BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)施工的策略探究

摘要：BIM技術(shù)是現(xiàn)代工程項(xiàng)目建設(shè)常用的一種技術(shù)，其具有可視化、一體化、參數(shù)化的特征，深化BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用，能準(zhǔn)確構(gòu)建項(xiàng)目施工模型，指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)施工工作實(shí)施，提升工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量。本文在闡述BIM技術(shù)應(yīng)用特征的基礎(chǔ)上，分析BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用難點(diǎn)，提出在項(xiàng)目建設(shè)中，需要細(xì)化鋼結(jié)構(gòu)BIM施工設(shè)計(jì)，搭建施工信息化管理框架，同時(shí)要利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工材料管理，做好BIM技術(shù)性鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)控制，并開展施工組織管理。期望能進(jìn)一步提升BIM技術(shù)應(yīng)用水平，保證鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，推動鋼結(jié)構(gòu)建筑施工工作的有序開展。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；BIM技術(shù)；施工技術(shù)；策略要點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程項(xiàng)目建設(shè)中有廣泛應(yīng)用，對比傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有自重輕、施工周期短的特征，而且鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震能力突出，建筑空間和生態(tài)效益突出。在此背景下，鋼結(jié)構(gòu)建筑獲得了較快的發(fā)展。嚴(yán)格控制施工技術(shù)應(yīng)用是提升鋼結(jié)構(gòu)建筑施工質(zhì)量的重點(diǎn)所在，在現(xiàn)代工程建設(shè)模式下，為充分保證鋼結(jié)構(gòu)建筑施工的規(guī)范性，施工企業(yè)開始融合使用BIM技術(shù)，并在該技術(shù)的支撐下進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工過程的全要素管理，本文研究BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中的應(yīng)用策略和技術(shù)要點(diǎn)，期望能為具體工程項(xiàng)目建設(shè)工作的開展提供參考。

一、BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用特征與優(yōu)勢

（一）應(yīng)用特征

BIM技術(shù)即建筑信息模型，作為一種應(yīng)用于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理的數(shù)據(jù)化工具，BIM技術(shù)以建筑工程項(xiàng)目各項(xiàng)基礎(chǔ)信息為支撐，準(zhǔn)確構(gòu)建工程項(xiàng)目建設(shè)模型，并依托該模型協(xié)調(diào)工程項(xiàng)目參建單位，進(jìn)行工程項(xiàng)目材料、技術(shù)、人員、資金等要素的管理，對于提升工程建設(shè)質(zhì)量、效益具有重要作用。從項(xiàng)目應(yīng)用過程來看，BIM技術(shù)具有可視化、一體化、參數(shù)化的特征。

BIM技術(shù)可視化特征主要體現(xiàn)在三個(gè)層面：一是在使用BIM技術(shù)后，建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作可實(shí)現(xiàn)可視化，即通過BIM技術(shù)可模擬建筑工程設(shè)計(jì)模型，通過不同的方式向用戶展示隱藏線、帶邊框著色，并進(jìn)行真實(shí)渲染。二是BIM技術(shù)下的施工具有可視化的特征，依托相應(yīng)模型可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工中出現(xiàn)的問題，如構(gòu)件交叉碰撞等。三是BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的可視化管理，通過BIM技術(shù)虛擬特性，完整地觀察到工程中復(fù)雜的部分，支撐設(shè)計(jì)施工工作開展。一體化是BIM技術(shù)的重要特征，基于這一特征，BIM技術(shù)可準(zhǔn)確完成工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營階段的管理，并且能將項(xiàng)目結(jié)構(gòu)、電氣、暖通、給排水等專業(yè)統(tǒng)一，更加規(guī)范、專業(yè)地開展項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工，滿足了鋼結(jié)構(gòu)施工的整體需要。

（二）應(yīng)用優(yōu)勢

現(xiàn)階段，BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，從鋼結(jié)構(gòu)施工應(yīng)用來看，BIM技術(shù)的應(yīng)用具有突出優(yōu)勢。一是在BIM技術(shù)支撐下，鋼結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量優(yōu)勢較為突出。一方面，在使用BIM技術(shù)后，鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)人員可以準(zhǔn)確地結(jié)合基礎(chǔ)參數(shù)做好工程項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)工作，并且在施工階段，施工人員可結(jié)合設(shè)計(jì)模型，快速準(zhǔn)確地定位構(gòu)件，這減少了人工技術(shù)失誤，提升了項(xiàng)目施工效率和質(zhì)量。另一方面，通過BIM技術(shù)可視化功能特征的應(yīng)用，施工人員能快速地發(fā)現(xiàn)施工中存在的缺陷和問題，及時(shí)地進(jìn)行修正處理，避免了返工問題發(fā)生，滿足了工程項(xiàng)目高質(zhì)量管理需要。二是BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目還具有突出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，即在BIM技術(shù)模型下，可準(zhǔn)確完成項(xiàng)目施工資源的優(yōu)化配置，并實(shí)施項(xiàng)目建設(shè)資源可溯管理，同時(shí)通過BIM技術(shù)模型銜接各專業(yè)施工單位和部門，有效減少溝通成本和工期成本，保證項(xiàng)目建設(shè)效益。

二、BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)施工的難點(diǎn)

（一）平臺技術(shù)難點(diǎn)

在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)施工中，BIM技術(shù)的應(yīng)用具有較強(qiáng)的專業(yè)性，要深化BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用，首要任務(wù)就是建立鋼結(jié)構(gòu)施工BIM技術(shù)平臺。在一定程度上，BIM模型的準(zhǔn)確性直接關(guān)系BIM技術(shù)應(yīng)用效果，對于工程建設(shè)質(zhì)量具有較大的影響。通常，BIM技術(shù)應(yīng)用與模型建設(shè)均需要具有較高專業(yè)水平的技術(shù)人員實(shí)施，一些中小施工企業(yè)缺乏相應(yīng)的技術(shù)人員，BIM模型建設(shè)難度較大。同時(shí)BIM技術(shù)作為一種新興技術(shù)，其軟件成本價(jià)格較高，部分施工企業(yè)難以承受BIM技術(shù)的應(yīng)用成本。此外，在具體的項(xiàng)目建設(shè)中，還需要重視BIM技術(shù)與其他技術(shù)的集成，如BIM技術(shù)不僅需要與項(xiàng)目管理系統(tǒng)銜接，而且需要與工程項(xiàng)目成本管理系統(tǒng)、材料管理系統(tǒng)結(jié)合起來，才能發(fā)揮更大的作用。然而在當(dāng)前環(huán)境下，BIM技術(shù)與其他系統(tǒng)的集成尚存在一定的難點(diǎn)，對鋼結(jié)構(gòu)施工帶來一定的影響。

（二）鋼結(jié)構(gòu)施工自身專業(yè)性

但對比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建筑本身具有“高、大、輕”的特征，為充分滿足這一施工特征，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工中，需嚴(yán)格控制鋼板和熱軋、冷彎或焊接型材的連接方式，確保其具有良好的合作在承受和傳遞路徑，這顯著增加了項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工的難度。在鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目建設(shè)中，需要通過BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作與安裝、構(gòu)件連接等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制管理，同時(shí)需在施工中重視一二級控制網(wǎng)的建設(shè)，本身具有較強(qiáng)的專業(yè)性。尤其是在建筑工程快速發(fā)展的背景下，一些鋼結(jié)構(gòu)建筑還屬于連體鋼結(jié)構(gòu)，這些均會增加項(xiàng)目建設(shè)的難度，對BIM技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生一定的影響。

（三）施工人員因素

不論是鋼結(jié)構(gòu)建筑施工，還是BIM技術(shù)的融合應(yīng)用，均需要具有較高專業(yè)素養(yǎng)的施工人員，才能提升項(xiàng)目建設(shè)的整體質(zhì)量。然而在當(dāng)前環(huán)境下，仍有較多的施工人員習(xí)慣了傳統(tǒng)的施工方式，即按照圖紙進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安裝、銜接，缺乏必要的BIM技術(shù)操作和應(yīng)用能力，這給整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)造成較大的困難，繼續(xù)進(jìn)行施工人員的培訓(xùn)和教育，提升其對BIM技術(shù)的營業(yè)能力，以此來滿足鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工需要。

三、BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)施工策略分析

（一）細(xì)化鋼結(jié)構(gòu)BIM施工設(shè)計(jì)

規(guī)范開展鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，能準(zhǔn)確指導(dǎo)后期工作的開展，對于鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)質(zhì)量具有深刻影響。在鋼結(jié)構(gòu)施工中，要實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的規(guī)范使用，便需要規(guī)范開展施工設(shè)計(jì)工作，從源頭上消除設(shè)計(jì)偏差與隱患問題。

其一，在考慮鋼結(jié)構(gòu)建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)具體內(nèi)容的基礎(chǔ)上，工程建設(shè)單位需要系統(tǒng)建設(shè)BIM技術(shù)模型，在該模型的支撐下，對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，在此過程中，可在BIM模型的基礎(chǔ)上，融合使用Tekla、Xsteel 等軟件，然后結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目施工特點(diǎn)，在圖紙可視化展現(xiàn)的同時(shí)，對三維模型進(jìn)行深入分析，確保模型各個(gè)參數(shù)精準(zhǔn)合理。其二，為提升模型的制作的效果，在BIM技術(shù)應(yīng)用過程中，還需要對模型中存在的問題進(jìn)行分析，如開展構(gòu)件碰撞檢查工作，分析既有設(shè)計(jì)模型參數(shù)下可能存在的偏差問題，并及時(shí)地進(jìn)行修正處理，減少后期項(xiàng)目實(shí)施的難度。其三，在建立鋼結(jié)構(gòu)建筑模型后，還需要按照BIM技術(shù)設(shè)計(jì)流程和用戶需求的自動生成模型，詳細(xì)了解構(gòu)件生產(chǎn)參數(shù)和具體作業(yè)流程，提升BIM技術(shù)應(yīng)用水平，滿足項(xiàng)目施工需要。其四，利用BIM技術(shù)細(xì)化工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，還需要做好鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和重點(diǎn)部位的設(shè)計(jì)。譬如，連體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在，依靠BIM技術(shù)開展設(shè)計(jì)時(shí)，需在BIM模型的支撐下，準(zhǔn)確使用ETABS、ANSYS有限元分析軟件，對強(qiáng)連接、弱連接的協(xié)同受力情況進(jìn)行分析，同時(shí)在建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需通過BIM技術(shù)對鋼材的級別、連體樓板組合、樓板板厚、雙層雙向配筋等要素進(jìn)行分析，通過恒載+活載雙重影響控制，確保建筑的穩(wěn)定性。

（二）搭建施工信息化管理框架

BIM技術(shù)為鋼結(jié)構(gòu)建筑施工信息化管理奠定了良好基礎(chǔ)。在此背景下，為提升建筑施工管理質(zhì)量，還需要在BIM技術(shù)的支撐下，準(zhǔn)確搭建施工信息化管理框架，基于這一框架，準(zhǔn)確分析、協(xié)調(diào)施工信息參數(shù)，能有效完成鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息的參數(shù)共享，進(jìn)而優(yōu)化資源配置，推動項(xiàng)目建設(shè)工作的順利開展。在具體的工程項(xiàng)目建設(shè)中，利用BIM技術(shù)搭建項(xiàng)目施工信息化管理框架需要重視以下要點(diǎn)：其一，施工單位在BIM技術(shù)應(yīng)用過程中，需要考慮鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目的施工特點(diǎn)，準(zhǔn)確建設(shè)施工管理框架，并將BIM技術(shù)應(yīng)用納入整個(gè)工程項(xiàng)目施工內(nèi)容管理和工期管理當(dāng)中，協(xié)調(diào)工程項(xiàng)目建設(shè)資源利用，逐步提升工程項(xiàng)目施工質(zhì)量。其二，在建成BIM管理的信息框架之后，還需要對鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)控制，如建立CIS構(gòu)件庫，通過綜合管理和系統(tǒng)設(shè)定，細(xì)化系統(tǒng)組件、模塊的設(shè)置方案，最后按照項(xiàng)目施工流程，對所有的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行集中處理，完成鋼結(jié)構(gòu)施工過程的信息資源共享。

（三）利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工材料管理

在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中，鋼構(gòu)件材料質(zhì)量對于整個(gè)工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量具有較大的影響，建設(shè)人員可通過BIM技術(shù)開展施工材料管理工作。一是在鋼結(jié)構(gòu)件采購階段，可依托BIM技術(shù)建立信息化的溝通管理平臺，通過這一平臺將建設(shè)單位、材料供應(yīng)商銜接，可深化對材料市場的了解情況，選擇資質(zhì)符合的供應(yīng)商，并選擇相加比較的材料。二是在材料運(yùn)輸階段，可利用BIM技術(shù)與射頻掃碼技術(shù)的融合，及時(shí)將采購材料信息上傳到BIM管理系統(tǒng)中，掌握項(xiàng)目材料的運(yùn)輸流轉(zhuǎn)情況，傳遞運(yùn)輸保護(hù)要求，減少鋼構(gòu)件在運(yùn)輸中的碰撞、摩擦和變形問題。三是在鋼構(gòu)件入場階段，需做好構(gòu)件質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)檢測工作，可利用BIM技術(shù)建立三維可視化的模型，結(jié)合構(gòu)件所使用的部門，進(jìn)行構(gòu)件試驗(yàn)檢測模型和施工模擬，為后期的試驗(yàn)和手工操作提供指導(dǎo)，確保項(xiàng)目構(gòu)件材料使用的規(guī)范性、準(zhǔn)確性。

（四）基于BIM強(qiáng)化施工技術(shù)控制

BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建筑具體施工階段具有廣泛應(yīng)用。其一，在施工初期階段，施工單位會規(guī)范開展數(shù)據(jù)采集工作，并依托BIM技術(shù)建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)施工模型，進(jìn)行具體設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)用，指導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)活動的開展。其中在模型建設(shè)中，施工單位會在Tekla、MagicCAD等軟件的支撐下進(jìn)行信息采集，并將采集的信息及時(shí)地上傳到BIM信息平臺上，建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)建筑的基本模型、水電模型等，指導(dǎo)后期工作開展。其二，在構(gòu)件制作階段，可利用BIM技術(shù)準(zhǔn)確設(shè)計(jì)具體構(gòu)件的模型，并嚴(yán)控構(gòu)件尺寸參數(shù)，指導(dǎo)構(gòu)件制作工作開展。其三，在構(gòu)件安裝連接過程中，以往施工人員多是結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行安裝的，容易出現(xiàn)構(gòu)件吊裝臟亂等問題，而在BIM技術(shù)下，可首先進(jìn)行項(xiàng)目的模擬施工，然后結(jié)合模擬施工的具體情況進(jìn)行吊裝連接，實(shí)現(xiàn)鋼構(gòu)件安裝質(zhì)量的有效控制。如按照BIM技術(shù)模擬的情況，對梁鋼、鋼柱、鋼桁架的垂直角度、扭轉(zhuǎn)角度及其他重要參數(shù)進(jìn)行檢查調(diào)整，同時(shí)在鋼構(gòu)件固定中，對高強(qiáng)度六角螺絲的固定效果進(jìn)行分析，并借助BIM技術(shù)模型模擬鏈接構(gòu)件受力特征，分析角焊縫、T 形焊縫、組合焊縫下建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性，選擇合理的連接方式。值得注意的是，在BIM技術(shù)的支撐下，建筑施工人員還可準(zhǔn)確建設(shè)工程項(xiàng)目的控制網(wǎng)，僅以一級控制網(wǎng)為例，可通過模擬作業(yè)分析，設(shè)置測角中誤差保持在±5°，控制邊長相對中誤差小于1/40000，在后續(xù)施工中，按照這一標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)構(gòu)件安裝和連接檢測，提升施工精度。其四，BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建筑運(yùn)維管理中也有廣泛應(yīng)用，可在該技術(shù)的支撐下，建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)建筑的3D模型，并通過模型分析鋼結(jié)構(gòu)建筑受力情況，同時(shí)進(jìn)行輔助結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，能推動鋼結(jié)構(gòu)建筑維護(hù)保養(yǎng)工作開展，確保建筑使用的安全性。

（五）通過BIM技術(shù)開展施工組織管理

在傳統(tǒng)的施工模式下，鋼結(jié)構(gòu)建筑施工中存在施工組織協(xié)調(diào)難度較大的問題，主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)施工與水電、暖通等專業(yè)的施工存在溝通到位的問題，容易在后期建設(shè)中引起管線碰撞的問題。新時(shí)期，借助BIM技術(shù)可準(zhǔn)確地完成部門之間的溝通與協(xié)調(diào)，在初期階段進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，并在施工中進(jìn)行模擬施工和碰撞檢查，有效地加強(qiáng)了部門之間的溝通與聯(lián)系，對鋼結(jié)構(gòu)建筑的順利施工具有積極作用。

四、結(jié)語

BIM技術(shù)的融合應(yīng)用對鋼結(jié)構(gòu)建筑施工具有深刻影響，其能構(gòu)建項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工建設(shè)的具體模型，指導(dǎo)工程項(xiàng)目建設(shè)活動順利開展。新時(shí)期，工程建設(shè)單位只有深刻認(rèn)識BIM技術(shù)的應(yīng)用特征和優(yōu)勢，深入分析BIM技術(shù)在具體項(xiàng)目施工中的技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目施工過程和管理活動，進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用過程的綜合管理，才能有效提升BIM技術(shù)應(yīng)用水平，保證項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，推動鋼結(jié)構(gòu)建筑的可持續(xù)發(fā)展。

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