BI M技術(shù)在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中的應(yīng)用分析

李大貴，孟珊，肖星星，雷俊，陳健輝

（中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000）

1 BIM在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝中的技術(shù)優(yōu)勢

1.1 實現(xiàn)可視化施工管理目標(biāo)

基于BIM技術(shù)，相關(guān)人員可建立高層建筑的3D模型，利用該模型的可視化效果進(jìn)行安裝施工管理，確保鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的安裝精確度。在此過程中，3D模型可幫助施工人員直觀地查看鋼結(jié)構(gòu)的連接點以及各構(gòu)件分布情況，更清晰地處理鋼結(jié)構(gòu)安裝中的各類問題、設(shè)計人員可根據(jù)模型中的立面、平面、剖面信息合理調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的設(shè)計參數(shù)，完善高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方案[1]。

1.2 有效協(xié)調(diào)鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中所涉及的施工作業(yè)較多，鋼結(jié)構(gòu)分布較為復(fù)雜。BIM技術(shù)可利用BIM信息模型協(xié)調(diào)鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)，提升建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝項目管理效率。具體來說，BIM信息模型可促進(jìn)施工人員、設(shè)計人員、管理人員的交流溝通，更為立體地展示鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方案，降低技術(shù)交底難度，預(yù)防工期延誤風(fēng)險。另外，相關(guān)人員可利用BIM模型細(xì)化鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)，直觀地檢查鋼構(gòu)件安裝、連接活動，有效協(xié)調(diào)安裝作業(yè)，規(guī)避各類常見質(zhì)量風(fēng)險，使施工人員順利完成鋼結(jié)構(gòu)吊裝、銜接任務(wù)[2]。

另外，鋼結(jié)構(gòu)安裝精度要求較高，但環(huán)境因素、人為因素、設(shè)備因素對建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工質(zhì)量的影響較大。BIM技術(shù)可通過優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)安裝方案，整合高層建筑建設(shè)中的鋼結(jié)構(gòu)安裝信息，更高效地傳遞安裝施工數(shù)據(jù)，協(xié)助一線施工人員排查質(zhì)量與安全風(fēng)險，保障鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的精度，同時通過及時評估，發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)安裝中的安全隱患，改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)安裝方案，保障建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的施工安全。

2 BIM技術(shù)在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中的具體應(yīng)用

2.1 應(yīng)用流程

BIM技術(shù)應(yīng)用于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝時，相關(guān)人員可將高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計方案輸入Navisworks軟件，建立鋼結(jié)構(gòu)BIM安裝模型，該模型可以可視化地模擬高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工全過程，滿足工程施工管理要求。具體應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝中BIM技術(shù)的應(yīng)用流程

2.2 建立BIM鋼結(jié)構(gòu)模型

借助Revit軟件，構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)BIM模型[3]。Revit軟件啟動后，可按照輸入的項目信息創(chuàng)建視圖界面，用3D立體的圖形呈現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)安裝工程。聯(lián)合高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分別建立鋼結(jié)構(gòu)平面圖、剖面圖、立體面圖，并將其合并為BIM模型。模型中包含鋼結(jié)構(gòu)安裝中螺栓分布情況，以及鋼構(gòu)件安裝所需的施工設(shè)計參數(shù)。鋼結(jié)構(gòu)BIM模型可在Revit軟件的作用下，展示鋼結(jié)構(gòu)中底板結(jié)構(gòu)、鋼板焊接設(shè)計、鋼柱安裝設(shè)計，高效地完成技術(shù)交底工作，并用可視化的模型指導(dǎo)施工人員完成施工任務(wù)。

2.3 可視化仿真模擬施工

BIM技術(shù)體系中，Navisworks軟件可支持高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的可視化模擬。該軟件不僅可整合鋼結(jié)構(gòu)安裝中的所有3D模型，還有漫游功能?？衫肞roject軟件導(dǎo)入鋼結(jié)構(gòu)安裝施工模型，關(guān)聯(lián)安裝工程、工況，并用動畫形式將高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程反映到計算機(jī)終端展示界面，同時支持關(guān)聯(lián)人員的虛擬操作，模擬鋼結(jié)構(gòu)安裝施工全過程。

以地下室定位器安裝、核心筒鋼板剪力墻安裝、外框鋼柱及鋼梁安裝等分項工程為例，基于BIM施工模擬動畫，鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中，相關(guān)人員可直接依據(jù)模型中的施工參數(shù)固定地下室定位器，連接高層建筑中的鋼結(jié)構(gòu)、混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，順利地將圓形鋼管固定在鋼柱底部的鋼板上；然后按照圖示中建筑地下室內(nèi)的鋼構(gòu)件、混凝土頂面連接區(qū)域的定位器分布情況，完成鋼結(jié)構(gòu)安裝、焊接工作。

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中核心筒剪力墻是指將鋼板、圓鋼管焊接成鋼結(jié)構(gòu)，其安裝作業(yè)需要通過對稱吊裝的方式將鋼構(gòu)件安裝到位。BIM模型同樣可施工模擬核心筒剪力墻的安裝活動，協(xié)助施工人員順利地將鋼板、圓鋼管吊裝到位。比如，基于BIM模型中的平面視圖，施工人員可及時安裝端部的剪力墻，然后將其與建筑結(jié)構(gòu)中的箱形梁相互連接，焊接后吊裝高層建筑內(nèi)部剪力墻。在此過程中，BIM模型可有效控制剪力墻的安裝誤差，并用錯層變換安裝的方式完成吊裝任務(wù)，提升鋼結(jié)構(gòu)安裝精度。鋼梁、鋼柱安裝時往往需要搭設(shè)高空操作平臺，利用BIM模型仿真模擬時，相關(guān)人員可確定操作平臺的位置，設(shè)計出可調(diào)支撐平臺；然后依據(jù)鋼梁、鋼柱安裝方案，有序地模擬高層建筑中塔樓、標(biāo)準(zhǔn)層中的鋼結(jié)構(gòu)安裝活動，分析安裝方案的可行性。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度管理

BIM技術(shù)不僅可用于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝施工指導(dǎo)方面，還能改善鋼結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度管理。相關(guān)人員可直接在BIM軟件中輸入鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的時間參數(shù)，使BIM模型中的進(jìn)度計劃與實際工況信息相互作用，呈現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度。管理人員可借助BIM進(jìn)度管理模型，提前分析鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中的各項參數(shù)，安排施工作業(yè)，協(xié)調(diào)鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中的人力、物力資源，然后分別模擬高層建筑各區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)安裝過程，排查鋼結(jié)構(gòu)吊裝中存在的沖突問題，避免在實際作業(yè)中損耗大量時間。

實際管理過程中，在BIM-Project軟件中輸入數(shù)據(jù)庫內(nèi)的項目信息后，管理人員可自動輸入運行命令，然后通過Time Liner按鈕下達(dá)進(jìn)度管理指令。之后，BIM軟件可依據(jù)進(jìn)度計劃和目標(biāo)整理鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的施工信息，重建任務(wù)層。而管理人員則可按照軟件任務(wù)層的整體設(shè)計建立進(jìn)度管理模型，更合理地安排鋼結(jié)構(gòu)安裝中的施工任務(wù)，提升高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的施工效率，防范進(jìn)度風(fēng)險。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量管理

質(zhì)量管理是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的重要管理內(nèi)容，BIM技術(shù)在實際應(yīng)用中可通過自身的施工模擬過程，滿足鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的質(zhì)量管理要求。具體來說，基于BIM技術(shù)，相關(guān)人員可借助BIM模型對施工人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，保障鋼結(jié)構(gòu)安裝過程的施工質(zhì)量。比如，管理人員可利用BIM技術(shù)將鋼結(jié)構(gòu)安裝信息輸入模型，BIM模型可仿真模擬鋼結(jié)構(gòu)安裝施工全過程；而施工人員可通過掃描現(xiàn)場二維碼，查看模擬動畫，了解鋼結(jié)構(gòu)安裝工序，規(guī)范作業(yè)行為，加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量控制。

在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中，BIM技術(shù)體系中的Navisworks、Revit等軟件可虛擬吊裝鋼構(gòu)件，然后借助Time Liner的功能關(guān)聯(lián)項目操作及信息資源。關(guān)聯(lián)操作結(jié)束后，分別在任務(wù)層設(shè)置鋼構(gòu)件的安裝任務(wù)，并利用Time liner中的配置命令調(diào)整模型外觀參數(shù)，對鋼結(jié)構(gòu)安裝工程實施頂層結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時動態(tài)化模擬鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的安裝活動，協(xié)助現(xiàn)場施工人員把控施工流程，排查質(zhì)量風(fēng)險，調(diào)整構(gòu)件安裝方案。比如，在吊裝外圍鋼結(jié)構(gòu)時，構(gòu)件重量、長度控制不當(dāng)都會誘發(fā)質(zhì)量風(fēng)險，而BIM模型可用可視化的信息數(shù)據(jù)模型呈現(xiàn)該區(qū)域的吊裝活動，使施工人員掌握鋼柱結(jié)構(gòu)特征及分布情況，有效地控制鋼構(gòu)件的安裝施工參數(shù)，高質(zhì)量地完成吊裝任務(wù)。

2.6 關(guān)鍵節(jié)點的施工模擬

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中的子項目較多，安裝施工中關(guān)鍵節(jié)點的施工工藝非常復(fù)雜，所以，實際應(yīng)用中BIM技術(shù)可對鋼結(jié)構(gòu)安裝中的關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行施工模擬，用動態(tài)化、可視化的動畫視頻指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點的安裝作業(yè)。比如，在某高層建筑工程項目中，高層建筑的3～12層為型鋼混凝土柱結(jié)構(gòu)，鋼柱、鋼梁捆扎時的難度較大，需要BIM技術(shù)模擬整個施工節(jié)點的安裝工程。

1）基于BIM技術(shù)建立關(guān)鍵節(jié)點施工模擬中的信息集合，Navisworks軟件可通過進(jìn)度計劃、施工設(shè)計信息、命令選項的整合，自動制作高層建筑鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點安裝時的場景動畫。

2）借助Time liner中的“Ani-mator”新建場景，可以更清晰地創(chuàng)建模擬動畫，使施工人員可從不同視角觀察鋼構(gòu)件各節(jié)點的安裝情況，分析有無沖突問題。

3）動態(tài)模擬鋼筋、鋼柱綁扎時的安裝活動，指導(dǎo)施工人員掌握安裝工序。若發(fā)現(xiàn)沖突問題，還應(yīng)立即調(diào)整施工設(shè)計參數(shù)，并改變動畫設(shè)置參數(shù)，重新模擬施工作業(yè)，確認(rèn)無誤后執(zhí)行安裝方案；與一線施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，可視化地指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)安裝工作。

3 結(jié)語

綜上所述，城市空間開發(fā)中，高層建筑項目規(guī)模明顯增加，鋼結(jié)構(gòu)作為高層建筑工程常用結(jié)構(gòu)之一，其安裝工程具有較強(qiáng)的復(fù)雜性。BIM技術(shù)的應(yīng)用可幫助施工人員應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)安裝中的施工難點輔助鋼結(jié)構(gòu)安裝施工管理，同時通過仿真模擬鋼結(jié)構(gòu)安裝過程，高效完成鋼結(jié)構(gòu)安裝工程中的技術(shù)交底工作，保障鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量，提升高層建筑項目的整體建設(shè)水平。