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

楊樂

（山西瀟河建筑產(chǎn)業(yè)有限公司，山西 太原 030401）

0 引言

裝配式建筑是我國建筑領(lǐng)域中的一種新興模式，相較于傳統(tǒng)建筑方法更具優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)是裝配式建筑的重要組成部分，需要相關(guān)從業(yè)人員進一步了解各項新技術(shù)在其中的應(yīng)用途徑。在各類新興技術(shù)中，BIM技術(shù)于近年來獲得了業(yè)內(nèi)日漸廣泛的認可，也值得相關(guān)從業(yè)人員在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中不斷提升應(yīng)用范圍，為建筑領(lǐng)域提升整體工作效率奠定堅實基礎(chǔ)。在鋼結(jié)構(gòu)制作方面，歐美等發(fā)達國家對BIM技術(shù)的應(yīng)用較為成熟；與國外先進水平相比，我國仍然是大而不強，應(yīng)結(jié)合BIM技術(shù)與與數(shù)字化管理、自動化制造，以解決傳統(tǒng)建筑業(yè)勞動短缺、生產(chǎn)效率低、科技含量低、能源消耗大等問題。

1 BIM技術(shù)在裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用特點

首先，BIM技術(shù)具備全過程性。此特性使BIM技術(shù)能全面應(yīng)用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)的各個流程，由工程規(guī)劃設(shè)計入手，到構(gòu)件生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配、驗收等各環(huán)節(jié)都可依托于BIM技術(shù)完成優(yōu)化，為工作人員提供便利。

其次，BIM技術(shù)具備直觀性。此項技術(shù)能將二維平面模式有效轉(zhuǎn)化為三維立體模式，從而使建筑設(shè)計效果更為明顯，為裝配式鋼結(jié)構(gòu)安裝人員提供更為明確的效果。在直觀性特點的支持下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)原本可能存在的設(shè)計偏差得以消除，后續(xù)安裝也隨之更為順暢[1]。

最后，BIM技術(shù)具備優(yōu)化性。優(yōu)化性的特點能保障裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程更具效果，工作人員每完成一步操作后都能隨時了解自身工作情況，明確工作中存在的不足并及時采取優(yōu)化措施。由整體效果來看，優(yōu)化性能使裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工更為合理，同時提升安裝指導(dǎo)水平，使整體安裝質(zhì)量更為理想。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 BIM設(shè)計環(huán)節(jié)

將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程，需要由設(shè)計環(huán)節(jié)入手。在BIM技術(shù)的輔助下，裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程能相應(yīng)形成參數(shù)化設(shè)計效果，工程所涉及的各項信息資料都能得到更為精準的錄入與分析，并集成土建、鋼結(jié)構(gòu)、建筑、機電、幕墻等多個專業(yè)設(shè)計模型，實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計，偏差也能相應(yīng)避免。同時BIM技術(shù)能全面分析各項數(shù)據(jù)，使后續(xù)工程中的各個環(huán)節(jié)更具精準性，并能有效避免投資超額等情況，為建筑效益提供了有力保障[2]。

2.2 構(gòu)件管理環(huán)節(jié)

構(gòu)件管理是裝配式鋼結(jié)構(gòu)整體工作的核心內(nèi)容之一，此環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問題將對整體施工質(zhì)量造成影響。公司與同濟大學(xué)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開發(fā)的“鋼結(jié)構(gòu)建筑BIM集成制造管理平臺”以BIM模型為核心，以二維碼為手段，實現(xiàn)了以下功能。

（1）直接讀取Tekla模型，自動生成構(gòu)件清單導(dǎo)入平臺，為后續(xù)生產(chǎn)做準備。

（2）根據(jù)項目深化設(shè)計實際進展情況可分批導(dǎo)入模型，更加貼合實際。

（3）管理設(shè)計圖紙，為后續(xù)工藝制作、生產(chǎn)排產(chǎn)、構(gòu)件制作及發(fā)運、成本核算做鋪墊。

（4）實時查看各項目各構(gòu)件的制作情況。

（5）生產(chǎn)進度通過模型變色可視化展示。

（6）構(gòu)件通過二維碼實現(xiàn)生產(chǎn)全流程追溯，并在二維碼上詳細展示構(gòu)件安裝位置等信息，方便現(xiàn)場安裝施工。

（7）報驗質(zhì)檢通過掃碼在線完成，通過系統(tǒng)限制不合格構(gòu)件的流轉(zhuǎn)；并且，通過質(zhì)量管理模塊圖表分析統(tǒng)計可直觀查看全廠、各車間、各工序的合格率及主要問題。

（8）合理調(diào)度各項資源，對生產(chǎn)任務(wù)統(tǒng)一規(guī)劃、任務(wù)在線下發(fā)，使生產(chǎn)任務(wù)的安排更合理、更智能。

（9）對構(gòu)件生產(chǎn)情況及時反饋，對當前工序、質(zhì)檢結(jié)果、預(yù)計完成時間一目了然，從而有利于下步工序的生產(chǎn)規(guī)劃。

（10）在高效、節(jié)約的原則下實現(xiàn)生產(chǎn)管理的信息化、智能化，同時提升公司產(chǎn)品的產(chǎn)能、規(guī)模和質(zhì)量，大幅提升管理質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

2.3 模擬裝配環(huán)節(jié)

在裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用BIM技術(shù)能對裝配效果做出預(yù)先模擬，從而使安裝人員與設(shè)計人員進一步明確后續(xù)實地工作中可能存在的不足，并提前對自身工作加以優(yōu)化。利用高精度全站儀對鋼結(jié)構(gòu)實體構(gòu)件進行測量，將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入構(gòu)件精度分析軟件，進行誤差分析，生產(chǎn)報表，可幫助作業(yè)人員分析偏差產(chǎn)生原因，及時進行調(diào)整；利用模擬預(yù)拼裝軟件對分段構(gòu)件進行虛擬預(yù)拼裝，可檢驗構(gòu)件整體的精度；模擬拼裝可大大提高加工精度，減少大型構(gòu)件實體預(yù)拼裝操作工序，進一步提高效率、降低成本，同時還可以協(xié)助技術(shù)人員制定處理方案。BIM技術(shù)能全面分析裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的各項關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并在此基礎(chǔ)上對各環(huán)節(jié)做出協(xié)調(diào)，使裝配效果更為理想。同時BIM技術(shù)也能有效控制時間成本，保障裝配式鋼結(jié)構(gòu)整體工作更具高效性，使延誤工期等問題得以避免。

2.4 現(xiàn)場安裝環(huán)節(jié)

應(yīng)用BIM技術(shù)能使整體安裝環(huán)節(jié)得到全面監(jiān)管，從而最大限度消除安裝過程中可能存在的重大偏差。實時跟進安裝進度，并利用模擬裝配的結(jié)果為現(xiàn)場安裝提供指導(dǎo)，使安裝全過程得到嚴格把控。此環(huán)節(jié)也可將RFID技術(shù)與BIM技術(shù)有機結(jié)合，以此使安裝人員對自身工作情況更為明確，避免安裝中的偏差問題。與此同時，BIM技術(shù)也能在現(xiàn)場安裝過程中做出合理管控，使工期延誤與預(yù)算超支等各種風險都能得以避免。一旦現(xiàn)場安裝中出現(xiàn)突發(fā)狀況使工程不得不面臨變更，BIM技術(shù)也能有效解決此類狀況，以其自身具備的自動化功能為從業(yè)人員尋找更為優(yōu)質(zhì)的施工方案，使現(xiàn)場安裝工作更為高效。

2.5 輔助竣工環(huán)節(jié)

在竣工環(huán)節(jié)中，BIM技術(shù)能為從業(yè)人員總結(jié)裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程的施工情況，使其精準衡量，從而針對其中存在的不足做出合理調(diào)整。工程驗收人員能利用BIM技術(shù)了解施工成果，判定施工隱患，調(diào)整施工模型，為后續(xù)工作提供更為豐富的工作經(jīng)驗。同時竣工環(huán)節(jié)中的結(jié)算工作也能依托于BIM技術(shù)完成，相關(guān)從業(yè)人員可依照前期錄入數(shù)據(jù)了解工程造價情況。當工程面臨索賠時，BIM技術(shù)同樣能輔助從業(yè)人員明確責任方，提升索賠工作落實效率[3]。

3 應(yīng)用案例

3.1 工程概況

以山西建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化瀟河園區(qū)綜合辦公樓為例，此工程主要功能為辦公、研發(fā)，總建筑面積為23622.94m2，（地上15419.6m2，地下8203.34m2）；地上7層，地下1層；建筑高度33m。地下結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上結(jié)構(gòu)形式為鋼框架結(jié)構(gòu)，主要采用鋼管混凝土柱、H型鋼梁、鋼筋桁架樓承板、鋼樓梯、集成地面系統(tǒng)、集成墻面系統(tǒng)等。本工程裝配率達到76.6%，AA級裝配式建筑。項目實現(xiàn)了BIM技術(shù)的全專業(yè)及全過程應(yīng)用，檢查錯漏碰撞，預(yù)演施工方案，指導(dǎo)項目工程管理；進行管線綜合，預(yù)判機電設(shè)備出現(xiàn)的安裝問題，提前預(yù)留孔洞；進行細部節(jié)點構(gòu)造詳解、關(guān)鍵節(jié)點模擬與三維技術(shù)交底等。

3.2 BIM建模

運用Revit與Tekla軟件構(gòu)建對工程進行三維模型創(chuàng)建，如圖1至圖3所示。將Revit模型與Naviswork軟件實現(xiàn)接合，準確模擬裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工過程，保證現(xiàn)場各項施工流程能夠正常進行。建立三維場地模型，通過漫游、動畫的形式提供可視化的模擬數(shù)據(jù)以及身臨其境的視覺、空間感受，及時發(fā)現(xiàn)不易被察覺的不合理現(xiàn)象，減少由于事先規(guī)劃不周而造成的損失。

圖1 結(jié)構(gòu)主體

圖2 外立面三維效果

圖3 建筑BIM模型

3.3 構(gòu)件管理

運用基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)集成制造管理平臺，將信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合，形成鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)從項目中標到完工的全產(chǎn)業(yè)鏈一站式管理，有效提高產(chǎn)品精度，對建筑品質(zhì)提升起到關(guān)鍵作用。構(gòu)件管理具體有以下3種功能：①在線查看Tekla模型。將Tekla模型導(dǎo)入管理平臺，在平臺展現(xiàn)模型、構(gòu)件信息等，可在不借助專業(yè)軟件的情況下通過網(wǎng)頁端查看模型及模型相關(guān)構(gòu)件信息。②生產(chǎn)模型實時展示進度。平臺通過對模型的二次開發(fā)，可以通過不同的顏色可視化的展現(xiàn)現(xiàn)場的生產(chǎn)進度。③構(gòu)件二維碼追溯。構(gòu)件通過二維碼展示構(gòu)件詳細信息，并且可通過掃碼進行報驗及質(zhì)檢操作，做到了構(gòu)件全流程追溯[4]。

“BIM集成制造管理平臺”徹底改變了傳統(tǒng)建筑行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的粗放式管理，尤其是匯報式、詢問式的工作方式，避免了信息來源的不確定性、不及時性。該平臺將設(shè)計、生產(chǎn)計劃、工廠制造、成本整合在一個管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實時共享。

3.4 優(yōu)化

（1）管線綜合：在計算機上將各個系統(tǒng)進行施工前虛擬預(yù)裝配，建立基于各專業(yè)施工圖階段的BIM模型，檢測機電管線的“錯、漏、碰、缺”問題，并優(yōu)化機電管線布置方案，提高施工圖設(shè)計質(zhì)量，避免將設(shè)計階段的不合理問題傳遞到施工階段，并提高整體布局的感官質(zhì)量[5]。

（2）空間凈高檢測優(yōu)化：可與機電管線綜合檢測優(yōu)化同步進行，基于施工階段各專業(yè)BIM模型，對建筑內(nèi)部豎向空間進行檢測分析，在滿足建筑使用功能、業(yè)主需求和規(guī)范要求的前提下，進一步優(yōu)化凈高。

（3）預(yù)留洞口：機電各專業(yè)管線綜合優(yōu)化完成后，對一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)的預(yù)留洞口進行精確定位，確保預(yù)留預(yù)埋準確，避免二次開洞、開槽，降低返工損失。

（4）工程量統(tǒng)計：傳統(tǒng)的造價模式占用了大量的人力資源去理解設(shè)計、讀圖識圖和算量建模；利用BIM模型輔助工程計量和造價控制，大大加快工程量計算的速度，利用BIM技術(shù)可以極盡全面地加入工程建設(shè)的所有信息。

（5）圖紙會審：基于3D-BIM模型，建模過程中，發(fā)現(xiàn)圖紙中問題和不合理部分，在BIM模型中標注，后期圖紙會審可直接在3D-BIM模型中展示，直觀反映問題，便捷、高效。

3.5 施工模擬

利用BIM可視化特點，可對項目的一些重要施工環(huán)節(jié)或新采用的施工工藝進行模擬和分析，以提高計劃的可行性；也可以利用BIM技術(shù)結(jié)合施工組織計劃進行預(yù)演，以提升施工組織效率，直觀地了解整個施工安裝環(huán)節(jié)的安裝順序，并清楚地把握安裝過程重點難點和要點。利用BIM技術(shù)建立的工程模型，結(jié)合VR體驗設(shè)備實現(xiàn)動態(tài)漫游，實現(xiàn)比BIM模型交底更真實的體驗，讓施工人員更為直觀感受施工場景，幫助施工人員理解施工方案與工藝，提升最終的施工質(zhì)量[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)作為一種新興技術(shù)，已在近年來獲得了日漸廣泛的認可，并在建筑領(lǐng)域中取得了一定應(yīng)用。此項技術(shù)具備全過程性、直觀性、參數(shù)性等優(yōu)勢，能為裝配式鋼結(jié)構(gòu)提供更多便利。因此BIM技術(shù)應(yīng)盡早啟動、專業(yè)介入、設(shè)計入手，在構(gòu)件管理、模擬裝配、現(xiàn)場安裝、輔助竣工等各環(huán)節(jié)的應(yīng)用才會更科學(xué)，后期應(yīng)用效果才會更顯著。鋼結(jié)構(gòu)制造企業(yè)應(yīng)著力推進數(shù)字化管理、自動化生產(chǎn)制造與BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用，以此提升建筑工作效率，為我國建筑行業(yè)進一步發(fā)展提供有力保障。