大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)項目中BIM 技術(shù)的應(yīng)用

魯 璐 郭艷雙 任浩翔 吳歡歡 楊 罡

1 大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)概述

1.1 大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)的特點

大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)是1 種特殊的結(jié)構(gòu)形式，其主要特點是具有較大的跨度和異型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。大跨度指的是結(jié)構(gòu)橫跨的空間范圍較大，通常超過60 m。異型鋼結(jié)構(gòu)則是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用了非傳統(tǒng)的鋼材形狀，如異型梁、異型柱、異型桁架等，不僅增加了結(jié)構(gòu)的美觀性，還提高了結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)形式被越來越廣泛地應(yīng)用于體育場館、會展中心、航空航天設(shè)施等建筑項目[1]。

1.2 大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢，在現(xiàn)代建筑中得到廣泛的應(yīng)用。

首先，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)較大的跨度，這意味著可以搭建更寬敞的空間，對于一些需要提供大面積無柱支撐的場所非常重要，如大型會展中心、體育館、機場等建筑物。大跨度的設(shè)計不僅能夠提供更大的使用空間，還可以創(chuàng)造開放、舒適的環(huán)境，為人們帶來更好的體驗。

其次，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)具有超高強度，這是由異型鋼材料本身的特性所決定的。異型鋼材料在制造時經(jīng)過特殊的工藝處理，具有很高的抗彎強度和抗壓強度，因此大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)能夠承受更大的荷載，構(gòu)建更安全可靠的建筑。對于一些處于極端天氣條件下的地區(qū)，如臺風(fēng)頻發(fā)區(qū)域，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)是一種理想的選擇。

最后，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中也具有一定優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，異型鋼結(jié)構(gòu)更輕便，可以減少施工過程中對地基和支撐結(jié)構(gòu)的要求，從而減少了施工成本和時間。同時，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)可以由工廠預(yù)制，然后直接運輸至現(xiàn)場進(jìn)行安裝，這不僅可以提高施工效率，還可以減少對現(xiàn)場環(huán)境的影響。因此，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)能夠在保證質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)快速、高效的施工。

綜上所述，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)以其超高的強度、較高的剛度以及較短的施工周期等特點，成為理想的大跨度異型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)選型，在工程建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 BIM 技術(shù)運用于大跨度鋼結(jié)構(gòu)項目的優(yōu)勢

BIM 技術(shù)是一種利用計算機構(gòu)建虛擬的建筑工程立體模型，并應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)數(shù)據(jù)信息庫的新型建筑概念。該技術(shù)不僅僅是指某一特定的建筑信息模型軟件或應(yīng)用于建筑工程施工的特定工藝，而是隨著時代的發(fā)展逐步形成的綜合性技術(shù)。

2.1 提高項目的設(shè)計效率

異形鋼結(jié)構(gòu)項目的設(shè)計難度相對較大，主要是因為其形狀和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。借助BIM 技術(shù)，可以通過三維建模和可視化工具，在快速、精確的環(huán)境下實現(xiàn)設(shè)計方案，并在不同場景下進(jìn)行修改和調(diào)整。該技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)計方案以更加直觀的方式呈現(xiàn)給設(shè)計師，使得他們更好地理解和評估方案。同時，BIM 技術(shù)還能夠減少因設(shè)計錯誤而導(dǎo)致的重復(fù)工作和時間延誤。通過預(yù)先模擬和檢查完整的設(shè)計方案，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在問題，并在施工前進(jìn)行必要的調(diào)整，從而提高工程的質(zhì)量和效率。綜上所述，BIM 技術(shù)對于異形鋼結(jié)構(gòu)項目的設(shè)計具有十分重要的作用，能夠幫助設(shè)計師更好地處理項目中的復(fù)雜問題，并獲得更好的設(shè)計成果[2]。

2.2 提高鋼結(jié)構(gòu)制造和施工的精確度

首先，通過BIM 技術(shù)，設(shè)計團(tuán)隊可以在三維模型中精確地標(biāo)注每個鋼結(jié)構(gòu)元素的尺寸、形狀和位置，幫助生產(chǎn)線上的工人清晰了解每個構(gòu)件的規(guī)格和要求，避免因圖紙標(biāo)注不清楚而導(dǎo)致的制造錯誤，從而減少誤差和損耗。此外，BIM 技術(shù)還可以幫助優(yōu)化構(gòu)件的布置和排列，減少不必要的材料浪費。

其次，BIM 技術(shù)可以將物理特性和材料信息嵌入模型。通過模擬材料的力學(xué)性能，設(shè)計師可以更好地評估結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。BIM 技術(shù)還可以提供構(gòu)件之間的連接方式和施工順序等重要信息，為施工人員提供準(zhǔn)確的制造和施工指導(dǎo)，確保施工過程中的安全性和一致性。

最后，BIM 技術(shù)可以提高施工進(jìn)度和質(zhì)量。通過在模型中預(yù)先識別并解決潛在的沖突和問題，可以減少現(xiàn)場施工過程中的修改和調(diào)整，從而加快施工速度。BIM 技術(shù)還可以幫助監(jiān)測施工進(jìn)度和質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保工程的順利進(jìn)行，從而降低項目的風(fēng)險和成本。

2.3 改善項目的協(xié)調(diào)和溝通

在大跨度異形鋼結(jié)構(gòu)項目中，涉及多種專業(yè)和復(fù)雜的構(gòu)件連接，需要不同專業(yè)之間密切協(xié)調(diào)和配合。而BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以將各個專業(yè)整合到一個模型中，提供更全面、準(zhǔn)確的信息和數(shù)據(jù)。

首先，通過BIM 技術(shù)，設(shè)計團(tuán)隊可以將土建、結(jié)構(gòu)、機電等專業(yè)的模型融合在一起，形成一個綜合模型。這樣一來，項目團(tuán)隊成員之間可以直觀地看到各個專業(yè)的設(shè)計和施工信息，并能夠?qū)崟r交流和協(xié)作。同時，各專業(yè)之間可以共享模型信息，提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在的沖突和問題，避免影響現(xiàn)場施工。

其次，BIM 技術(shù)可以提供更準(zhǔn)確的構(gòu)件連接方案。通過模型可以清晰地了解每個構(gòu)件之間的連接方式和要求，這有助于保證施工過程的準(zhǔn)確性，避免因連接問題導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全隱患。

最后，BIM 技術(shù)還能夠模擬和分析不同連接方式的性能和影響。它可以模擬荷載和變形，評估連接點的強度和穩(wěn)定性，使得設(shè)計團(tuán)隊可以在施工前預(yù)先優(yōu)化連接方案，提供更安全、高效的解決方案?；贐IM 技術(shù)的全新協(xié)調(diào)及溝通平臺，如圖1 所示[3]。

圖1 基于BIM 技術(shù)的全新協(xié)調(diào)及溝通平臺（來源：網(wǎng)絡(luò)）

2.4 項目的可視化和仿真分析

BIM 技術(shù)可以進(jìn)行模擬和分析，預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，如構(gòu)件之間的碰撞、施工順序的沖突等。通過提前發(fā)現(xiàn)和解決這些問題，可以減少現(xiàn)場施工中的意外和延誤，降低項目風(fēng)險。通過BIM 技術(shù)，項目團(tuán)隊可以進(jìn)行多種方案的比較和優(yōu)化，選取最佳的設(shè)計和施工方案，不僅可以提高項目的效率和質(zhì)量，還能節(jié)約資源和成本。

3 BIM 技術(shù)在大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)項目中的應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用

在大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)項目中，運用BIM 技術(shù)可以有效提升技術(shù)方案的協(xié)調(diào)性，確保施工質(zhì)量的提升。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在BIM 技術(shù)的設(shè)計過程中做好以下幾個方面的工作：

1）設(shè)計人員應(yīng)使用適合大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)的軟件，如Tekla、Xsteel等，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)項目的特點深入分析可視化的軟件圖紙。通過對每個構(gòu)件和組件進(jìn)行三維建模，可以確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)施工要求和設(shè)計意圖，在BIM 軟件中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)信息，以保證施工過程中的材料和尺寸等參數(shù)準(zhǔn)確。

2）為進(jìn)一步提升模型制作的效果，設(shè)計人員可以利用軟件進(jìn)行碰撞檢查。大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)項目往往具有復(fù)雜的構(gòu)件和組件布置，容易發(fā)生碰撞和沖突問題。通過運用BIM 技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計偏差問題，確保施工過程的順利進(jìn)行，提升施工質(zhì)量。

3）設(shè)計人員可以構(gòu)建參數(shù)化建模流程，如圖2 所示。通過設(shè)置參數(shù)化的模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對各項設(shè)計參數(shù)的快速調(diào)整和優(yōu)化。設(shè)計人員可以根據(jù)用戶需求和施工要求，自動生成詳細(xì)的參數(shù)圖和施工圖，提高軟件系統(tǒng)的使用效果和材料的運用效果。

圖2 參數(shù)化建模流程（來源：網(wǎng)絡(luò)）

通過以上措施，設(shè)計人員能夠充分利用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，在大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)項目中進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的設(shè)計工作。BIM 技術(shù)的運用能夠幫助設(shè)計人員更好地協(xié)調(diào)各項技術(shù)方案，減少誤差和沖突；除此之外，還可以支持項目方與承包商之間的協(xié)同工作，實現(xiàn)信息共享互通，進(jìn)一步提升項目的整體效率[4]。

3.2 BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用非常廣泛。首先，BIM 技術(shù)在施工前期的平面規(guī)劃中發(fā)揮著重要作用。通過BIM 軟件中的建模功能，施工團(tuán)隊可以創(chuàng)建精確的場地模型，從而規(guī)劃現(xiàn)場各個施工階段的作業(yè)內(nèi)容和周期。這樣可以提前預(yù)測施工過程中可能出現(xiàn)的問題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決，避免施工沖突和延誤。其次，BIM 技術(shù)在平面布置優(yōu)化方面具有顯著效果。利用BIM 技術(shù)，施工人員可以準(zhǔn)確規(guī)劃鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場的平面布置，包括設(shè)備、材料和人員的合理安排。通過虛擬建模，能夠確保平面布置的合理性和可行性，不僅提高了施工效率，還可以降低施工現(xiàn)場的混亂和擁堵。最后，BIM 技術(shù)在施工資源管理方面也發(fā)揮著重要作用。通過建立準(zhǔn)確的物料和設(shè)備模型，施工人員可以全面管理施工資源。他們可以準(zhǔn)確計算物料和設(shè)備的需求量，并進(jìn)行合理的配送和使用，從而避免資源浪費和成本增加。此外，BIM 技術(shù)還可以與供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，實現(xiàn)自動化的物料采購和供應(yīng)，進(jìn)一步提高施工資源的管理效率[5]。

3.3 BIM技術(shù)在施工安全與質(zhì)量管理中的應(yīng)用

在大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)的施工現(xiàn)場安全和質(zhì)量管理方面，BIM 技術(shù)與傳統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）模式相比，具有較大的差異性。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的全面管理和監(jiān)控，提高施工效率和質(zhì)量，降低施工風(fēng)險。在大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，BIM 技術(shù)能夠及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)危險源，從而減少材料和機械設(shè)備等的損失，并能實時隔離危險源，有效保障施工人員的人身安全。

通過BIM 技術(shù)，施工團(tuán)隊可以在施工現(xiàn)場設(shè)置3D 模型，模擬優(yōu)化吊裝和拼裝過程，避免發(fā)生設(shè)備碰撞和構(gòu)件拼裝不精準(zhǔn)等問題。在施工質(zhì)量管理方面，BIM 技術(shù)可以校正和測量大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)的拼裝接口，并整合數(shù)據(jù)與模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以確保拼裝結(jié)果符合施工要求，實現(xiàn)施工過程的精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高施工的質(zhì)量水平。此外，可進(jìn)行焊接節(jié)點的質(zhì)量控制，以滿足焊接質(zhì)量要求。

3.4 BIM技術(shù)在施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用分析

在傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理活動中，常常依靠技術(shù)人員的個人經(jīng)驗結(jié)合網(wǎng)格圖等手段來設(shè)定工期或進(jìn)度。但是這種方式不僅缺乏合理性，而且難以達(dá)到時間節(jié)點的精確性。對于建筑規(guī)模較小的項目，可以使用傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理系統(tǒng)進(jìn)行管理工作。而對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程這種具有復(fù)雜性和高風(fēng)險性的項目，傳統(tǒng)的管理方式已經(jīng)無法適應(yīng)。所以，在大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)工程中，可以利用BIM 技術(shù)建立建筑信息模型。通過數(shù)字化的計算方式，促使設(shè)計人員實時更新數(shù)據(jù)模型，并且能夠精確分析施工進(jìn)度中關(guān)鍵節(jié)點的動態(tài)。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用使得施工進(jìn)度管理工作更加科學(xué)、高效。首先，通過建立建筑信息模型，可以將施工計劃與設(shè)計模型相結(jié)合，實現(xiàn)進(jìn)度的可視化。其次，BIM 技術(shù)可以細(xì)致分解施工過程中的各項任務(wù)，明確每個任務(wù)的開始時間、持續(xù)時間以及結(jié)束時間，從而形成一個完整的施工進(jìn)度計劃。最后，通過模擬和仿真，BIM 技術(shù)能夠預(yù)測和分析施工過程中可能的延誤，提前制定應(yīng)對措施，以保證工期。

4 結(jié)語

在大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)項目中，運用BIM 技術(shù)可以提升設(shè)計水平，優(yōu)化工程方案，提高施工質(zhì)量。BIM 技術(shù)可以幫助設(shè)計人員進(jìn)行可視化的軟件圖紙分析，建立準(zhǔn)確的三維模型，確保參數(shù)信息的準(zhǔn)確性。通過應(yīng)用BIM技術(shù)，大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)項目可以更加精確、高效地進(jìn)行設(shè)計和施工，為建筑行業(yè)的發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。因此，應(yīng)充分重視BIM 技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，不斷探索和創(chuàng)新，推動大跨度異型鋼結(jié)構(gòu)項目的智能化發(fā)展。