論BIM技術在建筑鋼結構施工過程中的應用

宋曉玉 李翔

中國水電建設集團十五工程局有限公司 陜西 西安 710000

建筑鋼結構施工具有工程量大、工序復雜、周期長、風險高等特點，對施工人員及設備要求較高。BIM技術作為一種新的信息集成平臺，它不僅能夠有效降低建筑鋼結構的建造成本，而且還能提升施工效率與質量。但目前我國大部分建筑工程都采用粗放式的管理模式，導致許多問題的出現(xiàn)。而BIM技術的引入則有助于解決這些問題，其優(yōu)點在于利用該技術能夠快速獲取設計結果，同時也能夠節(jié)約人力、時間成本，最終達到優(yōu)化整個建設工程的目的。

1 BIM技術概論

BIM技術在建筑鋼結構施工中提供的數字化方案，具有極高的實用性和適用性。通過建立建筑鋼結構的三維數字模型，BIM技術提供了一種便捷、精準的工具，可應用于施工計劃的制定、分析和優(yōu)化。具體來說，BIM技術可以協(xié)助施工團隊預估施工量和規(guī)劃進度，優(yōu)化施工流程，減少人力物力浪費，提高施工效率與質量，確保施工能夠按時按質完工。

對于合作企業(yè)而言，BIM技術亦可實現(xiàn)信息的共享和協(xié)同工作。例如，BIM技術提供的數字模型可以分享至施工工地，輔助現(xiàn)場工人更好地理解施工任務和計劃，并提高整個項目的執(zhí)行效率，有效降低溝通成本。同時，BIM技術還可以監(jiān)控使用設備的狀態(tài)，隨時生成關鍵數據，更好地解決部分需求及咨詢過程需要，確保建筑鋼結構施工的順利進行。此外，BIM技術可結合現(xiàn)有建筑鋼構物的情況，精準地維護其結構，避免隨意的加固或更改對原結構造成不可逆的損失。通過對建筑鋼結構進行全方位的監(jiān)控和管理，BIM技術可以精準發(fā)現(xiàn)問題點并快速定位，有助于及時進行維護或修復，保證建筑鋼結構的穩(wěn)定性和安全性[1]。

總之，BIM技術在建筑鋼結構施工中提供一站式的數字化平臺，幫助施工人員提高工作效率、降低成本、減少誤差、提高施工質量，從而實現(xiàn)更為高效精準的建筑鋼結構施工服務，助力行業(yè)發(fā)展。

2 BIM技術在建筑鋼結構施工過程中的優(yōu)勢

2.1 優(yōu)化設計和制作

BIM可以以三維數字模型形式呈現(xiàn)出完整的建筑鋼結構，精準地表達出建筑鋼結構的各個細節(jié)和部件，并將產品信息、工藝信息和施工信息整合在一起。采用BIM技術進行優(yōu)化設計和制作能使相關人員在建立數字模型時，在模型中檢查施工過程中可能出現(xiàn)的問題，進行優(yōu)化設計，提高精度，減少誤差、消除更新的成本或需求，實現(xiàn)精準設計糾錯，從根本上考慮到施工過程中鋼結構的制造和安裝，避免了后期施工過程中的問題，提升整個鋼結構建筑項目的效率。

2.2 可視化施工效果

BIM技術建立的三維數字模型不僅可以提供建筑鋼結構的幾何形狀和構件之間的連通關系，還能將其轉化為可視化效果，從而直觀地展現(xiàn)出建筑鋼結構在三維空間中的狀態(tài)，使工人在實際施工時更容易辨認。不僅可以快速識別模型中的各個構件位置和狀態(tài)，還可以在模擬環(huán)境下進行施工方案的模擬和調整，使施工人員能夠快速直觀地確認質量和精度，從而避免了不當、損壞等不良的施工行為。

2.3 協(xié)同工作流程

在建筑鋼結構施工中，BIM技術可以實現(xiàn)多個部門之間的協(xié)作和信息共享，幫助施工人員更高效地完成建筑項目，提高生產率。尤其是在建筑鋼結構的設計和制作過程中，BIM技術為施工人員提供了快速獲取準確數據的途徑，極大地方便了工程施工[2]。

2.4 預測施工效益

BIM技術可以利用數學建模和計算機仿真等方法，對建筑鋼結構在施工過程中的各項指標進行預測和分析，并幫助制定優(yōu)化方案，以提高施工效率和減少施工風險。對于鋼結構施工來說，BIM技術的預測能力尤為重要。具體來說，BIM技術可以提供多種施工方案，并使用預測模型評估每個方案的優(yōu)劣，從而幫助施工人員選擇最適合的方案，使鋼結構施工具有更好的經濟效益，這對于建筑工程的發(fā)展有十分重要的意義。

3 鋼結構施工過程中的難點

3.1 鋼材加工

鋼材是實現(xiàn)鋼結構的重要材料，但鋼材在施工之前需要進行加工。加工過程中的難點包括切割、鉆孔和焊接等，并且必須控制誤差在允許范圍內，以保證加工后的構件符合設計要求。

切割是鋼材加工過程中一個非常重要的步驟。傳統(tǒng)的切割方式是火焰切割，通過氧氣或其他氣體，在高溫下加劇氧化反應，從而切割鋼材，這種方法在施工過程中會產生大量火花和副產品，嚴重污染施工現(xiàn)場環(huán)境。而激光切割逐漸成為主流加工技術，激光切割精度更高，切割速度更快，能夠降低切割過程中的誤差，使整個鋼材切割過程更加環(huán)保安全。

鉆孔也是鋼材加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，常常涉及大量的鉆孔操作。在鉆孔過程中，需要加強對鉆頭和設備的維護以及鉆孔機床的準確性和穩(wěn)定性控制，以保證鉆孔的精度和效率。同時，各種型號、規(guī)格的鉆頭要與設備相適應，保證鉆孔的穩(wěn)定。

焊接是鋼結構制造最常見和重要的工藝。鋼結構施工需要大量的焊接，焊接的合理度和合格率對于結構的長期穩(wěn)定性和安全性產生決定性的影響，需要考慮多種要素，包括鋼材、電極、參數、技術等等。同時焊接材料的質量也是一個重要的問題，需要根據焊接方式、施工環(huán)境等多個因素綜合考慮，選擇最適合的焊接材料來保證焊接質量。

3.2 結構制作和安裝

鋼結構建筑的結構制作和安裝對于建筑的穩(wěn)定性和美觀性有著很大的影響。在制作結構時，工人必須先根據設計圖紙上記錄的尺寸和結構要求進行加工和零件制作，嚴格按照工藝流程來操作，確保加工精度和零件質量。在結構制作完成后，需要確定一個合適的安裝位置進行鋼結構的安裝，安裝過程中還需進行多個關鍵步驟，包括：連接件的安裝、預裝配、調整精度以及拆卸等。在這一過程中，需要考慮材料的強度、空間的大小、重量的分布等因素，以保證安裝精度和安全性。因此在安裝過程中，工人必須熟練掌握這些操作，根據具體情況決定所需的設備和工具，并注意事前準備工作，保證鋼結構安全、穩(wěn)定[3]。

3.3 施工過程安全隱患較多

鋼結構建筑施工大多在高空和狹窄的空間進行，并且需要進行大量的機械作業(yè)，如不嚴格把控，就容易出現(xiàn)許多安全隱患。

墜落：鋼結構建筑的施工往往需要在高空或高處作業(yè)，一旦工人沒有正確佩戴防護用具或錯誤操作，就可能會從高處墜落，造成人員傷亡和財產損失。

碰撞：在鋼結構建筑的安裝過程中，各種機械設備和物料在運輸和裝卸時，極易發(fā)生意外碰撞，再加上施工現(xiàn)場狹小的空間，工人的行動受限，極易導致人與物之間發(fā)生碰撞，會造成設備損壞和人員傷亡。

爆炸：在焊接、切割等處理工序中，如操作不當，很容易引起氧氣、酯類物質泄露，形成易燃爆炸的潛在隱患。

吊裝：鋼結構的吊裝往往需要借助吊車進行吊運作業(yè)。如果在吊裝時受重力作用及外力沖擊等因素的影響，可能產生局部應力集中而使結構失穩(wěn)甚至倒塌事故，對施工人員生命安全構成極大威脅。

3.4 施工質量難以把握

鋼結構建筑施工質量是影響建筑效益和穩(wěn)定性的關鍵因素。然而在鋼結構施工過程中，由于材料的特點和要求非常高，施工質量的難度也會較大。

焊接質量：鋼結構施工過程中，焊接是關鍵工藝之一。但由于焊接操作的難度較大，很容易造成焊縫的質量低下，比如出現(xiàn)脆性、夾雜和氣孔等問題，進而影響鋼結構的整體質量和安全性。

焊點的精度和位置：鋼結構焊接過程對焊點的精度和位置要求特別高，但往往在施工過程中由于各種因素的影響，很難達到應有的精度和位置精度，這可能會導致焊點的不牢固或者變形，最終影響鋼結構的質量和穩(wěn)定性。

承載能力：鋼結構在施工中需要經過可靠的承載，工人需要正確安裝鋼結構的各個構件，但干擾因素如天氣、暴雨等，也許會對安裝造成干擾，進而造成承載問題。

安裝精度：建筑鋼結構施工標準要求非常高，一旦施工過程中出現(xiàn)了偏差，就有可能對鋼結構整體的安裝精度產生影響，導致后期維護難度大。

4 BIM技術在建筑鋼結構施工過程中的具體應用

4.1 在建筑鋼結構深化設計中的應用

BIM技術在建筑鋼結構施工過程中的深化設計中有兩個方面的應用。一是在設計過程中使用BIM技術，可以將草圖和手工設計轉化為數字化的建筑模型。二是進行深化設計時，可以模擬鋼結構在不同負載下的受力及應力分布。具體來說，BIM技術可以在建筑鋼結構施工過程中進行深化設計，主要涉及以下幾個方面的應用：

數字化設計與可視化方案：通過BIM技術，設計人員可以創(chuàng)建一個鋼結構模型，并且在這個模型上進行可視化的方案設計。這樣，設計人員可以直觀地看到每個構件的位置和連接方式，并且可以使用各種工具進行構件的定位、調整和修改。通過實現(xiàn)數字化設計，設計人員能夠更好地協(xié)同工作，快速地驗證和迭代設計方案，提高設計的質量和效率。

應力模擬和優(yōu)化設計：在模型設計完成后，設計人員可以使用BIM技術來模擬鋼結構在不同負載下的受力和應力分析。通過模擬結果，可以確定合理的支撐位置、構造材料、梁的尺寸和連接方式等，達到優(yōu)化鋼結構設計的目的。

可視化施工計劃：BIM技術可以將深化設計的成果用于建筑施工計劃中，相關人員可以在施工前預測施工過程中的安全隱患，更好地計劃和控制鋼結構施工過程。

4.2 在鋼結構構件預制生產中的應用

BIM技術在建筑鋼結構預制生產過程中的應用，就是利用BIM軟件對結構進行模擬分析并優(yōu)化其施工工藝，可實現(xiàn)對其進行信息化管理和智能化操作，其應用主要可以有以下幾個方面。

構件參數計算：BIM技術可以根據圖紙中的參數自動生成構件的三維模型，包括尺寸、位置、材質、數量等，避免計算誤差，提高施工準確性。

鋼材代碼自動選?。築IM技術可以根據國內外鋼材規(guī)范庫自動匹配最優(yōu)的鋼材規(guī)格和數量，減少人工選擇的時間和錯誤。

制造和加工過程可視化：BIM技術可以將預制構件的制造和加工過程進行三維動畫模擬，幫助生產工人了解每個構件的制造、加工過程和要求。這有利于降低工作誤差率和提高加工效率，減少制造成本。

智能化管理：BIM技術可以將實際加工過程向3D虛擬環(huán)境中轉換，對現(xiàn)場施工進行智能化監(jiān)控管理。通過使用實時視頻監(jiān)控及數據收集系統(tǒng)進行實時數據分析，以便及時發(fā)現(xiàn)處理問題，提高施工的安全性、質量和效率。

進度管理：BIM技術可以根據實際預制構件的加工情況，實時更新施工進度和排產表，以調整生產計劃和現(xiàn)場施工，使施工過程的協(xié)調和安排更加科學和精確。

4.3 在建筑鋼結構印記管控中的應用

BIM技術在建筑鋼結構印記管控中的應用就是利用BIM技術對不同階段建造完成后的建筑物進行痕跡檢查。其目的是發(fā)現(xiàn)存在的問題，及時提出整改建議，從而達到有效地控制建筑鋼結構質量和成本。具體而言，主要包括以下幾個方面。

三維模型與印記綁定：在建模時，BIM技術可以將每個構件的印記與三維模型綁定，通過BIM的信息管理系統(tǒng)來保證印記的完整和正確性。

印記信息記錄：在制造過程中，BIM技術可以自動生成或手動錄入每個構件的印記信息，包括制作單位、日期、序號、材質等，并關聯(lián)構件的三維模型。

印記數據分析：使用BIM技術對印記信息進行數據分析，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，例如，缺少印記或生產日期不正確等。

鋼結構構件定位：BIM技術可以通過與傳感器技術結合，實現(xiàn)對吊裝構件的定位，以更好地控制構件的移動和安裝，保證精度和安全性。

印記異味檢測：通過采樣、分析和實時監(jiān)測印記產生的異味，BIM技術可以評估施工現(xiàn)場條件是否符合健康和環(huán)境要求。

4.4 在提高建筑鋼結構精度中的應用

BIM技術在提高建筑鋼結構精度中的應用就是通過利用先進的信息技術來改善工程結構建造過程中出現(xiàn)的偏差，從而達到控制誤差、保證工程質量的目的。

建模精度：BIM技術可以幫助建筑設計師在建模時預測和避免設計錯誤，也可以通過多種技術手段，例如激光掃描、點云數據處理等，對現(xiàn)場數據進行三維重構，提高建模精度。

精確鋼構件制造：BIM技術可以將設計模型和施工圖紙無縫對接，提供精確的鋼構件制造指導，以確保鋼構件制造的精確性和一致性。

精確定位：BIM技術可以將鋼結構構件的位置、方向和高程坐標等數據預先計算和設定，以確保施工時的精確定位。

智能監(jiān)控：BIM技術可以添加傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，對施工過程進行實時監(jiān)測，以保證鋼構件在安裝、拼接、吊裝等過程中的精確性。

精準拼接：BIM技術可以提供精確的構件拼接方式、尺寸和位置等信息，確保構件在拼接時的精準度和安全性。

5 結語

綜上所述，建筑鋼結構施工具有周期長、工序多、影響因素復雜等特點，BIM技術的引入不僅可以減少人工操作帶來的誤差，還能幫助設計師們快速高效地制定出合理有效的施工方案，對項目進度進行實時跟蹤管理，保證施工進度與成本目標的實現(xiàn)。因此，在未來建筑鋼結構領域中，BIM技術將會發(fā)揮越來越重要的作用，有必要將其廣泛推廣應用到其他行業(yè)中去，為人們提供更好更全面的建筑施工服務。