BIM技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)制作安裝施工中的應(yīng)用

趙貴林

近年來，大批民用、工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)建筑拔地而起，越來越多造型獨(dú)特的鋼結(jié)構(gòu)建筑如雨后春筍般大量出現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)也采用設(shè)計(jì)更加復(fù)雜、安裝精度要求更高的節(jié)點(diǎn)形式以滿足設(shè)計(jì)需求，對鋼結(jié)構(gòu)的加工和安裝技術(shù)均提出了更高的要求[1]。為了實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)加工和安裝的準(zhǔn)確高效進(jìn)行，二維平面不能解決的問題必須放在三維空間中去設(shè)計(jì)、觀察、測量和提取，BIM 技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用能夠更好地輔助、指導(dǎo)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的制作安裝施工[2]。

1 淺析BIM 技術(shù)

1.1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)主要采用構(gòu)建信息模型的形式，利用計(jì)算機(jī)模擬信息模型結(jié)構(gòu)，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行多元化的應(yīng)用處理，實(shí)現(xiàn)工程模型制定、設(shè)計(jì)模型修改、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、安全管理及預(yù)算管理等。通過信息數(shù)字化，還可以將工程項(xiàng)目中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)保存在中心數(shù)據(jù)庫中，便于后續(xù)的工程管理，保證信息的實(shí)時(shí)性、有效性、系統(tǒng)性、整體性及延續(xù)性。BIM 技術(shù)的主要特點(diǎn)有可視化、協(xié)調(diào)性和模擬性，首先其能夠通過可視化的信息模型預(yù)測施工的過程，大幅度提升信息建設(shè)的管理效率，能夠更直觀地展現(xiàn)出所需要傳遞的工程信息，幫助工作人員降低施工出錯(cuò)的概率。

除此之外，應(yīng)用BIM 技術(shù)不僅提高了工作效率，也能夠保證工程的安全，進(jìn)一步提升工程施工質(zhì)量，控制工程支出的成本。另外，BIM 技術(shù)最重要的一個(gè)特性就是模擬性，采用BIM 技術(shù)可以有效控制計(jì)算機(jī)軟件，構(gòu)建起建筑工程模型的設(shè)計(jì)流程[3]。利用BIM 技術(shù)可以模擬設(shè)計(jì)模型、局部建設(shè)模型、預(yù)測模型，還可以通過BIM 技術(shù)改善模型的完整度和科學(xué)可靠性，為實(shí)際的施工過程提供更多的參考。

1.2 BIM 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM 技術(shù)作為熱門的建筑工程技術(shù)，通過信息化、數(shù)字化的手段滿足了各類工程的需求[4]。BIM 技術(shù)為施工過程提供了諸多便利，減少了實(shí)際施工過程的步驟，降低了施工的整體難度，提高了施工的科學(xué)性。采用3D 立體模型的方式能夠及時(shí)有效地解決工程出現(xiàn)的各類問題，設(shè)計(jì)師們可以對工程及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，增加了工程結(jié)構(gòu)的可視性[5]。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段利用BIM 技術(shù)繪制工程圖紙，可以預(yù)測工程實(shí)體的最終形態(tài)，對其藝術(shù)效果有更直觀的認(rèn)識。設(shè)計(jì)師也能不斷根據(jù)BIM 技術(shù)繪制的模型及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)的流程和設(shè)計(jì)的方案，精細(xì)到各類細(xì)節(jié)，確保整體的設(shè)計(jì)效果更加清晰明了。

從整體上來看，利用BIM 技術(shù)繪制工程圖紙也拓寬了設(shè)計(jì)的深度，不局限于表面，利用深入探究工程的技術(shù)手段，以提升工程質(zhì)量為基礎(chǔ)，優(yōu)化工程的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)流程，保證復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保其空間布局合理。設(shè)計(jì)師還可以利用BIM技術(shù)更精準(zhǔn)地刻畫出其理想效果。

采用BIM 技術(shù)建立的三維立體模型具備較高的參考價(jià)值，能夠?yàn)楹罄m(xù)的施工建設(shè)提供更多的有利條件，幫助施工人員少走彎路。BIM 技術(shù)很好地滿足了人們對定制化建筑的需求，可以根據(jù)客戶的具體理想需求來建設(shè)，滿足特異性的工程要求[6]。相較于傳統(tǒng)的模型技術(shù)而言，BIM 技術(shù)在細(xì)節(jié)方面更勝一籌，能夠?qū)Ω嗟纳钊氲牟糠诌M(jìn)行精準(zhǔn)刻畫。相較于靜態(tài)的模型而言，BIM 技術(shù)提升了穩(wěn)定性和可靠性。

2 BIM 技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)制作安裝施工中的應(yīng)用

2.1 運(yùn)用于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的三維建模過程

BIM 技術(shù)可以用于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的三維建模，對安裝、制作、施工等各個(gè)階段的整體技術(shù)模型進(jìn)行構(gòu)建。工作人員通過BIM 技術(shù)軟件將復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件編號、硬度、節(jié)點(diǎn)位置、配件長度及配件寬度等信息輸入相應(yīng)的技術(shù)軟件中，可以根據(jù)配套信息得到一系列建模模型。

利用BIM 技術(shù)深化設(shè)計(jì)總體的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)模型，考慮節(jié)點(diǎn)連接的穩(wěn)定性和合理性，確保整體結(jié)構(gòu)處于平穩(wěn)且安全的狀態(tài)；解決三維節(jié)點(diǎn)在構(gòu)建過程中存在的弊端和問題，找到最精準(zhǔn)的安裝結(jié)構(gòu)，梳理好安裝的流程；利用三維建模的方式，確保安裝、制作、施工各個(gè)階段的各道工序不發(fā)生問題；深入研究現(xiàn)場施工過程里遇到的難點(diǎn)，根據(jù)模型的框架對其進(jìn)行處理；添加或刪除相應(yīng)的構(gòu)件，調(diào)整結(jié)構(gòu)的角度、長度、寬度。

利用BIM 技術(shù)可以更全面、更直觀地展示整體的模型，對模型進(jìn)行便捷的操作，根據(jù)三維模型增加相應(yīng)的防護(hù)措施，提前預(yù)防安全隱患，增加或刪減的3D 節(jié)點(diǎn)可以是螺栓或拼接構(gòu)件等。運(yùn)行鋼結(jié)構(gòu)3D 模型，重點(diǎn)分析出現(xiàn)力學(xué)沖突的部位，調(diào)整其結(jié)構(gòu)特性，采用BIM 技術(shù)的信息化手段處理各項(xiàng)指標(biāo)，確保三維建模結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)度。

2.2 運(yùn)用于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的安裝過程

BIM 技術(shù)能夠在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的安裝過程中發(fā)揮作用，因?yàn)閺?fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的工程項(xiàng)目通常體量較大，構(gòu)件往往復(fù)雜，所需要達(dá)到的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也比較高，因此可以利用BIM技術(shù)提升鋼結(jié)構(gòu)的安裝效率。設(shè)計(jì)師可以導(dǎo)出BIM 技術(shù)的模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步修改模型的具體細(xì)節(jié)，將修改的節(jié)點(diǎn)再繼續(xù)同步導(dǎo)入到模型當(dāng)中，參照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)核對無誤后，再進(jìn)行安裝。BIM 技術(shù)所能制作的設(shè)計(jì)模型圖不僅有整體的構(gòu)型圖，還有局部的細(xì)節(jié)圖、構(gòu)件細(xì)節(jié)圖等。應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)圖紙的自動(dòng)化更新，將3D 模型和3D 節(jié)點(diǎn)有效地結(jié)合起來，更直觀地呈現(xiàn)出安裝復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程當(dāng)中涉及的拼接細(xì)節(jié)，便于設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)安裝接口，不斷完善接口的緊密性和科學(xué)性[7]。

從全局的角度來看，BIM 技術(shù)建立的3D 模型還能夠提高安裝工程的安全性，有效避免一些弊端，比如部分安裝拼接接口可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)械損壞的風(fēng)險(xiǎn)，通過BIM 技術(shù)進(jìn)行安裝前的圖形建模預(yù)測，能夠發(fā)現(xiàn)潛在問題，及時(shí)制訂方案予以解決。自動(dòng)化生成設(shè)計(jì)圖紙之后，還可以保證更加強(qiáng)大的修改功能，利用自動(dòng)化生成的三維構(gòu)建圖，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的整體管理。

BIM 技能夠輔助安裝施工的整體過程，在施工過程中通常會(huì)采用各種測量方式，然而很多工程的施工圖不夠精密，利用BIM 模型將相應(yīng)的施工圖位置坐標(biāo)與復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工的實(shí)際圖像進(jìn)行坐標(biāo)對合，可以有效縮小復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工誤差。在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)空間當(dāng)中的放線工作是傳統(tǒng)方式難以實(shí)現(xiàn)的難題，利用BIM 技術(shù)可以得到有效的解決。

2.3 運(yùn)用于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的碰撞檢測過程

BIM 技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)工程中能快速提取施工的細(xì)節(jié)，模擬進(jìn)度控制工程，將復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行可視化的操作。因此，BIM 技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝、施工過程中，也常用于碰撞檢測項(xiàng)目。

所謂的碰撞檢測是指在電腦中提前檢測工程項(xiàng)目中各不同專業(yè)（結(jié)構(gòu)、暖通、消防、給排水、電氣橋架等）在空間上的碰撞沖突。通過BIM 碰撞檢測后對碰撞處進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整一處如果引起其他地方又有新的碰撞，在三維圖紙上會(huì)根據(jù)不同的色塊給出警告，因此BIM 的管線碰撞檢測杜絕了管線碰撞問題。

有效利用BIM 技術(shù)來進(jìn)行碰撞檢測的預(yù)測與模擬，可以有效提高項(xiàng)目的整體施工效率，防止物體被破壞，進(jìn)一步降低了虧損的風(fēng)險(xiǎn)。工程中的碰撞一般有3 類，即硬碰撞、軟碰撞和重復(fù)向檢測碰撞。利用建模軟件可以對整個(gè)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的分支結(jié)構(gòu)或零散部件分別進(jìn)行專業(yè)的碰撞檢測，自動(dòng)生成可視化的碰撞檢測結(jié)果，根據(jù)結(jié)果的反饋定位到具體的細(xì)節(jié)，避免在最終的施工實(shí)體中出現(xiàn)不良碰撞點(diǎn)。利用專業(yè)的BIM 信息整合平臺，分析不同的碰撞情景，依據(jù)這些情況進(jìn)行場景渲染，同時(shí)模擬施工的過程。對于不同的碰撞劃分類型，細(xì)分規(guī)范需求，智能化地完成相應(yīng)的操作。完成可視化的碰撞檢查，能夠有效降低工程的施工成本，提高效率，完成更加多方位、多視角的預(yù)測。BIM 技術(shù)中的碰撞檢測技術(shù)也可以詳細(xì)地體現(xiàn)出項(xiàng)目當(dāng)中機(jī)電安裝以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)領(lǐng)域的信息，為后續(xù)工程打下良好的基礎(chǔ)。

2.4 運(yùn)用于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工過程

BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中發(fā)揮著多重功效，比如可以通過BIM 技術(shù)解決復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中的精度控制問題。通常來說，施工的具體方案設(shè)計(jì)不存在非常大的問題，但想要提升施工過程的精確度卻比較困難。如果只采取傳統(tǒng)的建模方式或者預(yù)測方式，很難控制好具體的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的參數(shù)。再加上結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要進(jìn)行全面的剖析，才能夠了解各個(gè)相關(guān)的部位或截面的具體信息。

而利用BIM 技術(shù)，可以對整個(gè)施工過程里所需測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行更精準(zhǔn)的把控。例如對于雙拱形的復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)而言，需要采用雙拱曲線方程的形式定位鋼結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系；針對鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)角落或截面，其坐標(biāo)也必須精確到較高的水平，要參考具體的安裝限度標(biāo)準(zhǔn)，多角度測量出復(fù)雜構(gòu)件的截面尺寸、截面質(zhì)量指標(biāo)、長度、寬度、角度及環(huán)境要素等相關(guān)的細(xì)節(jié)。

通過BIM 進(jìn)行放樣，可實(shí)現(xiàn)多次復(fù)測，得到實(shí)際的標(biāo)高，從而盡可能保證安裝與施工的精確度，尤其在鋼結(jié)構(gòu)吊裝的過程中，通過BIM 技術(shù)能有效掌控吊裝成功的決定性因素，即構(gòu)件的重心位置和質(zhì)量要素。不同的鋼結(jié)構(gòu)所需的吊裝角度和方式、速度都有所區(qū)別，要想保證每一段的位置都能平穩(wěn)，需要利用BIM 技術(shù)尋找各類鋼結(jié)構(gòu)的重心，確定其質(zhì)量參數(shù)，保證抓取重心的合理性與科學(xué)性，才能成功完成輔助吊裝的工作。為了確保吊裝的安全性，還可以利用重心精度確定法等方式來核驗(yàn)中心位置的參數(shù)，通過BIM 軟件核驗(yàn)這些參數(shù)的準(zhǔn)確性，避免鋼結(jié)構(gòu)落地時(shí)可能產(chǎn)生的拉力。保證穩(wěn)定性的同時(shí)，也要保證施工過程流暢。

2.5 運(yùn)用于復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的工程管理工作

BIM 技術(shù)不僅可以應(yīng)用在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的制作、安裝、施工等各階段里，也能夠?yàn)橄嚓P(guān)的管理工作提供輔助。BIM 技術(shù)具備可視化性、協(xié)同性、仿真性，能夠幫助工程管理人員進(jìn)一步落實(shí)管理工作。

2.5.1 策劃管理

在前期的項(xiàng)目策劃管理過程當(dāng)中，可以利用BIM 技術(shù)對工程的投資建設(shè)進(jìn)行預(yù)測分析。利用BIM 技術(shù)對施工現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行勘測和模擬計(jì)算，模擬所需要支出的成本，總結(jié)所需拼裝的或者潛在需要拼裝的構(gòu)件。將構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一集合規(guī)劃之后模擬成本預(yù)算的模型，為前期的項(xiàng)目決策管理人員提供數(shù)據(jù)上的支持，使策劃管理具有更強(qiáng)的科學(xué)性。在整個(gè)復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)里，BIM 技術(shù)可以有效幫助管理人員實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的目標(biāo)制定工作，通過構(gòu)建三維或多維的立體模型預(yù)演管理的整體流程，有效核驗(yàn)管理人員安排的計(jì)劃是否合理，論證施工方案的準(zhǔn)確性，優(yōu)化資源使用配置的情況，提高復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工的效率，減少設(shè)計(jì)部門、管理部門及施工部門之間的分歧。

2.5.2 安全管理

BIM 技術(shù)還可以應(yīng)用在安全管理過程中。安全性對于施工而言至關(guān)重要，將BIM 技術(shù)的虛擬模型構(gòu)建體系和實(shí)際的智能監(jiān)控系統(tǒng)體系相結(jié)合，采用三維立體的監(jiān)控模式對施工過程進(jìn)行可視化的監(jiān)控，可以觀察現(xiàn)場的實(shí)際情況。也可以根據(jù)三維監(jiān)控情況調(diào)整施工方案，規(guī)避施工過程的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)排查出潛在的安全隱患；還可以利用數(shù)據(jù)預(yù)測等形式，幫助管理人員對各個(gè)工作環(huán)節(jié)或者結(jié)構(gòu)部件劃分安全系數(shù)，根據(jù)不同的安全系數(shù)來制定相應(yīng)的安全管理方案。

2.5.3 驗(yàn)收管理

在竣工階段，部門之間對施工資料、驗(yàn)收資料的溝通還主要通過紙質(zhì)媒介，對于紙質(zhì)材料的需求比較大?？⒐を?yàn)收時(shí)，資料數(shù)據(jù)由各部門提供，由于各部門對資料的管理方式存在差別，且信息化、自動(dòng)化程度低，對于較大項(xiàng)目，管理工作者溝通不及時(shí)，缺少統(tǒng)一平臺，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息在傳遞的過程中出現(xiàn)丟失。針對以上現(xiàn)象，可將BIM 結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)對竣工階段的資料驗(yàn)收工作的處理方法進(jìn)創(chuàng)新。通過BIM 和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)虛擬模型和資料數(shù)據(jù)之間的共享，在BIM 的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建資料管理平臺，收集管理項(xiàng)目施工過程中的數(shù)據(jù)信息，通過創(chuàng)建參數(shù)化模型對其進(jìn)行分析，保證驗(yàn)收時(shí)能夠作為參考。

2.5.4 成本管理

BIM 技術(shù)往往也運(yùn)用在成本管理的過程里，制定相應(yīng)的成本控制管理方案，不斷優(yōu)化BIM 系統(tǒng)的性能，減少不必要的成本支出，通過構(gòu)建模型對成本控制進(jìn)行可視化的分析管理。

3 結(jié)語

綜上所述，BIM 技術(shù)主要采用構(gòu)建信息模型的形式完成模型制定、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、安全管理、預(yù)算管理等。BIM 技術(shù)作為現(xiàn)在熱門的建筑工程技術(shù)之一，主要特點(diǎn)有可視化、協(xié)調(diào)性和模擬性，滿足了各類工程的需求。BIM 技術(shù)為施工過程提供了諸多便利，減少了實(shí)際施工過程的步驟，降低了施工的整體難度，提高了施工的科學(xué)性。在實(shí)際施工當(dāng)中，應(yīng)充分利用BIM 技術(shù)，全面、多角度提高建筑施工的水準(zhǔn)，為我國工程施工建設(shè)行業(yè)的發(fā)展提供長效的動(dòng)力。