BIM技術在鋼結構工程施工中的應用

曹曉羅 印晨曦 洪尹楠

(沙洲職業工學院，江蘇 蘇州 215600)

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BIM技術在鋼結構工程施工中的應用

曹曉羅 印晨曦 洪尹楠

(沙洲職業工學院，江蘇 蘇州 215600)

解釋了BIM技術的概念及工作原理，從深化設計、加工制作、現場安裝三個環節，介紹了BIM技術在鋼結構中的應用，并分析了BIM技術在建筑領域的發展方向，有利于促進建設工程的信息化管理。

BIM技術，鋼結構，信息化

0 引言

2015年全國建筑鋼材價格持續走低，產能嚴重過剩，對鋼結構的推廣產生了積極有利的推動。但在中國人口紅利逐漸消失的今天，人工費占總價的比例正在逐漸上升，降低成本是建筑企業目前最為迫切的需求。隨著住建部對建筑產業的工業化和信息化推動，BIM技術的發展迎來了一個黃金發展期，技術方面正在不斷完善，應用領域從大型復雜的公共建筑(例如：鳥巢)逐漸向常規的工業廠房擴展。

1 BIM理念概述

BIM(Building Information Model)即建筑信息模型，它并不是指某一款軟件，而是一個包含技術和管理的行業概念，軟件只是BIM技術的應用平臺。BIM技術通過可視化界面將每個部件的基本信息都錄入到數字化三維模型中，利用軟件對相關信息進行統計處理，為設計、施工、運維等不同階段提供數據支撐。

在鋼結構建筑中，BIM技術的應用目前主要集中在詳圖深化和制作安裝方面。在鋼結構深化設計方面，BIM技術主要是通過對三維參數化模型賦予幾何、材料、進度、價格等相關信息，在出圖過程中對信息進行整合，自動生成設計詳圖和準確的材料信息報表，為加工提供圖紙、為采購部門提供依據。同時參數化建模可以保證模型發生變動，圖紙和報表也能自動更新，極大提高出圖效率和報表準確性。在后期制作和安裝環節，軟件導出的排料清單可以導入CNC切割機，免去了手動輸入造成的二次誤差。

2 BIM在鋼結構中的具體應用

2.1 深化設計環節

深化設計是鋼結構從設計圖到工廠加工中間必須要完成的一項細化工作，是后續加工制作和現場拼裝的指導文件。BIM技術在詳圖設計方面有多款軟件支持，其中比較優秀的有：Tekla Xsteel，Stru-CAD等。詳圖設計人員可以在可視化界面中根據設計圖紙真實尺寸將鋼結構模型在三維界面中創建出來。建模過程中，設計人員就可以通過調整視角及時檢查建模過程中的誤操作。同時，軟件本身也具有碰撞檢查功能，可以提醒設計人員，避免低級錯誤。模型創建完成確認無誤后，軟件根據用戶需要自動生成相應的鋼結構施工詳圖。相比之前的平面CAD翻樣，繪圖效率得到了質的提高。以Xsteel軟件為例，其可以完成設計詳圖主要包括：3D布置圖、平面布置圖、構件圖、零件圖、節點詳圖等。同時，軟件還可以生成相關材料統計表，如：地錨螺栓用量表、不同厚度板材用量表、鋼材表面油漆涂刷面積等。

2.2 加工制作環節

相比于機械制造企業，大部分鋼結構加工制作企業在生產管理方面幾乎完全依靠工人現場經驗對圖紙、加工流程、制作工藝等環節進行把控，往往會造成加工過程混亂，出現一些人為的差錯。而且企業管理人員無法對材料供應、機器運行、工人加工等情況進行時時跟蹤，工廠管理成本增加。因此在鋼結構制作企業建立一套適合鋼結構加工的數字化生產管理系統顯得非常關鍵。而BIM技術的出現對企業信息化生產提供基礎數據，BIM軟件在終端數據以網絡云平臺的形式進行存儲，每個工序需要的數據資料都能在機器操作終端讀取。該模式打破了以往加工企業生產指令逐級傳達的模式，直接將生產所需數據傳輸到工位，并且加工過程的信息也能及時反饋給終端平臺，完成數據的傳遞與反饋[2]。

BIM軟件(以Xsteel軟件為例)能讀取模型中各個構件的詳細尺寸(包括開孔位置等信息)，并能將其輸出為多種數據格式，如CNC，IFC，DSTV等[2]。并且BIM軟件根據鋼板的不同厚度、不同材質自動進行套料分類，導出NC格式文件，傳輸給CNC數控機床，完成自動切割、鉆孔。BIM軟件自動套料功能可以節約大量人工排版時間，并且最大程度的提高板材的利用率，提高了鋼結構自動化加工的生產效率。

2.3 現場安裝環節

鋼結構以其特有材料性質被越來越多的用在了一些跨度大、體型復雜的公共建筑上，這就對鋼結構的安裝精確度提出更高的要求。由于大尺寸的鋼構件在運輸和吊裝時存在諸多不便，所以大型鋼構件的現場拼接不可避免。鋼結構在選擇拼接點位置時非常關鍵，需要考慮多方面因素，如：運輸車輛空間大小、吊車起重噸位、安裝現場條件以及構件吊裝時的穩定性等。以往鋼結構拼接點的選擇主要依靠工程師經驗，給后期安裝帶來了諸多不確定性。

BIM軟件(以Navisworks為例)可以在施工階段對安裝過程進行4D仿真模擬(即3維空間+時間)，將整個吊裝過程按照先后順序在虛擬場景進行預安裝，檢查安裝過程中可能出現的一些安裝操作空間不足的問題。問題出現后可以及時調整模型拼裝節點，修改施工詳圖，避免返工造成費工費料。該軟件其核心工作原理是將Revit建好模型以NWC格式輸出，并在Navisworks中打開，在Timeliner功能模塊中導入施工進度計劃Project文件，并利用選擇集功能將各個構件與Project文件中的WBS子項連接，完成4D模型的創建[3]。在施工模擬過程中軟件可以對每個關鍵節點的施工進度數據進行統計，為施工現場安裝提供參考數據。

3 BIM技術的總結與展望

目前，由于企業管理層重視程度不夠、技術本身還不完善、市場氛圍沒有形成等原因，BIM技術的推廣和應用仍然處于探索階段。但BIM技術在降低深化設計費用、縮短工期、準確預算工程量等方面有著不錯經濟效果。而且后期在制造和安裝環節對加工環節的監管、減少信息傳遞過程中的錯誤率等方面都有著巨大的發展空間。BIM技術對建筑行業的發展無疑是一次信息化革命，在變革的過程中遇到的問題是多種多樣的。根據企業調研和行業資訊，本文對BIM技術在鋼結構領域的發展提以下幾點建議：1)鋼結構加工的信息化和自動化不僅需要軟件平臺的搭建，同時加工機械的硬件配套也是必不可少的。信息模型與鋼結構加工機器的對接數據尚未形成一套行業技術標準，給BIM技術的普及和推廣帶來了不小的困難，因此制定一套適合企業生產的數據接口標準是當務之急。2)BIM技術的發展目前僅僅依靠幾家軟件公司的創新和推廣是遠遠不夠的，整個行業的從業人員的BIM理念的提升同樣非常重要。任何一項新技術的普及都不是一蹴而就的，需要一個反復的過程。BIM技術的研發需要一定的周期，企業需要市場的反哺，否則無法生存。3)BIM技術的應用應覆蓋整個工程項目的設計、施工、運維階段，是項目信息集成的中樞神經。BIM技術的發展應從行業格局著眼，從技術細節著手，結合目前已經比較成熟的云數據平臺，實現企業管理、生產組織、自動化控制、機器人焊接和信息化預拼裝等方面的信息化，將BIM技術真正轉化為生產力。

[1] 黃子浩.BIM技術在鋼結構工程中的應用研究[D].廣州：華南理工大學，2013

[2] 賀明玄,沈 峰.BIM技術在建筑鋼結構制作中的應用[A].鋼結構技術與工程應用新進展——2014中國建筑金屬結構協會鋼結構分會年會和建筑鋼結構專家委員會學術年會論文集[C].北京:中國建筑工業出版社，2014:79-106.

[3] 周慧恩，王乾坤，梅婷婷.適用于工業化鋼結構的4D BIM虛擬建造方法研究[J].鋼結構，2016，31(2)：120-125.

The application of BIM technology in the construction of steel structure engineering

Cao Xiaoluo Yin Chenxi Hong Yinnan

(ShazhouProfessionalInstituteofTechnology,Suzhou215600,China)

The paper indicates the concept of BIM technique and its working principle, introduces its application in the steel structures from the deepened design, processing and manufacturing, and site installation, and analyzes its development in the architectural field, so as to enhance the informationized management of the construction projects.

BIM technique, steel structure, informationization

1009-6825(2016)16-0055-02

2016-03-24

曹曉羅(1988- )，男，講師

TU391

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