裝配式鋼結構建筑中的BIM技術應用研究

徐耀東 嚴煒炯 朱 偉

1. 上海市建筑建材業市場管理總站 上海 200032；2. 北京構力科技有限公司上海分公司 上海 200023

裝配式鋼結構建筑融合BIM的精細化模型數據，可使裝配式BIM模型在建筑設計、深化設計、構件生產、構件運輸、現場施工、運營維護等環節實現信息的集成管理和應用，讓各參與方在不同工作階段，采用基于BIM技術的系統和工具，解決裝配式鋼結構建筑在設計、生產及運輸和裝配式施工等環節中的關鍵技術問題[1-4]。

1 裝配式鋼結構建筑中的BIM應用

1.1 裝配式鋼結構建筑體系

裝配式鋼結構建筑，由鋼結構主體結構系統、圍護系統、設備與管線系統、內裝系統組成，采用工業化方式制作預制構件、部品和部件，在施工現場進行集成裝配安裝。裝配式鋼結構建筑以工業化方式，減少施工現場的支模、鋼筋綁扎、現場濕作業，以及現場裝修的免（少）粉刷等作業。裝配式鋼結構建筑中，采用工業化方式制作的預制構件、部件，包括鋼柱、鋼梁、鋼支撐，以及預制的剪力墻構件、鋼筋桁架混凝土預制樓板、預制輕質復合內墻、預制外掛墻板、裝配式設備管線及集成廚房、集成衛生間、裝配式吊頂等。對于工業化生產的系統，其連接推薦采用便于現場安裝的形式，一般采用螺栓連接。

1.2 BIM技術特點

BIM（建筑信息模型）技術以三維數字技術為基礎，集成項目的設計、生產加工、施工、運維等各階段的數據和屬性信息，具有數據性、可視性、模擬性、協同性等特點，同時拓展基于BIM三維數據的專業應用，用數字化方法解決項目問題。

1）數據性。BIM技術是一種貫穿于建筑全生命周期的三維數字技術，是項目全生命周期的數據集成，可實現工程的全部數據創建、共享、應用和管理。

2）可視性。BIM技術通過圖形技術，能直觀、清晰地展示三維模型，方便了解項目各部分、各階段的情況，還具有強大的虛擬仿真功能，可模擬建設過程等，便于及早發現問題、漏洞。

3）模擬性。BIM集成了建筑的幾何和物理信息，在項目的各個階段，基于BIM的三維模型數據，對設計方案、施工方案、質量把控等問題進行深度模擬和優化，實現項目各種專項應用，比如工程分析、模擬、統計、管理等，以及多專業信息集成模型的綜合應用，還可以進行碰撞檢查等，提前發現和解決各個環節可能面臨的難點、要點，從而優化項目的實施。

4）協同性。在建設過程中，利用BIM技術可將工程項目各階段、各參與方的各項工作成果、數據、文件進行集成、整合，實現各方的信息共享，提升協同工作效率。

1.3 裝配式鋼結構建筑BIM應用

BIM技術通過構筑建筑實體的數字BIM模型，集成項目各種信息的工程數據模型，采用數字設計、智能建造、數值加工的方法，提前發現和解決裝配式鋼結構建筑在制作和施工中可能存在的各種問題。

BIM技術實現裝配式鋼結構各種系統的數字設計和三維可視化設計驗證，進行裝配式的模擬施工和數字化管理，實現智能制造和加工，并實現項目數據的流動和集成，是裝配式鋼結構建筑提質增效的重要手段之一。

2 裝配式鋼結構建筑中的主要BIM應用方法

2.1 項目各階段的主要應用

在裝配式鋼結構建筑設計中，BIM應用可增加設計中的綜合協調環節，實現對設計沖突和信息沖突的檢測，還在建筑數據傳遞、模擬分析、出圖、協同等方面形成新的模式。BIM技術的可視化特點和三維模型的信息傳遞可有效減少建筑出現錯、漏、碰、缺等現象；BIM模擬可在設計中進行建筑各項性能分析；基于BIM模型的出圖功能可充分提升出圖效率；基于BIM模型進行協同工作可及時發現各專業之間存在的沖突，更早實現協同配合。

在鋼結構構件和預制構件的加工過程中，將基于BIM模型采集的鋼結構構件、預制構配件及部品部件模型的信息，全面、完整地傳遞到鋼構件加工廠、預制構件加工廠的管理系統或數控機床系統中，實現數字化生產，提高構件的加工精度和效率，降低人為因素導致的產品生產誤差，減少材料浪費，實現精細化生產管理。

利用預制裝配的構件和部件的BIM信息，結合GIS技術、二維碼技術，可實現部品和構件的可視化運輸管理，保證了鋼結構裝配式建筑項目全生命周期中的信息流更加準確、及時、有效，項目各參與方可快捷地對任意部品進行信息查詢與分析。

在裝配式鋼結構建筑施工中，BIM技術應用可對裝配式鋼結構建筑的各種各樣的建筑部品的施工安裝進行管理，在鋼結構裝配式建筑建設過程中實現合理制定施工計劃、優化進度管理、科學部品管理、施工場地布置等目標，可將BIM技術的數據、可視、模擬、集成等功能進行綜合應用，實現施工全過程可視化、項目多目標的協同和優化、專項方案分析、質量管理等。

2.2 BIM技術的主要應用點

在項目的整體BIM應用上，建立統一的項目BIM分類與編碼體系，結合統一的編碼體系，建設或采用參數化的裝配式鋼結構BIM庫，包括鋼結構構件BIM庫、鋼結構節點連接BIM庫、預制混凝土構件BIM庫、部品部件BIM庫、戶型BIM庫，實現建筑工程全生命周期信息的交換與共享，提升BIM應用效率。

在項目設計中，利用BIM的數據和專業工具進行專業的性能設計模擬，進行結構整體分析，模擬建筑的周邊環境對建筑物的室外環境（如日照、室外聲、室外風等）的影響，進行建筑物內部的各項性能（如采光、室內風、隔聲等）的模擬，以及對建筑物使用過程中的性能（如建筑物的負荷和能耗）的模擬、分析等，在滿足相應標準的各項要求的基礎上，提供可參考的最合理的建筑方案，以提升建筑性能和使用舒適度等。

在整體分析后，采用BIM技術和方法，進行裝配式鋼結構建筑的構件設計和深化設計。對鋼結構構件和連接，進行鋼結構的節點設計、鋼結構細部構造設計和連接節點的局部受力分析等；根據要求對裝配式鋼結構建筑的預制混凝土構件，包括預制樓板、預制外墻板、預制內隔墻、其他預制構件（如樓梯、陽臺、空調板等），根據需要進行拆分、連接和深化設計，并進行預留埋件的設計等。構件設計后形成構件的裝配圖和加工圖、節點大樣圖等。

利用BIM的多專業集成模型數據，進行建筑性能的綜合設計和分析。應用BIM三維可視化和數據性能，進行建筑各專業之間、預制構件和連接、鋼結構和預制構件的節點等的錯、漏、碰、缺檢查；三維管線的綜合設計實現管線的綜合排布設計、管線檢修模擬、管線支架綜合設計，并進一步實現建筑豎向凈高的設計控制和優化等。

在裝配式鋼結構建筑施工過程中，BIM可為項目施工的場地布置、施工進度控制、現場安裝管理、質量安全管理、成本與時間管理、設備與材料管理提供虛擬模擬及動態可視化展示，通過信息化的技術手段實現工程項目的精益化施工管理。同時，BIM技術在施工仿真模擬、裝配式構件施工的裝配施工模擬、施工深化設計等方面得到應用，實現三維可視化施工管理，并利用BIM技術，在裝配式鋼結構施工過程中實現數據的及時共享，以及對施工階段全過程的控制管理，提升項目各參與方、各專業之間的協作效率和質量，使得裝配式鋼結構建筑的設計與建造效率能夠得到顯著提高。

BIM的可視化在裝配式建筑的項目模型、構件和節點設計展示、技術交底、現場管理等方面的應用，可改善溝通環境，提高項目的觀賞性及閱讀性，增加建筑整體的真實性及體驗感。

BIM的數據性特征，可實現裝配式鋼結構建筑的工程量統計、設計與加工運輸的對接，是項目的全過程信息化管理的主要支撐。

BIM技術在裝配式鋼結構建筑中的主要應用點見圖1。

圖1 BIM主要應用點示意

3 結語

裝配式鋼結構建筑，利用BIM技術實現鋼結構構件、預制混凝土構件和裝修裝飾的標準化和施工模擬。在裝配式鋼結構建筑中，基于BIM的信息化全過程精細化和高效管理，建立裝配式鋼結構建筑建造的信息支撐平臺。

BIM技術在裝配式鋼結構建筑中的應用從可視化到虛擬建設，從單專業性能模擬到多專業集成驗證，從各階段獨立應用到貫穿全流程、全過程的整體管控應用，實現裝配式鋼結構建筑的工業化與現場建造的協同，為裝配式鋼結構建筑的建造方式提供了數字化支撐，提高了裝配式鋼結構建筑產品質量，改善了技術管理。

在裝配式建筑全流程中采用BIM技術已成為業內的共識，可有效推進鋼結構建筑工業化變革，推動產業升級。同時促進各相關企業采用信息化技術和BIM技術加強管理，不斷提高勞動生產率，實現裝配式鋼結構設計、生產、施工全過程全產業鏈的追溯及質量把控，加快了整個工業化建筑的發展，意義深遠。