BIM技術在鋼結構工程設計制造中的應用研究

張濤

摘要：BIM技術在建筑設計中的應用實現了建筑設計行業的創新發展，利用BIM技術能夠建立更加科學和高效的建筑數字模型，能夠有效提高建筑工程結構設計質量，確保建筑施工安全和提高施工效率。本文針對BIM技術在鋼結構工程中的應用進行了研究分析，結合工程設計實例進行了探討，旨在提供一定的參考與借鑒。

關鍵詞：BIM技術；鋼結構工程；設計制造

1 BIM技術基本特征

BIM技術是Building Information Modeling技術的簡稱，該技術通過數字化3D技術對建筑工程中涉及的多種信息進行全面的整合，實現了工程數據模型的構建。該技術綜合了建筑工程管理全過程中設計、施工、運營、維護等諸多環節的相關內容，將傳統的建筑工程設計與管理的紙質文件轉化為數字化文件，并以3D可視化的形式加以展示，提升了工程設計與管理人員提取與處理建筑工程信息的準確性與效率性。

1.1 參數化3D模型

BIM技術建模過程中應用的數據信息直接來源于建筑設計參數，通過參數化建模的形式直接將方案設計信息轉化為3D模型，以此實現了建筑設計方案2D向3D的轉換。參數化的3D模型完全與設計方案向契合，同時在設計過程中能夠通過參數的調整直接進行建筑結構智能化設計，保證建筑設計整體的合理性。

1.2 可視化技術

BIM技術的應用其主要特點在于設計方案與施工管理過程的可視化，以往的2D設計與施工管理方案轉變為3D可視化模型，設計與施工人員能夠通過直接的觀察，實現設計與施工管理判斷識別，進而完成相應工作的管理與優化。現階段，建筑工程的體量不斷增大，施工工藝應用也相對復雜，僅僅依據傳統的方案數據往往難以從整體上對設計與施工工作進行把控，應用BIM技術在實現方案可視化的基礎上，結合工期管理、造價管理等諸多因素對建筑工程進行全方位管理工作。

1.3 統一化的信息標準

當前，數字化信息技術在建筑工程領域中的覆蓋范圍不斷擴大，隨之而來的是不同軟件平臺或管理系統內部信息標準的銜接問題。當前，建筑設計與施工管理工作中應用的BIM軟件執行的是IFC標準，也是眾多信息處理軟件的執行標準，因此BIM軟件在使用過程中能夠更好的實現信息錄入與數據輸出，統一化的信息標準有效提升了設計與施工管理方案使用的便捷性。

2 BIM技術在鋼結構工程設計制造中的應用

2.1 高度直觀的可視設計

在應用BIM技術進行建筑設計的過程中，3D模型能夠有效實現建筑設計理解度的提升，能夠方便的進行設計方案共享交流，數字化的信息載體有效提升了方案處理效率。同時，高度直觀的設計結果為設計人員進行結構調整優化提供了更為便捷的途徑。

2.2 高度統一的關聯設計

BIM的3D設計結果其基礎是設計方案的數據支撐，相應的模型與數據是一一對應的，這種高度統一的關聯設計保證了設計方案與實際成果的一致性，同時也有效實現了設計方案調整優化過程的統一性，避免了人為操作失誤對設計結果的不利影響。

2.3 高效精確的自動統計

建筑工程設計階段形成的信息對于工程整體質量與成本造價等要點環節有著直接的影響。借助BIM技術，設計人員能夠將工程設計的全部信息錄入系統形成工程數據庫，借助自動統計功能實現數據的全面收集整理，從而實現全過程施工質量與成本造價控制，獲得理想的設計結果。

2.4 高效嚴謹的協同設計

BIM技術的應用是對建筑工程全過程的優化整合，通過數據信息可視化的形式為建筑設計與施工提供了協同工作的有效途徑。在建筑設計過程中，設計人員能夠通過BIM技術提供的共享途徑，不同部位的設計人員能夠進行配合工作，有效避免了因信息傳遞不暢導致的設計偏差，維持設計方案的一致性。

2.5 快速及時的計算模擬

BIM技術應用優于傳統建設設計方法的要點在于信息處理效率的提升，通過BIM軟件內置的統計、計算、分析等系列功能模塊，能夠保證設計分析結果的準確性，實現設計流程的標準化控制，對設計方案與思路進行控制，同時對設計結果進行及時的評估。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

某鋼結構建筑工程占地面積5680㎡，總建筑面積118725㎡，總建筑高度為95.28m。該建筑頂端鋼結構由鋼桁架及連系梁構件組成，鋼結構連接體系部分總高度25.5m，最大跨度55m，最小跨度是25m。該鋼結構共有75個水平、斜向桿件安裝連接構成。下圖1為該建筑鋼結構示意圖。

3.2 BIM設計分析

本建筑工程鋼結構部分設計使用ANSYS有限元分析軟件進行建模分析，結合TERLA進行BIM三維放樣，從而實現可視化工程設計。

（1）連體鋼結構施工虛擬仿真技術

根據本工程實際設計參數通過BIM軟件建立計算模型，導出CAD文件，形成TEKLA模型，結合該模型進行本建筑鋼結構的整體分析，對施工節點進行細化，確定構件尺寸，對施工方案進行優化處理。

同時，應用BIM技術對TEKLA模型進行模擬施工，對構件提升、安裝等施工工序進行模擬施工，通過可視化功能實現制造安裝虛擬仿真，對體積碰撞等情況進行預估，為精確定位與順利安裝制定標準化流程。下圖2為連體鋼結構提升部分設計尺寸。

（2）復雜節點設計分析

作為鋼結構體系中重要的載荷部位，梁柱連接點的應力較為集中，設計過程中應以此部位為設計重點。本建筑鋼結構體系節點位置的構建類型主要包括梁、柱、斜撐、側向連接桿等類型，具體設計尺寸為：鋼梁截面700mm×300mm，柱和斜撐截面500mm×400mm，節點部位鋼板設計為加強板厚度60mm。

根據結構節點應力特性與制作安裝施工流程進行節點位置的設計，其基本要點為：（1）桁架平面內部載荷設計標準應強于平面外部設計標準：（2）主桁架載荷設計標準應強于次桁架設計標準；（3）桁架單元載荷設計標準應強于聯系桿件設計標準；（4）鋼結構體系中的各構件設計應保證結構體系中得整體協調性與穩定。

同時，為了保證各節點施工質量，節點部位在鋼結構制作車間內用大型機械制做成整體節點，由于構件截面比較大，在制作過程中需要對每個桿件進行精準定位后安裝，本工程采用TEKLA進行深化設計，優化節點設

計，達到精確放樣，從而保證了節點制作、安裝質量。

4 結語

綜上所述，作為建筑工程領域中應用較為廣泛的BIM技術，在實際使用過程中因其突出的參數3D化、模型可視化以及信息標準化在建筑工程實際使用中收到了理想的效果，成為了行業工作者們關注與研究應用的熱點內容之一。BIM技術在鋼結構工程設計制造中的應用，有效提升了設計與施工管理的科學性，為提升建筑工程質量，保證建筑實際使用性能打下了良好的基礎。

參考文獻：

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

[2]李凱，黃振邦，于培德.BIM技術在鋼結構施工方案優選中的應用[J].鋼結構，2015，11：88-93+82.