淺談BIM技術在鋼結構工程中的應用

胡泰生++張明月

[摘 要]當前BIM技術已成為我國建筑業(yè)信息化發(fā)展的核心技術之一，是當前的研究熱點。圍繞BIM技術在鋼結構工程中的應用研究，分設計、施工 、運營三個階段綜述國內學者們的研究文獻，總結現有研究的不足，并提出基于BIM的綠色設計、全過程施工管理、運營管理等仍有待進一步研究。

[關鍵詞]BIM技術；鋼結構工程；應用

中圖分類號：TU391；TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）09-0138-01

美國標準協(xié)會（NBIMS）對BIM（buildinginformationmodeling）的定義是：BIM是一個設施（建筑項目）物理和功能特性的數字表達；是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；在項目不同的階段，不同利益相關方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責的協(xié)同作業(yè)。

鋼結構工程是以鋼材為預制構件的原料，現場拼裝時構件間采用特定連接方式的一種結構。它具有輕質高強、力學性能良好、抗震性能優(yōu)越、施工速度快、工業(yè)化程度高、投資回收快、外形美觀、可再次利用及符合可持續(xù)發(fā)展政策等一系列的優(yōu)點，被廣泛地應用于大型廠房、輕型及大跨度結構工程、高層建筑工程等領域中。

1 設計階段的應用

目前鋼結構工程在設計階段，因鋼結構專業(yè)和BIM技術人才缺乏，導致設計深度不夠、設計造價偏高；因設計方案不合理使后期施工困難，只能返工重新設計而導致投資增加等情況屢見不鮮。利用BIM技術按照設計圖紙，調用“構件庫”和“節(jié)點庫”進行三維建模，錄入構件、節(jié)點的參數信息，這在利于構件節(jié)點的深化設計的同時，還利于鋼結構工程的可視化與信息管理。胡育科等人通過闡述國家推出的有關推廣鋼結構的政策，及當前鋼結構推廣的瓶頸和問題，提出了大力推廣鋼結構根本在于提升工程設計和應用水平；楊振方通過對TeklaStructures在鋼結構工程中的應用研究，闡明了TeklaStructures在不同結構中的詳圖深化設計功能及運用方法。結果表明，TeklaStructures的數據交互功能，及建筑設計、分析、出圖、報表等功能，能提高設計的效率和準確性；尚超宏等人通過實際工程，介紹了Tekla在項目中的深化設計流程、設計依據、深化中遇到的難點重點，突出了BIM技術對設計和后期施工流暢、經濟的重要性。由此可見，運用BIM來解決深化設計中的問題，并優(yōu)化設計方案是可行且有效的。

在當前發(fā)展較為成熟的BIM軟件中，TeklaStructures在解決節(jié)點深化設計問題上扮演著重要的角色。借助鋼結構工程的BIM模型，一則能直觀地向業(yè)主反映項目的建造過程與成果，對現場復雜的安裝節(jié)點、難度系數高的施工工藝進行可視化三維技術交底，優(yōu)化設計方案；二則模型自動生成的報表，能為項目和造價管理提供依據；三則模型在TeklaStructures中深化后可同其他軟件進行交互，進行管線綜合和碰撞檢查等。最終達到最優(yōu)設計，以獲得更大的經濟效益。

2 施工階段的應用

目前在鋼結構工程的施工階段，項目的成本、質量、進度、安全控制方面都存在問題：因工程變更引起造價波動；因預制安裝工藝不當、裝配安裝順序沖突引起工期延誤；因預制構件在運輸過程中造成變形、碰傷或污染而增加造價，延誤工期；因安全教育工作或安全措施的不到位而引起安全事故。利用BIM技術，對3D模型中的構件進行參數化管理，并進行3D模型與時間軸關聯后的4D模擬施工、場布模擬等施工前的計劃審查，以保證順利安裝，避免施工工序之間的沖突和施工安全問題，并糾正偏差確保項目各項目標的實現。周慧恩等人通過對工業(yè)化鋼結構的4DBIM虛擬建造方法的研究，提出用BIM部品庫以及對軟件插件進行二次開發(fā)，來快速、智能、高效地建模。之后基于4D模型進行模擬施工、各專業(yè)綜合后的碰撞檢查，并模擬重點部分的可建造性以進一步優(yōu)化施工方案，達到多次虛擬建造優(yōu)化和一次實物安裝建造結合的效果；任玲華等人通過BIM技術在虛擬建筑及節(jié)點構造模型中的應用研究，提出了借助BIM模型中精確的節(jié)點展現，能提高設計質量及施工效率，并能在隨后的建筑施工信息流轉中，利用模型制定計劃、共享信息、指導現場；壯真才通過一棟鋼結構辦公樓工程，重點介紹BIM技術在項目施工精細化管理中的應用，提出BIM技術在能保證工程質量、工期、成本、施工安全的同時，提高管理團隊的綜合施工管理能力；孫亮等人通過介紹BIM-QR系統(tǒng)中動態(tài)二維碼的信息集成和管理功能，提出了此系統(tǒng)在鋼結構施工質量驗收和鋼結構制造、運輸、安裝進度、質量管理等方面的應用?；贐IM平臺，實時跟蹤并采集項目實際施工中成本、質量、進度的信息，錄入3D模型中與模型結合轉化為數字信息，并階段性地與原施工計劃比較，動態(tài)更新BIM數據模型后再利用BIM-QR系統(tǒng)對完工部分工程進行驗收。這樣的信息智能管理系統(tǒng)使項目各方能實時跟蹤項目的在建狀況，及時進行數據共享與意見交流，也使項目按計劃順利進行，確保成本、質量、進度，安全目標的實現。

3 運營階段的應用

在鋼結構工程的全壽命周期內，運營維護階段所占時間最長、花費最高。傳統(tǒng)建筑的運營維護系統(tǒng)一般是根據工程圖紙，人工采集數據后結合Excel表格中設備系統(tǒng)的數據進行監(jiān)控。這樣的運維方式直觀性低，時效性差，數據傳遞易丟失。BIM技術能將項目設計和施工階段的數據資料完整地傳遞到運維階段，為項目建立一份全壽命周期內數據動態(tài)更新的成長檔案，有效提高運維管理的質量和效率。目前學者們對BIM技術在項目運維階段的應用有所研究，但針對于鋼結構工程運維階段的研究卻極少。胡振中等人通過綜述當前國內外BIM運維的研究和應用，總結出已實現的功能、現存問題及研究空間；陳廣軍等人通過介紹BIM的項目運維管理系統(tǒng)，提出了多種基于BIM技術的運維管理方案。但涉及BIM技術在鋼結構工程中的空間管理、物業(yè)管理、應急管理及能耗管理方面的研究還很欠缺。

4 結論

BIM技術在鋼結構設計階段應用研究大多趨于可視化模型生成、深化設計、圖紙報表生成、設計審查方面，而利用BIM技術進行可持續(xù)低能耗設計應用的文獻較少；在施工階段的BIM技術應用研究中，關注4D模擬施工、項目進度造價管理應用文獻較多，而關于施工質量驗收、安全文明施工、施工風險管理和物資管理、建筑垃圾的回收管理方面卻并未深入研究；關注工程的設計與施工階段BIM技術應用研究的文獻較多，運維階段的較少。未來應在設計中實現可持續(xù)低耗理念，施工中推廣BIM5D平臺進行全面的施工管理，運維階段進行BIM技術在多方面應用的深入研究。建筑業(yè)的發(fā)展必然朝著“綠色高效”邁進，鋼結構工程應充分利用其可回收、智能化、集約化的特點，標準化、工業(yè)化、裝配化的生產安裝形式，在大力開展BIM信息化建設的同時，完善企業(yè)信息系統(tǒng)、培養(yǎng)BIM技術及鋼結構設計的綜合性人才，以推動鋼結構的產業(yè)升級和行業(yè)變革。

參考文獻

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[2] 朱衛(wèi)宗.BIM技術在鋼結構工程中的應用研究[J].商品與質量，2015（51）.

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