基于BIM 技術(shù)的建筑鋼結(jié)構(gòu)施工仿真可視化研究

高 沛

（山東誠(chéng)祥建設(shè)集團(tuán)股份有限公司， 山東 濟(jì)寧 272400）

鋼結(jié)構(gòu)建筑由于其自身重量輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、施工周期短等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)鋼筋混凝土建筑并得到了較為廣泛的運(yùn)用。然而隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑施工技術(shù)不斷發(fā)展，我國(guó)大型鋼結(jié)構(gòu)施工工藝越來越復(fù)雜，相應(yīng)的施工難度也越來越大，與此同時(shí)帶來了新的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。在此之前許多建筑設(shè)計(jì)師、工程師都曾在技術(shù)層面進(jìn)行創(chuàng)新，也取得了許多卓越的成效，其中最為有效的是將建筑信息模型（Building Information Model，BIM）技術(shù)應(yīng)用到建筑當(dāng)中，但尚未完全成熟。

1 BIM 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1） 具備項(xiàng)目管理的3D/4D/5D 模型的模擬性。BIM 可以建立3D 模型對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件以及連接進(jìn)行檢查，能夠發(fā)現(xiàn)在施工中可能遇到的問題。BIM 也可以建立4D 模型，模擬鋼結(jié)構(gòu)施工過程中構(gòu)件吊裝以及合理施工方案，可以方便的確定項(xiàng)目的施工方案。BIM 也可以建立5D 模型，對(duì)施工過程中的成本加以控制，這樣可以合理的確定工程造價(jià)，并且產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2） 可以優(yōu)化項(xiàng)目以及具有良好的協(xié)調(diào)性，能夠使工程中所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，可以方便的完成項(xiàng)目的優(yōu)化，不需要花費(fèi)太多的時(shí)間進(jìn)行各專業(yè)的配合。能夠縮短工期，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)工程中的安全隱患，為工程的安全進(jìn)行提供幫助。

3） 可以實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。通過合理的安排施工進(jìn)度，以及合理的配置人工和材料以及投資，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)該項(xiàng)目的成本控制。

2 BIM 技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工仿真可視化中的應(yīng)用

2.1 基于BIM 技術(shù)的可視化施工仿真應(yīng)用研究

在我國(guó)，關(guān)于BIM 可視化施工仿真應(yīng)用的研究較少，其中一些主要是用于BIM 教學(xué)實(shí)訓(xùn)，很少應(yīng)用于實(shí)際的工程施工管理當(dāng)中。BIM 技術(shù)理論主要是通過借助在虛擬平臺(tái)建立BIM 建筑模型，解決建筑項(xiàng)目生產(chǎn)周期可能遇到的問題。Revit 軟件中，建立LOD 模型。本文鋼結(jié)構(gòu)受力計(jì)算公式主要考慮軸心受拉、受壓、受彎構(gòu)件，以受拉和受壓構(gòu)件為例，采用公式（1） ～公式（4） 計(jì)算其強(qiáng)度，并將公式納入軟件中統(tǒng)一管理，方便仿真計(jì)算，提高仿真效率。其中非摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的強(qiáng)度采用公式（1），摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接處其強(qiáng)度分別用公式（2） 和公式（3） 計(jì)算，軸心受壓構(gòu)件期剪力采用公式（4） 計(jì)算。

式中：σ1是非摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的強(qiáng)度值，σ2和σ3為摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的強(qiáng)度，n 表示軸心拉力或者軸心壓力，An 為凈截面積，f 是鋼材的抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，n 和n1 表示節(jié)點(diǎn)或者拼接處，構(gòu)件一端連接的高強(qiáng)度螺栓數(shù)。A 為構(gòu)件的毛截面積，fy 為鋼材的屈服強(qiáng)度。

實(shí)踐證明，BIM 施工仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)不僅可以應(yīng)用于BIM人才教學(xué)方面，同時(shí)也能夠應(yīng)用到建筑工程施工過程中。隨著我國(guó)建筑工程行業(yè)數(shù)量的不斷增加，將BIM 技術(shù)的可視化施工仿真平臺(tái)引進(jìn)到實(shí)際施工過程中必將成為整個(gè)建筑行業(yè)的大勢(shì)所趨，從而提升建筑工程的整體質(zhì)量以及施工效率。本文中簡(jiǎn)要例舉鋼結(jié)構(gòu)施工中BIM 可視化施工仿真平臺(tái)的應(yīng)用。具體內(nèi)容如下：

1） 項(xiàng)目概況介紹。本文以某高層公寓建筑為例，闡述鋼結(jié)構(gòu)高層公寓建筑施工過程中BIM 技術(shù)可視化施工仿真平臺(tái)的應(yīng)用；2） 基于實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的可視化模型建立。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程施工的數(shù)據(jù)信息，在平臺(tái)內(nèi)部建立可視化三維建筑模型。借助幾何參數(shù)信息，能夠在模型建立過程中對(duì)模型進(jìn)行多角度的觀察，防止出現(xiàn)建模錯(cuò)誤；3） 施工場(chǎng)地布局及模擬技術(shù)?；诮⒌腂IM 三維模型，并借助二維平面施工圖進(jìn)行施工；4） 施工場(chǎng)地布局優(yōu)化技術(shù)。利用BIM 軟件建立施工各個(gè)階段的現(xiàn)場(chǎng)模型，而后對(duì)工程線路進(jìn)行繪制，在虛擬空間內(nèi)對(duì)施工場(chǎng)地的布局進(jìn)行合理的配置。

2.2 基于實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的可視化施工指導(dǎo)分析

在BIM 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)操作過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程需求進(jìn)行平臺(tái)操作，重點(diǎn)對(duì)BIM 鋼結(jié)構(gòu)施工建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)，借助專業(yè)化分析軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工空間的模擬。根據(jù)工程的幾何參數(shù)，建立鋼結(jié)構(gòu)建筑模型，并將之應(yīng)用到可視化操作平臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)施工建造工作中，能夠有效的對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、裝配、施工的整個(gè)流程進(jìn)行管理。在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建的生產(chǎn)加工階段，可借助BIM 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建生產(chǎn)表的生成，為后期的生產(chǎn)工序提供數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語

當(dāng)前，我國(guó)相關(guān)建筑企業(yè)應(yīng)在實(shí)際施工過程中引進(jìn)BIM技術(shù)，重視BIM 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用。一方面提升BIM 技術(shù)復(fù)合型人才的教育，通過施工仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)培養(yǎng)更多的企業(yè)人才；另一方面，應(yīng)將BIM 鋼結(jié)構(gòu)施工仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用到施工管理工作中，借助施工仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)所具有的性能和優(yōu)勢(shì)，全面的對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行有效的監(jiān)管，降低鋼結(jié)構(gòu)施工問題的出現(xiàn)頻率，解決鋼結(jié)構(gòu)施工過程中存在的各類問題。