BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)安裝效率提升中的研究及應(yīng)用

張 羽

（鞍鋼鋼結(jié)構(gòu)有限公司，遼寧 鞍山 115007）

BIM 技術(shù)具有可視化、一體化、參數(shù)化、仿真性等特點(diǎn)，將其應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)安裝中，可有效協(xié)調(diào)各結(jié)構(gòu)安裝方案，大幅度提升安裝效率，縮短安裝工期，降低安全成本，并保證安裝效果和質(zhì)量，是一種比較先進(jìn)技術(shù)?；诖?，開展BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)安裝效率提升中的研究及應(yīng)用分析就顯得尤為必要。

1 工程概述

某鋼結(jié)構(gòu)建筑工程，總高度為36.84m，中建筑面積為2.36 萬m2，主要結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)和鋼網(wǎng)殼屋頂。屋頂跨度比較大，為雙曲面鋼結(jié)構(gòu)屋面。樓板厚度為120mm 鋼筋桁架樓承板，框架為熱軋無縫鋼管，樓板為鋼梁為熱軋H 型鋼，吊桿及支撐都是熱軋無縫鋼管。

2 BIM 技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 可視化

BIM 技術(shù)的可視化主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）設(shè)計可視化。BIM 具有多種可視化模式，主要包括3 種模式——隱藏線、帶邊框著色、真實(shí)渲染，同時還自帶漫游功能，通過合理創(chuàng)建相機(jī)路徑、動畫等一系列的圖像，可為客戶展示可視化模型。（2）施工過程的可視化。通過BIM 技術(shù)，對每個施工環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬，解決相互矛盾、交叉及碰撞問題。（3）復(fù)雜構(gòu)造節(jié)點(diǎn)可視化。利用BIM 技術(shù)的可視化特性，可將一些比較復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造及節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全方位呈現(xiàn)。

2.2 一體化

所謂一體化指的是通過BIM 技術(shù)可以從設(shè)計、施工、運(yùn)營等全過程都可以采用BIM 技術(shù)進(jìn)行集中統(tǒng)一管理。由于鋼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，構(gòu)件眾多，設(shè)計一直是重難點(diǎn)，采用BIM 技術(shù)可促使建筑、結(jié)構(gòu)、暖通工程、電氣設(shè)備等在同一個模型中工作，將整個設(shè)計整合到一個模型中進(jìn)行系統(tǒng)化、可視化設(shè)計，將鋼結(jié)構(gòu)部件之間的交叉碰撞問題直觀清楚地顯示出來，從而達(dá)到一體化設(shè)計。在施工階段，BIM 技術(shù)可同步提供有關(guān)建筑質(zhì)量、進(jìn)度、材料、造價、資源配置等多項(xiàng)信息，為施工提供更加有效的數(shù)據(jù)支持和參考。在運(yùn)營階段，利用BIM 技術(shù)可大幅度提升建筑工程的收益及成本管理水平，從而為開發(fā)商招商提供更加透明及便利的條件。大量工程應(yīng)用實(shí)例表明，通過此項(xiàng)技術(shù)，可清楚直觀地表明其在協(xié)調(diào)方面的設(shè)計，并大幅度縮短設(shè)計和施工的時間表，從而降低施工成本，改善施工現(xiàn)場，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2.3 參數(shù)化

BIM 建模是更加先進(jìn)的參數(shù)化建模，而不是傳統(tǒng)數(shù)字分析建模，主要調(diào)整其中一項(xiàng)參數(shù)，整個模型都會發(fā)生變化。在BIM 技術(shù)參數(shù)化設(shè)計中，涉及參數(shù)化圖元和參數(shù)化修改引擎兩項(xiàng)內(nèi)容，其中圖元由每個鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成，一項(xiàng)參數(shù)就一個構(gòu)件，通過調(diào)取和分析參數(shù)，就能獲知構(gòu)件的具體情況。修改引擎的應(yīng)用，極大地方便了設(shè)計和施工修改調(diào)整，只要其中一個參數(shù)被修改，則與之相關(guān)聯(lián)的部分就會直接反映出來，便于設(shè)計人員、施工人員參考辨識。

2.4 仿真性

通過對建筑工程性能分析仿真，就可以對建筑信息進(jìn)行系統(tǒng)化分析，為設(shè)計、施工、運(yùn)營等提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo)。

3 BIM 技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)效率提升方案研究

相比于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)新型產(chǎn)業(yè)、綠色產(chǎn)業(yè)，在施工效率、施工工藝方面具有明顯特點(diǎn)，深受各行業(yè)的青睞。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)完善。但和發(fā)達(dá)國家相比，目前我國鋼結(jié)構(gòu)工程施工建設(shè)中仍然存在很多問題，嚴(yán)重制約了我國鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。主要體現(xiàn)在以下幾個方面；

（1）很多鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計方，仍然采用傳統(tǒng)二維平面式設(shè)計形式，致使設(shè)計效果欠佳，外觀呆板、守舊，在設(shè)計和施工形式上沒有取得突破性發(fā)展。

（2）在鋼結(jié)構(gòu)加工制造階段也存在很多問題。主要原因是我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展起步比較晚，很多鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家仍然沿用傳統(tǒng)粗放式加工模式，致使鋼結(jié)構(gòu)工程施工建設(shè)成本大幅度提升，限制了鋼結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展。

（3）在鋼結(jié)構(gòu)吊裝時也存在一定的問題，比如在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)吊裝時，梁柱連接經(jīng)常發(fā)生連接不及時或者連接質(zhì)量欠佳的問題，在鋼筋拼裝時，也頻繁發(fā)生精度低、位移過大等問題，無法保證鋼結(jié)構(gòu)施工的安全性及施工質(zhì)量。

將BIM 技術(shù)應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)安裝中，可實(shí)現(xiàn)資源數(shù)據(jù)整合、仿真模擬，將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工、吊裝等相互結(jié)合，從而提升鋼結(jié)構(gòu)安裝效率，保證安裝質(zhì)量。

4 BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)安裝中的具體應(yīng)用

4.1 精確劃分施工時間

通過BIM 技術(shù)可構(gòu)建起4D 施工模型，本工程通過TekIa Structure 軟件構(gòu)建了工程4D 施工進(jìn)度模型，對各結(jié)構(gòu)進(jìn)行了提前安裝模擬，有效解決了吊裝設(shè)備配合及用工量的沖突問題，避免發(fā)生無故浪費(fèi)，對施工成本控制起到了至關(guān)重要的作用。同時對鋼結(jié)構(gòu)安裝時的主結(jié)構(gòu)、此結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)安裝順序進(jìn)行了模擬分析，為制定施工方案，提供了可視化、動態(tài)化參考，有效縮短了施工工期。

4.2 施工進(jìn)度管理

通過BIM 技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度時間與BIM 信息化模型的相互結(jié)合，從而構(gòu)建其4D 模型，再通過計算機(jī)軟件直觀清楚地顯示出來，將施工進(jìn)度計劃和實(shí)際施工使用的時間進(jìn)行對比分析，分析結(jié)果通過圖形和或者表格的形式反饋出來，促使施工進(jìn)展更加清晰、準(zhǔn)確，便于提前制定相應(yīng)的解決方案及對策，為優(yōu)化和完善施工方案奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。應(yīng)用BIM 技術(shù)的關(guān)鍵是如何構(gòu)建起信息模型，也就是更加先進(jìn)的5D 模型，包含了所有鋼結(jié)構(gòu)安裝的全部信息及數(shù)據(jù)。所謂5D 模型指的是在3D 建筑信息模型基礎(chǔ)上，再加上時間信息、施工造價信息等組成的更加完善的數(shù)據(jù)信息庫，包含了每個鋼結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、數(shù)量、重量、施工工序、施工時間等全部信息。因此，在鋼結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度中應(yīng)用BIM 技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)模擬管理，通過計算機(jī)數(shù)據(jù)分析生成更加優(yōu)化的材料供應(yīng)計劃和施工進(jìn)度計劃，保證每道工序的施工更加合理有效，信息數(shù)據(jù)的匯總更加及時有效，避免施工資金、施工材料等有效鋼結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度和效果。

4.3 提升工程質(zhì)量

應(yīng)用BIM 技術(shù)可大幅度提升鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)工程在施工建設(shè)階段，不同的參建主體對質(zhì)量信息的關(guān)注各有側(cè)重，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，可為每個參建方提供便捷有效的指導(dǎo)和參考。比如在本工程施工中，采用BIM 技術(shù)代替了傳統(tǒng)經(jīng)緯儀、全站儀，平面圖紙已經(jīng)不再是二維圖紙放樣，而是構(gòu)建4D 甚至是5D 建筑模型，按照測繪放樣的結(jié)果進(jìn)行安裝，大大縮短了安裝時間，而且可有效提升安裝精度，保證了鋼結(jié)構(gòu)建筑施工質(zhì)量。和傳統(tǒng)放樣設(shè)備相比，BIM 技術(shù)放樣設(shè)備更加先進(jìn)有效，同時也解放了多余勞動力，不斷降低了施工成本，而且大幅度縮短了施工工期。

4.4 信息實(shí)時共享

在鋼結(jié)構(gòu)安裝時應(yīng)用BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時共享，從而提升合同管理效率。BIM 技術(shù)不但具有很強(qiáng)的集成化，而且可實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的有效應(yīng)用，將規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理等集中到一個平臺上集成管理，從提升了管理效率。比如在BIM 模型中包含鋼結(jié)構(gòu)工程的全部項(xiàng)目信息，可保證各環(huán)節(jié)、各項(xiàng)目穩(wěn)定開展。此外，通過BIM 技術(shù)還能有效解決鋼結(jié)構(gòu)存在的信息瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息及資源的共享和全體參與。尤其是在鋼結(jié)構(gòu)吊裝階段，通過MIB 模型信息共享，相同的信息無需多次重復(fù)輸入，保證各道工序可以高效、有序地開展。

5 結(jié)束語

綜上所述，文章結(jié)合工程實(shí)例，研究了BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)安裝效率提升中應(yīng)用，研究結(jié)果表明，BIM 技術(shù)是一種全新建筑工程施工技術(shù)，具有可視化、一體化、參數(shù)化、仿真性等特點(diǎn)，合理應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，可大幅度提升鋼結(jié)構(gòu)安裝效率和質(zhì)量，而且還能避免發(fā)生交叉碰撞等問題，對保證施工質(zhì)量、提升施工效率、降低施工成本等方面皆有非常重要的意義，并且符合目前我國建筑工程綠色發(fā)展的要求，值得大范圍推廣應(yīng)用。