BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)制作中的應(yīng)用

蔡強(qiáng)

摘要：BIM的技術(shù)是中國(guó)建筑業(yè)信息領(lǐng)域的重要組成部分，加快了建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的進(jìn)步，使得建筑領(lǐng)域更上一層樓。BIM技術(shù)的大量應(yīng)用使得中國(guó)建筑業(yè)在原有的基礎(chǔ)上發(fā)生了巨大的變革。文章重點(diǎn)就BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)制作中的具體應(yīng)用進(jìn)行略述。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；建筑鋼結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

BIM是建筑信息模型的簡(jiǎn)稱，其核心就是通過(guò)數(shù)據(jù)信息建立實(shí)體的三維模型，并能通過(guò)相關(guān)模型研究建筑物的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)固性等。鋼結(jié)構(gòu)是當(dāng)代建筑結(jié)構(gòu)的主要形式之一，它的獨(dú)特性滿足了當(dāng)代人對(duì)藝術(shù)、美感、空間等方面的追求，鋼結(jié)構(gòu)中 BIM 的應(yīng)用集幾何學(xué)、空間關(guān)系、地理信息等為一體，通過(guò)信息集合建立工程數(shù)字模型，對(duì)建筑物的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)進(jìn)行科學(xué)的模擬，使建設(shè)施工做到胸有成竹。

一、鋼結(jié)構(gòu)BIM的理論

BIM可將建筑物個(gè)階段的運(yùn)作形成模型信息，對(duì)于各階段流程進(jìn)行預(yù)測(cè)，建立可視的、可協(xié)調(diào)、可優(yōu)化的整體數(shù)據(jù)模型，使各施工各階段的工作能夠緊密銜接，信息交流更加準(zhǔn)確、通暢，提高了工程建設(shè)的效率和質(zhì)量?，F(xiàn)代化鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中，充分的應(yīng)用了BIM的技術(shù)理論，第一，BIM技術(shù)的可視性，可形成鋼建筑物的實(shí)體三維圖形，能直觀的看到建筑物的整體面貌，并能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程的穩(wěn)固性、安全性等做出評(píng)估。第二，BIM 技術(shù)的協(xié)調(diào)性增強(qiáng)了各個(gè)部門人員之間的溝通效果，更有利于相關(guān)人員直接、形象的表達(dá)自己的思路、觀點(diǎn)等，使鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中的各種問題的溝通更為全面、準(zhǔn)確，提高了問題解決的效率，提升了工程效益。第三，BIM技術(shù)的模擬性可真實(shí)的體現(xiàn)建筑物的外在、內(nèi)在特點(diǎn)，相關(guān)人員可結(jié)合三維圖形對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化、改進(jìn)。使復(fù)雜、繁瑣的工程在現(xiàn)代科技的支持下更為完善、可靠，降低施工的難度，準(zhǔn)確把握施工的銜接，以提高施工的速度和效益。

理論上，鋼結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的應(yīng)用可分為四個(gè)階段，第一階段，規(guī)劃階段，形成工程的大概思路，對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行策劃、分析，并應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行工程的性能預(yù)測(cè)、估算工程成本；第二階段，設(shè)計(jì)階段，這一階段的重點(diǎn)是方案的論證和設(shè)計(jì)的初步形成，通過(guò)可視化設(shè)計(jì)直觀的參考、分析工程情況，協(xié)調(diào)各方意見，對(duì)工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析工程性能分及管線設(shè)計(jì)等；第三階段，施工階段，建立施工進(jìn)度模擬，將施工環(huán)節(jié)數(shù)字化、直觀化，并對(duì)施工進(jìn)行物料跟蹤，建立施工組織模擬，提高施工現(xiàn)場(chǎng)配合效率，確保工程的按時(shí)、按質(zhì)完工；第四階段運(yùn)維階段，這一階段的重點(diǎn)是對(duì)建筑物的維護(hù)管理，應(yīng)用BIM技術(shù)建立工程的空間管理模型，并對(duì)建筑物的可能的災(zāi)害進(jìn)行分析、研究，建立災(zāi)害的預(yù)防、應(yīng)急模式，以提高工程的應(yīng)用效益?？傊珺IM理論就是將工程的各個(gè)環(huán)節(jié)以數(shù)據(jù)信息的形式模擬出來(lái)，形成虛擬的建設(shè)施工過(guò)程，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)可能存在的問題進(jìn)行細(xì)化、深化，盡可能避免實(shí)際施工中的問題，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工效益。

二、鋼結(jié)構(gòu)BIM在生產(chǎn)制作過(guò)程中的應(yīng)用

（一）BIM模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息

BIM技術(shù)的引人，使鋼結(jié)構(gòu)加工制造流程變得簡(jiǎn)單，BIM模型輸出的各類信息除了能快速生成加工清單、工藝路徑設(shè)定等進(jìn)行有效組織生產(chǎn)外，在異形板材自動(dòng)套料、數(shù)控切割及自動(dòng)化焊接、油漆噴涂等加工工序中的作用顯得尤為顯著。以下是通過(guò)BIM模型產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)格式的文件信息：①CNC：機(jī)床G代碼使用格式；②DSTV：數(shù)控加工設(shè)備使用的中性文件；③SDNF：基于文件的鋼結(jié)構(gòu)軟件數(shù)據(jù)交換格式；④CIS/2：基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)軟件數(shù)據(jù)交換格式；⑤IFC：建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是建筑工程軟件交換和共享信息基礎(chǔ)；⑥XML：為互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)交換格式，在因特網(wǎng)發(fā)布模型以供查看。

（二）BIM數(shù)據(jù)和生產(chǎn)組織管理

在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)加工過(guò)程中，絕大部分企業(yè)通過(guò)手工管理圖紙、清單、工藝卡片和工作指令來(lái)組織構(gòu)件和零件的加工，但在整個(gè)組織管理中，往往對(duì)車間各工位、各設(shè)備的實(shí)時(shí)加工情況很難獲取準(zhǔn)確的信息，以致于經(jīng)常處于被動(dòng)的計(jì)劃調(diào)整過(guò)程中，為此建立一個(gè)適用于鋼結(jié)構(gòu)加工的數(shù)字化生產(chǎn)管理平臺(tái)顯得尤為重要。數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立將打破原有層層下達(dá)指令、層層反饋進(jìn)度的組織模式，通過(guò)扁平化、一體化的生產(chǎn)協(xié)同信息平臺(tái)（包含模板化的工藝流程、初始化的設(shè)備屬性、人員情況等），有序地將加工指令信息直接下達(dá)到工位，并在工位完成加工工序后，及時(shí)將信息反饋到平臺(tái)。這一數(shù)字化系統(tǒng)源于由BIM輸出的初始數(shù)據(jù)信息。

（三）零部件加工自動(dòng)化

BIM的出現(xiàn)能夠方便地輸出NC數(shù)控?cái)?shù)據(jù)文件（使用DSTV格式創(chuàng)建），數(shù)據(jù)文件包含了所有關(guān)于這個(gè)零件的長(zhǎng)度、開孔位置、斜度、開槽和切割等的坐標(biāo)信息，以便設(shè)備能夠識(shí)別。對(duì)于異形板材的切割、鉆孔等加工需要另加人一個(gè)套料的動(dòng)作，以便提高板材的利用率。目前一些自動(dòng)套料排版軟件，可將BIM輸出的NC文件夾中的多個(gè)NC文件進(jìn)行批量轉(zhuǎn)人，為前期數(shù)據(jù)輸人節(jié)省大量的時(shí)間，并保證所有輸人數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在獲取NC文件的零件信息后，將輸人的所有零件按鋼板厚度不同、材質(zhì)不同自動(dòng)進(jìn)行套料分類，完成每組零件的套料任務(wù)，大大減少了人為進(jìn)行鋼板厚度和材質(zhì)分組的工作，實(shí)現(xiàn)了多種鋼板厚度、多種材質(zhì)的零件同時(shí)批量進(jìn)行套料的功能。

（四）機(jī)器人焊接仿真技術(shù)與BIM技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)焊接軌跡單件多樣性的特點(diǎn)，示教再現(xiàn)型機(jī)器人已不能滿足需求，取而代之的是離線編程與路徑規(guī)劃技術(shù)以及系統(tǒng)仿真技術(shù)可作為主要解決方案。機(jī)器人在研制、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能分析以及軌跡規(guī)劃設(shè)計(jì)，而機(jī)器人又是多自由度、多連桿空間機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題十分復(fù)雜，計(jì)算難度很大。因此，通過(guò)IGES和STEP等格式，可方便地將鋼結(jié)構(gòu)BIM與機(jī)器人三維仿真系統(tǒng)連接起來(lái)，結(jié)合機(jī)器人焊接工藝數(shù)據(jù)庫(kù)等，完成焊接機(jī)器人的"前端數(shù)字化"-離線編程系統(tǒng)，最終解決鋼結(jié)構(gòu)機(jī)器人焊接的問題。

三、鋼結(jié)構(gòu)BIM在構(gòu)件檢驗(yàn)和預(yù)拼裝中的應(yīng)用

現(xiàn)在，有一種計(jì)算機(jī)模擬實(shí)物構(gòu)件進(jìn)行檢驗(yàn)和預(yù)拼裝的方法正在悄然興起，在一些重大項(xiàng)目中得到應(yīng)用，起到了意想不到的效果。這種方法的基本思路是：采用鋼結(jié)構(gòu)BIM模型（以下簡(jiǎn)稱理論模型），選擇合適的測(cè)量位置，并予以編號(hào)形成單一構(gòu)件的測(cè)量圖用于實(shí)物測(cè)量（如采用全站儀進(jìn)行測(cè)量），然后將構(gòu)件實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸人三維設(shè)計(jì)軟件形成實(shí)測(cè)的三維模型（以下簡(jiǎn)稱實(shí)測(cè)模型），與原始理論模型進(jìn)行比對(duì)，檢驗(yàn)構(gòu)件是否滿足設(shè)計(jì)的要求。然后將合格的構(gòu)件實(shí)測(cè)模型導(dǎo)人整體模型中進(jìn)行構(gòu)件之間各接口的匹配分析，起到構(gòu)件實(shí)物預(yù)拼裝的效果，保證最終構(gòu)件完全符合現(xiàn)場(chǎng)安裝的要求，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工順利進(jìn)行。此類方法可以獲取實(shí)物構(gòu)件的三維數(shù)據(jù)信息，不但能夠用于檢驗(yàn)單個(gè)構(gòu)件，而且能夠模擬復(fù)雜構(gòu)件安裝后的真實(shí)情況；既方便實(shí)物構(gòu)件數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，還可以提供給現(xiàn)場(chǎng)，作為真實(shí)安裝的參考依據(jù)。

總之，BIM 的理論發(fā)展和應(yīng)用符合我國(guó)信息化發(fā)展的總體要求，其應(yīng)用存在著巨大潛力，是當(dāng)前工程項(xiàng)目管理的核心技術(shù)之一，通過(guò)建模、出圖、渲染等實(shí)現(xiàn)工程的協(xié)同管理，促進(jìn)設(shè)計(jì)部門與施工部門的信息交流，提高了施工的安全性、可靠性及效益。

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