BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房建造中的應(yīng)用研究

龍飛 宋慶明

鋼結(jié)構(gòu)廠房的主要承重構(gòu)件為鋼材，其在施工過程中很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，并且由很多因素引起，包括施工人員的技術(shù)水平、違反工藝操作以及工藝不當(dāng)?shù)取Ｍㄟ^BIM技術(shù)的使用，可以提前對鋼結(jié)構(gòu)的安裝制作過程進行模擬，對可能出現(xiàn)問題的工序采取必要的改善措施，從而保證鋼結(jié)構(gòu)廠房的質(zhì)量。

一、BIM技術(shù)概述

1.BIM的概念

BIM技術(shù)全稱為Building Information Modeling，即建筑信息模型，其能夠?qū)崿F(xiàn)建筑信息的集成，并且貫穿于從設(shè)計開始的建筑工程全生命周期內(nèi)。BIM技術(shù)會建立一個三維模型信息數(shù)據(jù)庫，能夠儲存建筑工程中的所有信息，并且業(yè)主、設(shè)施運營部門、施工單位以及設(shè)計單位都基于此模型開展工作。這樣就可以提高建筑工程的施工效率、降低投資成本，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。BIM技術(shù)的應(yīng)用核心就是建筑工程三維模型的建立，并且通過數(shù)字化技術(shù)能夠為模型提供符合實際情況的、完整的信息庫。三維模型數(shù)據(jù)信息庫，包含了建筑構(gòu)件的狀態(tài)信息、專業(yè)屬性、幾何信息，以及空間、行為運動等非構(gòu)件的狀態(tài)信息。建筑工程三維信息模型的應(yīng)用，能夠極大的提高建筑工程的信息集成化，并且能夠為所有參與方提供一個信息共享和交流的平臺。

2.BIM技術(shù)的特點

BIM技術(shù)的特點包括可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性以及優(yōu)化性?？梢暬此娝茫ㄖこ痰目梢暬哂兄匾囊饬x。BIM技術(shù)的使用，能夠?qū)鹘y(tǒng)的線條式構(gòu)件以三維圖形的方式呈現(xiàn)給人們。雖然建筑工程設(shè)計也有類似的效果圖，但是效果圖只包含構(gòu)件的顏色、位置以及大小，構(gòu)件之間的反饋性以及互動性比較差。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件反饋性以及互動性的可視化。這種可視化不僅能夠用于報表生成和效果圖展示，同時其還能夠?qū)崿F(xiàn)運營、建造、設(shè)計過程中決策、討論以及溝通的可視化。

建筑工程中的一個重要內(nèi)容就是協(xié)調(diào)，建筑工程全生命周期過程中，各方都在努力開展協(xié)調(diào)工作。當(dāng)建筑工程遇到問題時，各方會組織起來進行溝通協(xié)調(diào)，尋找解決的辦法。建筑工程設(shè)計過程中，經(jīng)常出現(xiàn)各專業(yè)的設(shè)計師協(xié)調(diào)溝通不到位而導(dǎo)致的碰撞問題，而BIM的協(xié)調(diào)性服務(wù)就能夠很好的解決這些問題。除此之外，BIM技術(shù)還能夠解決地下排水布置與其它布置的協(xié)調(diào)、防火分區(qū)與其它布置的協(xié)調(diào)、電梯井布置與凈空要求的協(xié)調(diào)等。

BIM技術(shù)的模型性不僅能夠模擬建筑模型，還能夠模擬一些無法操作的事物。比如在設(shè)計階段使用BIM技術(shù)，能夠做一些熱能傳導(dǎo)模擬、日照模擬、緊急疏散模擬以及節(jié)能模擬等。建筑工程的各環(huán)節(jié)都可以使用BIM技術(shù)進行模擬，進而保證施工的科學(xué)性以及合理性。

建筑工程施工過程中一直都在優(yōu)化，BIM技術(shù)的出現(xiàn)能夠提高這種優(yōu)化的效果。建筑工程的優(yōu)化受到時間、復(fù)雜程度以及信息的影響。如果缺乏準(zhǔn)備的信息，那么優(yōu)化則無從談起，BIM技術(shù)能夠提供規(guī)則信息、物理信息、幾何信息以及建筑物的變化信息。隨著建筑工程的不斷發(fā)展，當(dāng)前的很多建筑物復(fù)雜程度都比較高，超過了技術(shù)人員的能力上限，這時就需要借助科學(xué)技術(shù)，比如BIM技術(shù)。

二、鋼結(jié)構(gòu)廠房概述

1.鋼結(jié)構(gòu)廠房的概念

鋼結(jié)構(gòu)廠房就是以鋼材作為主要的承重構(gòu)件，包括鋼屋蓋、鋼屋架、鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、鋼梁、鋼柱子等。我國的鋼產(chǎn)量一直都比較高，因此很多廠房都開始使用鋼結(jié)構(gòu)，并分為重型鋼結(jié)構(gòu)廠房和輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房。鋼結(jié)構(gòu)建筑具有較好的環(huán)保性能，其施工過程周期也比較短，能夠降低建造成本。鋼結(jié)構(gòu)廠房具有較好的抗震性、抗風(fēng)性、耐久性、保溫性、隔音性、健康性、舒適性、環(huán)保性以及快捷性。

2.鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)缺點

鋼結(jié)構(gòu)廠房的優(yōu)點：用途廣泛，可以用于飛機庫、體育場、辦公樓、倉庫、工廠等，適合大跨度建筑與高層建筑。施工方便，所有的鋼構(gòu)件都可以直接在工廠加工完成，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場之后直接拼裝即可，能夠極大的縮短施工周期。經(jīng)久耐用，使用BIM技術(shù)設(shè)計而成的鋼結(jié)構(gòu)廠房能夠抵抗各種惡劣天氣，并且維修也比較簡單。美觀實用，鋼結(jié)構(gòu)廠房的外形線條比較簡單，具有較強的美觀性。造價合理，鋼結(jié)構(gòu)廠房的施工周期較短，并且自重比較輕，因此具有較高的綜合經(jīng)濟效益。

鋼結(jié)構(gòu)廠房的缺點：鋼結(jié)構(gòu)使用的鋼材經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問題，并且在施工過程也容易出現(xiàn)各種質(zhì)量問題，并且多發(fā)于重要工序。很多廠家沒有正確的使用鋼結(jié)構(gòu)廠房泡沫，填充物使用的是無阻燃材料，增加了火災(zāi)發(fā)生的隱患。

三、BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房建造中的應(yīng)用

1.招投標(biāo)階段的BIM技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)廠房工程招投標(biāo)階段，可以直接從設(shè)計單位獲得BIM技術(shù)模型。這樣能夠避免重復(fù)建模的錯誤率，也能夠縮短時間。BIM建筑模型中需要有屋面板面積、墻面板面積、樓梯、門窗等方面的內(nèi)容。如果設(shè)計單位沒有建模，就需要自己建模。目前市面上的建筑模擬軟件比較多，因此可以根據(jù)自己的實際情況選擇符合的軟件。不同的模擬軟件實現(xiàn)的功能不同，比如某些軟件可以進行水電等的三維模型設(shè)計。通常三維模型軟件中都含有建筑的主要參數(shù)點，制作模型的時候可以參考這些參數(shù)點，設(shè)計出更貼近鋼結(jié)構(gòu)廠房實際的三維模型。

2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的BIM技術(shù)

通過BIM技術(shù)設(shè)計出來的圖紙，每一張圖紙都代表一項獨立的設(shè)計內(nèi)容。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)制作建筑圖紙時，首先應(yīng)該設(shè)計出平面圖紙，然后根據(jù)平面圖紙以及剖面圖紙進行立體圖紙模型的制作。并且在圖紙制作的過程中，設(shè)計人員還需要根據(jù)工程的實際情況，對圖紙進行改進。這樣通過不斷的修改圖紙，才能確保建筑的穩(wěn)定性和安全性。這種方式對施工人員的安全性要求比較高，需要設(shè)計人員有大量的時間以及耐心。但是使用BIM技術(shù)能夠緩解設(shè)計人員的壓力，設(shè)計人員可以通過相關(guān)的BIM設(shè)計軟件設(shè)計出鋼結(jié)構(gòu)的三維模型，如果需要的話還可以轉(zhuǎn)換為二維圖紙。這樣設(shè)計人員在工作過程中能夠?qū)Ｗ⒂谌S模型的建立，并且設(shè)計的效率比較高，同時設(shè)計時間也得到減少。設(shè)計人員還可以在軟件中根據(jù)自己的想法進行圖紙繪制，其精準(zhǔn)度高于人工手繪。同時設(shè)計圖紙中中包含的信息與鋼結(jié)構(gòu)廠房的實際情況基本一致，使得設(shè)計圖紙的可靠性得到提高。

3.協(xié)同工作和碰撞檢查

BIM三維模型技術(shù)能夠?qū)摻Y(jié)構(gòu)廠房工程中的各方結(jié)合在一起，并且為參與方提供一個相互交流信息的平臺，這樣不同專業(yè)設(shè)計出的模型能夠相互交流并且融合，實現(xiàn)不同專業(yè)之間的共同工作。除了能夠進行工作配合之外，還能夠分辨鋼結(jié)構(gòu)廠房中的線和構(gòu)件。傳統(tǒng)建筑中對線和構(gòu)件進行分析時需要將所有的圖紙結(jié)合在一些進行對比，這種方式有時候會造成信息的遺漏。如果在施工過程中發(fā)生問題，不僅會提高工程的施工成本，并且施工也不能按時完成。而通過BIM技術(shù)進行圖紙設(shè)計時，能夠及時地檢查出圖紙中存在的各種問題，使得設(shè)計人員能夠很好的清楚問題所在，并采取相應(yīng)的解決措施。鋼結(jié)構(gòu)廠房中使用BIM技術(shù)能夠極大的提高設(shè)計人員的效率，同時還能夠提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的質(zhì)量，為人們生產(chǎn)生活提供很大的便利。

4.加工制造過程中的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)廠房的構(gòu)件一般都是在工廠完成加工的。工程師通過使用BIM技術(shù)，能夠更加直觀和便捷的開展BIM技術(shù)，并且建造出比較完整的模型。傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，工程師在放樣過程中一般選擇的都是CAD手工放樣的方法，這種方法很難考慮到鋼結(jié)構(gòu)建造過程中的所有方面，容易出現(xiàn)遺漏的情況。使用BIM技術(shù)之后，能夠根據(jù)設(shè)計師的具體要求在三維模型中增加各種節(jié)點，進而不斷深化3D模型。除此之外，這些節(jié)點還能夠直觀的呈現(xiàn)在設(shè)計師面前，能夠及時發(fā)現(xiàn)各種問題，比如扭剪型螺栓安裝控件。很多BIM軟件都具有較高的智能化程度，能夠直接在模型中搭建鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和零件，并且還能夠生成構(gòu)件圖和零件圖。經(jīng)過對BIM模型的深化之后，能夠降低生成NC文件。這些NC文件不僅作為套料，也可以應(yīng)用到板零件的加工過程中。

5.鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中的BIM技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)廠房現(xiàn)場安裝過程中使用BIM技術(shù)，具有較高的價值，能夠給安裝人員帶來較為直觀的感受。使用BIM軟件能夠制作3D安裝圖和3D模擬安裝示意圖，并且能夠加入空間和時間信息。很多BIM軟件都可以直接將模型導(dǎo)出來，通過筆記本、智能電腦等打開模型，就不需要再翻閱安裝圖。能夠直接在計算機中找到安裝位置的構(gòu)件數(shù)量以及編號等，從而提高鋼結(jié)構(gòu)安裝的便捷性以及直觀性。比如，鋼結(jié)構(gòu)吊裝的過程中使用安裝照片和模塊圖，根據(jù)安全性原則將鋼結(jié)構(gòu)廠房進行拆分，統(tǒng)一吊裝支撐、柱、梁等構(gòu)件。這樣能夠提高施工的效率，減少高空作業(yè)量，并且還能夠保證施工人員的安全。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)廠房施工模塊化吊裝過程中，分區(qū)的打包和加工難度都比較大；很多鋼構(gòu)件都需要運輸?shù)胶Ｍ獾氖┕がF(xiàn)場，這樣導(dǎo)致安裝過程追溯、運輸以及加工等方面的問題。使用BIM技術(shù)之后，能夠集合匯總不同階段的信息數(shù)據(jù)，保證采購使用的鋼板符合設(shè)計方案的要求，并且可以施工的各個環(huán)節(jié)都可以隨時查閱數(shù)據(jù)，增加了施工的便捷性。

四、結(jié)語

將BIM技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)廠房建造過程中，具有虛擬施工指導(dǎo)、碰撞檢查以及提供準(zhǔn)確信息數(shù)據(jù)等方面的優(yōu)勢。BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)廠房工程中的應(yīng)用，包含了招投標(biāo)、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計安裝等方面，對提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的質(zhì)量安全有著重要意義。