BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

陳家倫

身份證號碼：3504261993****3514 福建 福州 350009

引言

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)最早起源于美國，該技術(shù)以信息為基礎(chǔ)，通過軟硬件為項(xiàng)目從規(guī)劃、勘查、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理等建筑的各個(gè)階段提供可行性決策、最優(yōu)方案、智慧服務(wù)的一種創(chuàng)新技術(shù)。BIM技術(shù)使用對建筑行業(yè)發(fā)展具有明顯意義，設(shè)計(jì)人員在建立信息模型過程中，建模人員能將圖紙中提供的數(shù)據(jù)信息匯總到三維模型內(nèi)，數(shù)據(jù)信息能在建模中真實(shí)展示出來。裝配式鋼結(jié)構(gòu)中使用BIM技術(shù)，主要是將施工前的項(xiàng)目規(guī)劃、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、后續(xù)施工任務(wù)以及項(xiàng)目管理等，將裝配鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的信息傳遞斷層情況給予解決。工程技術(shù)人員使用BIM技術(shù)能將鋼結(jié)構(gòu)全面拆解、系統(tǒng)分析，應(yīng)用BIM技術(shù)在裝配鋼結(jié)構(gòu)中，對鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的發(fā)展會起到幫助。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)施工中的特點(diǎn)及優(yōu)勢

1.1 設(shè)計(jì)過程可視化

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展中，現(xiàn)場施工技術(shù)人員并非直接使用3D模型，而是使用二維和三維兩種軟件相互結(jié)合，需要不停對兩種軟件實(shí)行切換，技術(shù)人員通過自己想象在腦海中形成完整的圖形。鋼結(jié)構(gòu)裝配施工中物涉及的內(nèi)容種類多，同時(shí)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期較長，耗費(fèi)人力和物力多[1]。BIM技術(shù)出現(xiàn)能有效降低設(shè)計(jì)人員的工作量，設(shè)計(jì)人員僅需要建立三維數(shù)據(jù)模型，將設(shè)計(jì)圖紙中要求內(nèi)容，通過三維形式展示出來，設(shè)計(jì)人員的工作內(nèi)容不再局限與平面設(shè)計(jì)。此外，傳統(tǒng)意義上建筑物效果圖制作方式均是設(shè)計(jì)單位邀請專業(yè)渲染公司，渲染工作并非專業(yè)的設(shè)計(jì)人員，這一過程中設(shè)計(jì)人員與渲染公司的工作人員互動很少，導(dǎo)致渲染出來的效果與設(shè)計(jì)人員的預(yù)期差異性明顯。BIM技術(shù)的出現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)構(gòu)件良好的互動，設(shè)計(jì)人員實(shí)施模型建立過程中，任何時(shí)間節(jié)點(diǎn)均能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的可視化，設(shè)計(jì)人員通過觀看渲染圖，了解裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體情況，對后續(xù)的施工也能提供專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)。

1.2 施工過程協(xié)同性

裝配式鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目想要順利實(shí)施，需要設(shè)計(jì)單位與施工單位形成良好的協(xié)作關(guān)系，然而，裝配鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目在實(shí)施過程中，因溝通出現(xiàn)問題，導(dǎo)致后續(xù)的施工受到影響案例數(shù)不勝數(shù)，設(shè)計(jì)單位和施工單位管理人員要找出溝通不暢的原因，尋找出最為恰當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法。工程項(xiàng)目中設(shè)計(jì)人員數(shù)量較多，不同設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)位置差異性明顯，開展裝配設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員之間缺少溝通，必然會導(dǎo)致施工周期內(nèi)會出現(xiàn)交叉問題[2]。例如，暖通管線在布管過程中，設(shè)計(jì)人員要在施工圖紙上標(biāo)注出管線走向，然而，實(shí)際布管工作開展時(shí)，施工的管線可能與房屋主體結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，這些均是裝配鋼結(jié)構(gòu)施工中最為常見的現(xiàn)象。技術(shù)人員使用BIM技術(shù)便能輕松化解沖突。工程項(xiàng)目中不同專業(yè)之間發(fā)生的沖突情況，設(shè)計(jì)人員也能使用數(shù)據(jù)調(diào)整方式，避免造成鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)出現(xiàn)損失的情況。BIM技術(shù)能處理不同專業(yè)之間的問題，對復(fù)雜的施工工藝也能給予解決，常見電梯井位置選擇、防火通道與安全管理問題出現(xiàn)沖突后，設(shè)計(jì)人員均能使用BIM技術(shù)予以解決。

1.3 施工前的模擬性

建筑施工的模擬性主要是指開展模擬測試，模擬種類包含建筑物外能源消耗模擬、房屋疏散通道的模擬、采光情況模擬以及房屋熱效率的模擬等，此種計(jì)算方式在平面設(shè)計(jì)時(shí)很少被提及。然而，在使用BIM技術(shù)開展設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，上述提到的問題均能被實(shí)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)對外招標(biāo)過程中，通過數(shù)據(jù)的變化將能源消耗、房屋疏散、采光情況以及房屋熱效率展示出來，設(shè)計(jì)人員也可以使用4D成像技術(shù)獲取相同的效果。項(xiàng)目建筑施工階段的成本管理工作和后續(xù)運(yùn)營工作，也可以選擇使用BIM技術(shù)實(shí)施模擬，常見的自然和地質(zhì)災(zāi)害，使用BIM技術(shù)也能模擬救援過程，確保施工人員和使用人員的安全。

1.4 施工階段的優(yōu)化性

建筑工程的項(xiàng)目優(yōu)化工作起源于項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，最終到項(xiàng)目運(yùn)營階段，每個(gè)過程均需要給予關(guān)注并開展優(yōu)化。BIM技術(shù)的出現(xiàn)能為優(yōu)化工作提供技術(shù)支持，將復(fù)雜數(shù)據(jù)優(yōu)化工作變得更加簡單，裝配過程中的細(xì)節(jié)處理也更加完善。傳統(tǒng)意義上建筑工程項(xiàng)目優(yōu)化工作受到的影響因素多種多樣，常見數(shù)據(jù)信息傳遞、數(shù)據(jù)復(fù)雜程度以及對施工周期影響等，技術(shù)人員想要徹底優(yōu)化建筑項(xiàng)目，需要關(guān)注建筑物的專業(yè)數(shù)據(jù)，如建筑物節(jié)能情況、緊急疏散通道、房屋熱傳導(dǎo)等，這些數(shù)據(jù)內(nèi)容日常施工中很難被關(guān)注和計(jì)算[3]。使用BIM技術(shù)便能輕松解決此類問題，將不合理的施工內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，保證施工和運(yùn)營周期內(nèi)建筑工程能順利執(zhí)行下去。

2 BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

本案例選擇徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項(xiàng)目，項(xiàng)目位于徐州飛虹公司廠區(qū)內(nèi)，房屋總樓層為四層，建筑物的安全等級為二級，使用年限為五十年。該工程底部基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工，上部鋼結(jié)構(gòu)施工采用預(yù)制裝配法。

2.1 施工流程設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)人員大多數(shù)在二維環(huán)境下繪制施工用圖紙，施工中涉及的土建部分和機(jī)電設(shè)備均處于獨(dú)立部分，現(xiàn)場施工管理人員協(xié)調(diào)各個(gè)部門之間難度系數(shù)較高。使用BIM技術(shù)能建立起統(tǒng)一化的信息模型平臺，將工程項(xiàng)目中涉及的內(nèi)容融入同一個(gè)數(shù)據(jù)模型中，通過數(shù)據(jù)模擬功能協(xié)調(diào)統(tǒng)一工程項(xiàng)目中的問題。本案例中技術(shù)人員利用Revit、Navisworks等軟件進(jìn)行項(xiàng)目結(jié)構(gòu)施工模型的建立、進(jìn)行可視化的模擬與分析，借助軟件功能分析建筑物的能耗情況，尋找出建筑物的最佳朝向和間距。設(shè)計(jì)人員確認(rèn)完上述數(shù)據(jù)后，繪制三維鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模型，使用Revit軟件創(chuàng)建的模型確認(rèn)構(gòu)件的數(shù)量，使用Revit軟件創(chuàng)建的模型和其他軟件相結(jié)合，對鋼結(jié)構(gòu)裝配施工過程開展模擬工作，確保后續(xù)的施工工作能順利實(shí)施。

2.2 選擇使用BIM技術(shù)建模

徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)人員選擇使用Autodesk Revit 2014開展BIM建立模型，項(xiàng)目實(shí)施過程中，首先，需要?jiǎng)?chuàng)建出適合設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的模板，設(shè)計(jì)人員通過建立的三維視圖了解各項(xiàng)參數(shù)，模型建立后能達(dá)到繪圖的標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)效率也能得到顯著提升。其次，設(shè)計(jì)人員在已有圖庫的基礎(chǔ)上，創(chuàng)作出適合本工程項(xiàng)目要求的構(gòu)件圖，確保結(jié)構(gòu)受力達(dá)到要求的前提下，實(shí)現(xiàn)建筑用空間的完整性，確保構(gòu)件不會在墻體中突出來。技術(shù)人員選擇使用異形束柱和相關(guān)的節(jié)點(diǎn)作為配套，異形束柱使用能夠讓模型展示得更加清晰準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了工程構(gòu)件裝配模擬工作[4]。最后，設(shè)計(jì)人員需要將建筑模型深度明確表現(xiàn)出來，將物理模型和分析模型細(xì)致對接并管理。該項(xiàng)目施工前設(shè)計(jì)人員通過模擬的方式對建筑物的采光和能源消耗情況分析，通過改變圍欄周圍相關(guān)參數(shù)，可以提升模型性能。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來構(gòu)建出徐州飛虹新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項(xiàng)目實(shí)施BIM模型建立，形成完整的BIM模型。詳見圖1、圖2。

圖1 結(jié)構(gòu)主體圖

圖2 模型三維效果圖（內(nèi)部）

2.3 采光能耗分析

現(xiàn)階段，國家推行的綠色環(huán)保建筑，越來越引起建筑企業(yè)的關(guān)注，綠色建筑物的評定標(biāo)準(zhǔn)與采光情況和戶型的建立有關(guān)，采光分析工作包含兩個(gè)部分，分別是建筑物的朝向以及日照的間距兩個(gè)部分。比如，某新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障性住宅項(xiàng)目，將上述的朝向分析和日照間距分為兩個(gè)部分分析，將其作為依據(jù)對建筑物實(shí)施調(diào)整。設(shè)計(jì)人員對建立完成的BIM模型實(shí)施采光情況分析，選擇使用判定的標(biāo)準(zhǔn)是美國用的LEED標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)常使用空間中的75%，便能達(dá)到秋分的要求，上午時(shí)間則采取秋分時(shí)間節(jié)點(diǎn)中的九點(diǎn)和十五點(diǎn)，采光照的最小數(shù)值不能低于二十五尺燭光，不能高于五百燭光。角度的選擇使用順時(shí)針形式，從0°到360°區(qū)間內(nèi)，以10°作為一個(gè)數(shù)據(jù)分析單位，每隔10°做一次數(shù)據(jù)采光分析。設(shè)計(jì)人員將樓之間的距離規(guī)定為10m，按照南北朝向的要求實(shí)施排列，使用的建筑模型均已經(jīng)被設(shè)計(jì)人員所修正。建筑物能源消耗屬于判定綠色建筑物的重要標(biāo)準(zhǔn)。Revit 軟件中包含的能量分析功能以及負(fù)荷分析功能，設(shè)計(jì)人員通過使用這兩個(gè)功能模塊對建立完成的模型進(jìn)行分析，將裝配鋼結(jié)構(gòu)中不合理的部分進(jìn)行優(yōu)化。

2.4 節(jié)點(diǎn)模型建立

裝配鋼結(jié)構(gòu)建筑物施工后，想要確保裝配式鋼結(jié)構(gòu)的整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定連接，是所有工作開展的前提條件。近年來，鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)不斷開展技術(shù)研發(fā)，已經(jīng)建立出了很多結(jié)構(gòu)點(diǎn)模型，但新模型構(gòu)件的連接形式較為復(fù)雜，安裝工序很難被現(xiàn)場的施工人員所掌握。設(shè)計(jì)人員通過BIM技術(shù)建立的鋼結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)場施工人員通過參照BIM模型指導(dǎo)構(gòu)件的安裝，由于BIM模型所見即所得的特點(diǎn)，大大提供了現(xiàn)場施工人員的安裝效率和質(zhì)量。

2.5 碰撞檢測

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作、構(gòu)件的生產(chǎn)和后續(xù)施工均要嚴(yán)格管理，確保構(gòu)件尺寸、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和位置，均要達(dá)到安裝和使用標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)計(jì)人員通過建立的三維模型能將鋼結(jié)構(gòu)中沖突情況降低，避免人為檢查工作中出現(xiàn)紕漏的情況。通過使用三維設(shè)計(jì)的分析功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，避免后續(xù)造價(jià)工作受到影響。BIM模型建立并投入使用過程中，鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)人員能快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題，常見的標(biāo)高、尺寸以及位置的標(biāo)注等，設(shè)計(jì)人員實(shí)施碰撞測試后，使用自動標(biāo)注功能生成錯(cuò)誤報(bào)告，將模型中的沖突部分渲染出來。

3 結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)字化信息技術(shù)與建筑行業(yè)結(jié)合程度變得愈加緊密，BIM技術(shù)便是在這樣背景下產(chǎn)生并逐漸應(yīng)用，工程技術(shù)人員在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中使用BIM技術(shù)，獲取成果已經(jīng)被鋼結(jié)構(gòu)裝配企業(yè)所熟知。裝配式鋼結(jié)構(gòu)中使用BIM技術(shù)，能將工作效率提升過程中，技術(shù)人員要不斷地增加研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)長久穩(wěn)定的發(fā)展。