BIM 技術在鋼結構安裝效率提升中的研究及應用

張 羽

（鞍鋼鋼結構有限公司，遼寧 鞍山 115007）

BIM 技術具有可視化、一體化、參數化、仿真性等特點，將其應用到鋼結構安裝中，可有效協調各結構安裝方案，大幅度提升安裝效率，縮短安裝工期，降低安全成本，并保證安裝效果和質量，是一種比較先進技術。基于此，開展BIM 技術在鋼結構安裝效率提升中的研究及應用分析就顯得尤為必要。

1 工程概述

某鋼結構建筑工程，總高度為36.84m，中建筑面積為2.36 萬m2，主要結構為鋼筋混凝土框架剪力墻結構和鋼網殼屋頂。屋頂跨度比較大，為雙曲面鋼結構屋面。樓板厚度為120mm 鋼筋桁架樓承板，框架為熱軋無縫鋼管，樓板為鋼梁為熱軋H 型鋼，吊桿及支撐都是熱軋無縫鋼管。

2 BIM 技術的特點

2.1 可視化

BIM 技術的可視化主要體現在兩個方面：（1）設計可視化。BIM 具有多種可視化模式，主要包括3 種模式——隱藏線、帶邊框著色、真實渲染，同時還自帶漫游功能，通過合理創建相機路徑、動畫等一系列的圖像，可為客戶展示可視化模型。（2）施工過程的可視化。通過BIM 技術，對每個施工環節進行模擬，解決相互矛盾、交叉及碰撞問題。（3）復雜構造節點可視化。利用BIM 技術的可視化特性，可將一些比較復雜的鋼結構構造及節點實現全方位呈現。

2.2 一體化

所謂一體化指的是通過BIM 技術可以從設計、施工、運營等全過程都可以采用BIM 技術進行集中統一管理。由于鋼結構比較復雜，構件眾多，設計一直是重難點，采用BIM 技術可促使建筑、結構、暖通工程、電氣設備等在同一個模型中工作，將整個設計整合到一個模型中進行系統化、可視化設計，將鋼結構部件之間的交叉碰撞問題直觀清楚地顯示出來，從而達到一體化設計。在施工階段，BIM 技術可同步提供有關建筑質量、進度、材料、造價、資源配置等多項信息，為施工提供更加有效的數據支持和參考。在運營階段，利用BIM 技術可大幅度提升建筑工程的收益及成本管理水平，從而為開發商招商提供更加透明及便利的條件。大量工程應用實例表明，通過此項技術，可清楚直觀地表明其在協調方面的設計，并大幅度縮短設計和施工的時間表，從而降低施工成本，改善施工現場，獲得更大的經濟效益和社會效益。

2.3 參數化

BIM 建模是更加先進的參數化建模，而不是傳統數字分析建模，主要調整其中一項參數，整個模型都會發生變化。在BIM 技術參數化設計中，涉及參數化圖元和參數化修改引擎兩項內容，其中圖元由每個鋼結構構件組成，一項參數就一個構件，通過調取和分析參數，就能獲知構件的具體情況。修改引擎的應用，極大地方便了設計和施工修改調整，只要其中一個參數被修改，則與之相關聯的部分就會直接反映出來，便于設計人員、施工人員參考辨識。

2.4 仿真性

通過對建筑工程性能分析仿真，就可以對建筑信息進行系統化分析，為設計、施工、運營等提供真實有效的數據支持和理論指導。

3 BIM 技術鋼結構效率提升方案研究

相比于傳統鋼筋混凝土結構，鋼結構是一項新型產業、綠色產業，在施工效率、施工工藝方面具有明顯特點，深受各行業的青睞。隨著我國科學技術的不斷發展，鋼結構施工技術愈發先進完善。但和發達國家相比，目前我國鋼結構工程施工建設中仍然存在很多問題，嚴重制約了我國鋼結構事業持續健康發展。主要體現在以下幾個方面；

（1）很多鋼結構工程設計方，仍然采用傳統二維平面式設計形式，致使設計效果欠佳，外觀呆板、守舊，在設計和施工形式上沒有取得突破性發展。

（2）在鋼結構加工制造階段也存在很多問題。主要原因是我國鋼結構發展起步比較晚，很多鋼結構生產廠家仍然沿用傳統粗放式加工模式，致使鋼結構工程施工建設成本大幅度提升，限制了鋼結構工程的發展。

（3）在鋼結構吊裝時也存在一定的問題，比如在進行框架結構吊裝時，梁柱連接經常發生連接不及時或者連接質量欠佳的問題，在鋼筋拼裝時，也頻繁發生精度低、位移過大等問題，無法保證鋼結構施工的安全性及施工質量。

將BIM 技術應用到鋼結構安裝中，可實現資源數據整合、仿真模擬，將鋼結構設計、加工、吊裝等相互結合，從而提升鋼結構安裝效率，保證安裝質量。

4 BIM 技術在鋼結構安裝中的具體應用

4.1 精確劃分施工時間

通過BIM 技術可構建起4D 施工模型，本工程通過TekIa Structure 軟件構建了工程4D 施工進度模型，對各結構進行了提前安裝模擬，有效解決了吊裝設備配合及用工量的沖突問題，避免發生無故浪費，對施工成本控制起到了至關重要的作用。同時對鋼結構安裝時的主結構、此結構、圍護結構安裝順序進行了模擬分析，為制定施工方案，提供了可視化、動態化參考，有效縮短了施工工期。

4.2 施工進度管理

通過BIM 技術，可實現施工進度時間與BIM 信息化模型的相互結合，從而構建其4D 模型，再通過計算機軟件直觀清楚地顯示出來，將施工進度計劃和實際施工使用的時間進行對比分析，分析結果通過圖形和或者表格的形式反饋出來，促使施工進展更加清晰、準確，便于提前制定相應的解決方案及對策，為優化和完善施工方案奠定扎實基礎。應用BIM 技術的關鍵是如何構建起信息模型，也就是更加先進的5D 模型，包含了所有鋼結構安裝的全部信息及數據。所謂5D 模型指的是在3D 建筑信息模型基礎上，再加上時間信息、施工造價信息等組成的更加完善的數據信息庫，包含了每個鋼結構的形狀、尺寸、數量、重量、施工工序、施工時間等全部信息。因此，在鋼結構施工進度中應用BIM 技術，可實現模擬管理，通過計算機數據分析生成更加優化的材料供應計劃和施工進度計劃，保證每道工序的施工更加合理有效，信息數據的匯總更加及時有效，避免施工資金、施工材料等有效鋼結構安裝進度和效果。

4.3 提升工程質量

應用BIM 技術可大幅度提升鋼結構工程施工質量，鋼結構工程在施工建設階段，不同的參建主體對質量信息的關注各有側重，通過應用BIM 技術，可為每個參建方提供便捷有效的指導和參考。比如在本工程施工中，采用BIM 技術代替了傳統經緯儀、全站儀，平面圖紙已經不再是二維圖紙放樣，而是構建4D 甚至是5D 建筑模型，按照測繪放樣的結果進行安裝，大大縮短了安裝時間，而且可有效提升安裝精度，保證了鋼結構建筑施工質量。和傳統放樣設備相比，BIM 技術放樣設備更加先進有效，同時也解放了多余勞動力，不斷降低了施工成本，而且大幅度縮短了施工工期。

4.4 信息實時共享

在鋼結構安裝時應用BIM 技術可實現信息實時共享，從而提升合同管理效率。BIM 技術不但具有很強的集成化，而且可實現數字信息的有效應用，將規劃、設計、施工、管理等集中到一個平臺上集成管理，從提升了管理效率。比如在BIM 模型中包含鋼結構工程的全部項目信息，可保證各環節、各項目穩定開展。此外，通過BIM 技術還能有效解決鋼結構存在的信息瓶頸問題，實現項目信息及資源的共享和全體參與。尤其是在鋼結構吊裝階段，通過MIB 模型信息共享，相同的信息無需多次重復輸入，保證各道工序可以高效、有序地開展。

5 結束語

綜上所述，文章結合工程實例，研究了BIM 技術在鋼結構安裝效率提升中應用，研究結果表明，BIM 技術是一種全新建筑工程施工技術，具有可視化、一體化、參數化、仿真性等特點，合理應用此項技術，可大幅度提升鋼結構安裝效率和質量，而且還能避免發生交叉碰撞等問題，對保證施工質量、提升施工效率、降低施工成本等方面皆有非常重要的意義，并且符合目前我國建筑工程綠色發展的要求，值得大范圍推廣應用。