后續(xù)維護(hù)階段；4)全面運(yùn)用性，在動(dòng)工的不同階段，參與動(dòng)工的工人和他們動(dòng)工的方法全會(huì)有所不同。BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以保證各階段數(shù)據(jù)信息應(yīng)用的完整性，為不同時(shí)候的各類員工提供精準(zhǔn)、完美的動(dòng)工的數(shù)據(jù)。

2.1.2 BIM技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國對(duì)建筑外觀的要求在慢慢的加多，許多建筑在外觀的設(shè)計(jì)方面有很高的需求，尤其是巨大的商業(yè)的建筑幕墻的設(shè)計(jì)特別的復(fù)雜和困難。以前的二維的設(shè)計(jì)模型已不能滿足這類建筑工程的外觀的設(shè)計(jì)要求。因此，BIM在幕墻的設(shè)計(jì)之中得到了廣泛的使用，一開始，該APP用于處理設(shè)計(jì)更困難的設(shè)計(jì)的工程。BIM的三維特性可以完成第一個(gè)數(shù)據(jù)的模型的構(gòu)建和幕墻板分割的模擬。因此，與以前的二維的模型的設(shè)計(jì)相比，BIM在商業(yè)的建筑的幕墻設(shè)計(jì)之中的優(yōu)點(diǎn)更加的明確，主要表現(xiàn)在下面的幾格點(diǎn)。第一，它可以完成從設(shè)計(jì)概念到模型之間的互換。當(dāng)在設(shè)計(jì)幕墻之時(shí)，設(shè)計(jì)工作人員有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)知識(shí)，但不能直接用圖片展示設(shè)計(jì)概念。然而，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)可以協(xié)助設(shè)計(jì)工作人員將設(shè)計(jì)的想法轉(zhuǎn)化為模型，以更真實(shí)、更立體的方式展示設(shè)計(jì)師的想法；其次，支持設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以幫助設(shè)計(jì)師根據(jù)數(shù)據(jù)完成幕墻設(shè)計(jì)。同時(shí)，模型構(gòu)建還可以協(xié)助設(shè)計(jì)工作人員依據(jù)模型發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的方案之中的不和諧、不合理等問題，并對(duì)優(yōu)化方案提出進(jìn)一步建議；最后，確保了幕墻的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的精確性。

2.2 利用BIM進(jìn)行三維幕墻設(shè)計(jì)分析

在傳統(tǒng)的工程方案設(shè)計(jì)中，機(jī)電、給排水、 幕墻裝飾等專業(yè)的設(shè)計(jì)必須在建筑結(jié)構(gòu)主要圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完成后才能插入。設(shè)計(jì)周期長，過程中需要面對(duì)面溝通的內(nèi)容多，學(xué)科范圍廣，容易出現(xiàn)溝通延遲、表達(dá)不準(zhǔn)確等問題。隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的速度和深度已經(jīng)不能滿足項(xiàng)目的需要。迫切需要在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用。BIM模型用于在設(shè)計(jì)階段綜合各專業(yè)節(jié)點(diǎn)上的設(shè)計(jì)信息和關(guān)鍵信息，在施工階段最大限度地傳遞設(shè)計(jì)信息，并以三維信息模型的形式傳遞到施工階段。施工單位結(jié)合場(chǎng)地現(xiàn)狀收集場(chǎng)地實(shí)際數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)計(jì)模型對(duì)施工階段進(jìn)行深入設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)場(chǎng)土建結(jié)構(gòu)的進(jìn)展，在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在正式施工前，按BIM模型對(duì)幕墻進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。并在BIM模型中進(jìn)行施工演示、施工前和施工模擬。配合土建結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行前期預(yù)埋板工作。

3 BIM在鋼結(jié)構(gòu)幕墻工程中應(yīng)用的可行性

對(duì)于現(xiàn)有的幕墻市場(chǎng)，幕墻形狀主要包含有單元式的幕墻與框架式的幕墻?？蚣艿哪粔χ饕糜诖笮皖惖慕ㄖ?，依據(jù)框架的幕墻的復(fù)雜程度，不太恰當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)工，墻體通常需要通過預(yù)先設(shè)定規(guī)范和工藝在工廠預(yù)制，可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)預(yù)制組裝。此外，在這個(gè)過程當(dāng)中，依據(jù)嚴(yán)肅督促和再次的動(dòng)工，可以提高幕墻的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。因此，該方法具有較好的穩(wěn)定性。單元的幕墻可單獨(dú)的拆成每一個(gè)的幕墻單位，在工廠獨(dú)立加工后，主體施工完成后可現(xiàn)場(chǎng)拼裝，比其他類型的幕墻更方便，也更適用于建筑市場(chǎng)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在建筑主體結(jié)構(gòu)的施工中，單元的幕墻可同時(shí)進(jìn)行動(dòng)工，從而很大的增高了動(dòng)工的速率。例如：麗水城市花園中心項(xiàng)目主要采用的就是框架式的幕墻。主要包括有：框架玻璃幕墻、框架鋁板幕墻、石材幕墻、框架拉伸網(wǎng)幕墻、鋁板雨棚 、玻璃采光頂、玻璃欄板、鋁板廣告位、金屬屋面等。幕墻效果如圖1、圖2所示。

圖1 幕墻施工完成效果圖

圖2 幕墻施工完成效果圖

該項(xiàng)目位于麗水市中軸線上,北臨城市主干道麗陽路,西臨城市主軸線花園路。為創(chuàng)新山水共融建筑模式，將環(huán)境景觀設(shè)計(jì)與商中心空間設(shè)計(jì)融為一體。該項(xiàng)目占地面積：24565m；總建筑面積：111326.52m，支撐鋼框架結(jié)構(gòu)體系?？傆娩摿浚?.15萬t,幕墻面積：61500m。致力于打造一個(gè)融合辦公、商業(yè)、娛樂、休閑的5A級(jí)高端商務(wù)綜合體

4 BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

4.1 多專業(yè)碰撞檢查

在幕墻項(xiàng)目的動(dòng)工過程之中，經(jīng)常會(huì)引發(fā)部分碰撞，導(dǎo)致無法保證工程質(zhì)量，給建筑單位造成直接經(jīng)濟(jì)損失。碰撞的檢測(cè)不只是可以在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中看到由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤引起的軟性碰撞、硬性碰撞類的錯(cuò)誤，也可以發(fā)現(xiàn)動(dòng)工的程序造成的碰撞方面的問題，從而保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)空間，有效加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理，減少施工過程中的碰撞，避免工程返工的發(fā)生，施工延誤和其他問題。

4.2 以 BIM 技術(shù)進(jìn)行快速施工模擬建模

用于整合項(xiàng)目的三維的模型與動(dòng)工的方案，以獲得4D施工方案的模擬。在4D施工仿真平臺(tái)上，施工進(jìn)度更加直觀清晰，各個(gè)界面清楚，動(dòng)工程序的約束合理，施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃模擬，規(guī)范施工工藝安排，科學(xué)恰當(dāng)?shù)慕M織動(dòng)工方法。根據(jù)場(chǎng)地現(xiàn)狀、施工方案、構(gòu)件組裝安裝要求、各專業(yè)橫向施工關(guān)系為根據(jù)，采用BIM科學(xué)恰當(dāng)?shù)亻_始場(chǎng)地的布置、材料的堆放規(guī)劃和取料路徑的安排，確保動(dòng)工順利的進(jìn)行。BIM能夠在三維的模型的基礎(chǔ)之上模擬實(shí)際的動(dòng)工過程，通過分析預(yù)測(cè)施工環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)，編制確定高效的施工模擬建模，確?，F(xiàn)場(chǎng)安全。

4.3 施工進(jìn)度管理

通過BIM技術(shù)，施工方案可以與BIM信息模型結(jié)合起來，可以建立你的4D模型，然后依據(jù)計(jì)算機(jī)的軟件直接清晰將其可視化，把動(dòng)工方案與實(shí)際的動(dòng)工的時(shí)間進(jìn)行比較分析，以圖表的形式報(bào)告結(jié)果，以使施工進(jìn)度更清晰，準(zhǔn)確方便地編制相關(guān)的解決方法和措施，給深入完善動(dòng)工隊(duì)伍打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，在鋼結(jié)構(gòu)幕墻動(dòng)工方案之中使用BIM可以實(shí)現(xiàn)模擬管理，通過對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的分析，形成更加完善的材料供給的計(jì)劃和動(dòng)工的方案，計(jì)劃確保每個(gè)流程的建設(shè)更加合理有效，信息和數(shù)據(jù)的合成更加的快速，高效的避開了建筑資源、建筑材料和其他預(yù)付款以及鋼結(jié)構(gòu)的幕墻的安裝的速度和結(jié)果。

4.4 合理調(diào)整工程造價(jià)

傳統(tǒng)的建筑工程選舉模式通常只會(huì)在部分當(dāng)中選取建筑公司，對(duì)于建筑業(yè)來說，建筑公司可以獲得特別巨大的收益。伴著市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)的整改，供應(yīng)模型已變成一種新的挑選，具有競(jìng)爭(zhēng)力的公司已經(jīng)從部分競(jìng)爭(zhēng)變成了全國范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)，它大大降低了企業(yè)所能得到的收益。獲勝的公司在獲得項(xiàng)目實(shí)施后，為了獲得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，必須保證在項(xiàng)目動(dòng)工的品質(zhì)的依據(jù)之上，找到減少支出的方式。BIM的使用借助4D系統(tǒng)，能夠協(xié)助企業(yè)收集更完整的動(dòng)的數(shù)據(jù)的消息，建立基本模型，發(fā)現(xiàn)基本模型能夠完善的建設(shè)性的步驟，從此有效地提高建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)工速率，減少建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)工的支出費(fèi)用。

4.5 施工界面劃分整齊

幕墻工程在具體施工中經(jīng)常與其他專業(yè)的施工相沖突，在這個(gè)過程中，如果發(fā)生碰撞等沖突，將嚴(yán)重影響幕墻的施工。利用BIM技術(shù)，可以有效、合理地模擬規(guī)劃和區(qū)分整個(gè)區(qū)域，包含施工進(jìn)度和施工條件，使施工過程能夠順利進(jìn)行。此外，在施工中使用BIM技術(shù)還可以使施工數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，方便時(shí)時(shí)刻刻改進(jìn)施工工藝。

4.6 能有效指導(dǎo)幕墻板及材料的更換

BIM模型包含每個(gè)幕墻的大量數(shù)據(jù)信息，在每個(gè)單位幕墻方面，有固定的識(shí)別碼，因此可以根據(jù)需求顯示和查看其中的單個(gè)分區(qū)元素。例如：顯示幕墻的連接件狀態(tài)，型號(hào)，可以節(jié)省時(shí)間和人力，并且不需要太多使用二維設(shè)計(jì)也可以增強(qiáng)建筑效果。

5 結(jié)語

運(yùn)用 BIM 技術(shù)，對(duì)于幕墻施工來說，是其主動(dòng)適應(yīng)市場(chǎng)變化的一個(gè)必然的趨勢(shì)。在幕墻工程中使用BIM技術(shù)可以有效控制施工技術(shù)、管理和項(xiàng)目經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，也可以減少幕墻工程中建筑材料的損失難題，其前景非常廣闊。