淺析鋼結構工程中BIM的應用

徐虎臣

摘要：鋼結構當前被廣泛應用于各類建筑工程中，鋼結構制造具備制造業特點，它具有高強度、高環保及高效率的特點，是當前比較熱門的一種新型工程要件。本文分析了BIM在鋼結構工程中的應用現狀，明確BIM現今的發展方向和研究熱點，結合我國當前鋼結構應用狀況，指出目前存在的問題及應用BIM的必要性，最后給出BIM應用于鋼結構工程中的建議。

Abstract： Steel structure is currently widely used in various types of construction projects. Steel structure manufacturing has the characteristics of manufacturing industry. It has the characteristics of high strength， high environmental protection and high efficiency. It is a new type of engineering element that is currently popular. This paper analyzes the current application status of BIM in steel structure engineering， clarifies the current development direction and research hotspots of BIM， combines the current status of steel structure application in China， points out the current problems and the necessity of applying BIM， and finally gives suggestions for BIM application in steel structure engineering

關鍵詞：鋼結構;BIM;應用情況;建議

Key words： steel structure;BIM;application;suggestions

中圖分類號：TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0230-02

0? 引言

新世紀下的建筑科學在不斷的發展，施工項目的相關管理軟件也被廣泛應用于各類建筑施工中，這為建筑行業的項目順利開展奠定了堅實的基礎，同時也更好的提升了企業的專業技術和工作效率。但目前大部分的軟件都是相互獨立存在的，互相之間的信息傳遞必須要經過許多道程序進行轉換，所以如何推進建筑業的信息化管理仍然是我們當前要思考的重要問題。鋼結構作為建筑行業中的重要結構之一，對各類軟件的應用也有很大的需求。鋼結構具有很多其它材料不具備的優勢，已經被大量的應用于橋梁建筑及大型公用設施建設中，但是當前對于鋼結構科學應用研究成果并不多，所以本文就如何加強鋼結構中BIM的應用策略做詳細分析，這對于鋼結構應用具有一定的重要意義。

1? BIM在鋼結構工程中的應用現狀

BIM軟件是針對工程項目中結構和建筑空間信息分析和設計的一個軟件，結構工程師可以利用BIM軟件進行項目的相關數據分析，然后根據分析的結果對鋼結構進行調整，同時也能將這個結果反饋到BIM軟件中。而LEED軟件是用來評價建筑項目的綠色指標的，主要通過這個評價來降低項目環境的負面影響。隨著國家環保意識的不斷提高，對建筑業的綠色環保要求也越來越高，所以必須要利用一些綠色環保的建筑評價軟件來進行建筑環保方面的設計與分析，而BIM軟件能更好的完成這些功能。

同時，在大跨度的橋梁鋼結構設計中也經常用到BIM軟件，各橋梁設計單位之前的設計圖紙主要以傳統的二維圖紙為主，通過BIM軟件的推廣與應用，已經由三維模型逐步取代了二維圖紙模型，通過復雜的建模設計和優化計算，將傳統的二維圖紙轉變為三維的可視化模型。在這個過程中，首先是定義零構件的主要屬性，主要包含零構件編號前綴、名稱、截面型材、材質、等級（顏色）等主要屬性;其次是構件單元劃分，將組成構件的各零件按主、次順序“焊接”形成構件，最終形成整體模型。在BIM設計中，加工詳圖（零件圖、構件圖、布置圖等）都是基于三維模型生成，圖紙中的零件編號、材質信息、數量信息與建模過程中錄入的信息一致。

2? 鋼結構工程的現狀

2.1 鋼結構加工的過程需要完成的工作

鋼結構加工包括合同計劃階段、加工圖繪制階段、進度階段、材料采購階段、質量控制階段及工藝裝焊階段、表面處理階段、質量檢測階段，最后為包裝運輸階段。項目部要按照合同計劃中的相關規定和條款進行鋼結構施工進度，然后采購部根據計劃采購并檢測這些材料，生產部負責鋼結構制作工藝選擇和技術方法方案等，主要包括放樣、切割、焊接等工藝，為了降低施工人員安裝和焊接的工作量，大部分承包商都選擇將鋼結構部分構件進行組裝，然后集中運輸，為了防止運輸過程中出現的碰撞和侵蝕，要求對這些運輸的鋼結構件進行妥善包裝。

2.2 現場施工任務

鋼結構件在加工完成后，運輸到施工現場后再進行組裝。此時要求管理人員先驗收鋼結構構件的質量和數量，檢查準備應用到的安裝工具，也要對混凝土的預埋錨固件進行檢測的，全部達標后才可以進行鋼結構構件的安裝。

2.3 參與方

對于建設工程而言，有著不同利益主體，他們各自承擔自己的任務和利益。為了能更好的優化工程項目建設，各個利益主體需要協調各自在合作中的關系和協同機制，鋼結構工程的參與方主要有：業主方、承包方、分包商等，其中業主方是工程建設投資者和招標、監理單位等;承包方主要包括施工單位或是總包機構，主要負責鋼結構構件的現場安裝等工作;分包商負責鋼結構構件的生產與設計。業主屬于工程項目的發起方，負責項目人員和工程管理的方方面面;業主對于鋼結構工程的管理主要負責與參與方的協商，以此來達到鋼結構工程建設的最優化。

3? 鋼結構工程面臨的問題

3.1 鋼結構工程的制造工藝復雜，設計中誤差率高

鋼結構深化設計主要是通過建筑設計要求和結構設計要求，按照施工圖來加工和安裝鋼結構構件，以此來達成業主方、承包方及分包商的各種要求，使得最終設計和生產出來的鋼結構構件能夠滿足各方要求，達到實用和具有可操作性的目的。此時要求設計人員必須將構件的各類特點與信息深度表達在圖紙上，包括構件的材料、截面、形狀、重量、位置及焊縫等重要信息，要求繪圖必須簡單明了易懂。

在鋼結構深化設計中，鋼結構制造企業的圖紙放樣是利用AutoCAD軟件進行操作，會給設計人員帶來極強的勞動強度，工作效率低下。尤其是對于一些較為復雜的曲線、曲面的放樣，通過AutoCAD并不能達到要求，必須要結合三維放樣軟件才可以進行。當遇到深化設計需要修改時，對于設計人員的校對會有很大挑戰，因為有大量的信息需要重復修改，使設計人員的工作量不斷加大。

3.2 鋼結構工程大多周期短任務急

在進行鋼結構組裝前，必須要將基礎工程提前完成，鋼結構的制造周期必須與工地的基礎工程進度緊密聯系，在制造商接到承包商的訂單時，必須要先保證完成鋼結構的深化設計，然后就是要有足夠的時間來制造鋼結構構件，最后要完成運輸工作。如果這一系列工作不能按時完成，會直接影響工地項目的工期計劃，一般鋼結構制造的旺季為5-12月份，由于制造商的產能是固定的，所以必須要保障車間機構的定期維護與保養，以此來保證鋼結構構件的正常生產。對于部分工期較為緊張的項目，可能只給了幾個月的設計生產時間，針對這種情況，必須要求鋼結構生產企業通過加班來滿足生產需求。

3.3 鋼結構構件數量過大，現場安裝管理效率不高

鋼結構構件在生產期間對技術、管理的要求較高，同時也會受到很多因素的影響，例如氣候、施工環境等因素條件。由于這些影響因素具有一定的不確定性，例如天氣異常的時候必須停工或是修改設計方案，如果承包方的相關管理者不能及時與生產企業進行溝通與信息確認。同時，由于生產企業每次運輸的構件數量都較大，施工現場對于構件的數量確定主要通過人工方式進行，會導致工作效率低下，出錯效率高升。

4? 鋼結構工程中BIM技術應用的必要性

隨著BIM技術的不斷推進與應用，目前有部分企業開始推行和使用BIM技術，但是由于與之搭配的軟件并不成熟，使得BIM建模后還需要利用CAD導出圖紙，才能為項目管理人員提供使用。這種不便利的操作不利于BIM技術的推廣理念，并不能真正提高設計效率。所以將BIM技術可以大量的應用于鋼結構生產制造流程中去，可以很好的提高其使得性。通過BIM技術能將復雜的節點通過BIM技術進行三維視覺效果顯現，能更好的自動處理鋼結構深化設計和生產制造過程中的大量信息，能有效提升現場管理問題的效率。在鋼結構制造過程中，作為分包商的生產企業主要負責鋼結構的設計與制造工作，有時也會負責施工現場的安裝工作。在鋼結構生產過程中，深化設計和構件制造這兩個環節是非常重要的，生產企業在承接鋼結構生產這個任務時，必須做好設計、信息傳遞這兩項工作，而后續的運輸和現場安裝也是基于設計和信息傳遞基礎上進行的，所以說鋼結構工程的整體質量完全取決于深化設計和加工制造的準確性和高精度。所以，將BIM技術應用于鋼結構的生產過程中，有利于鋼結構工程的準確度和高精度提升。

5? 鋼結構工程中BIM的應用建議

5.1 第一階段的應用

在第1個階段中的BIM技術主要用于鋼結構的建模中，包括筑物理信息、構件施工工藝以及項目管理信息等。主要是將傳統二維圖紙進行三維模型的實體轉換，然后自動輸出最終加工圖紙。在這個時期，鋼結構生產企業必須在建模前先確定構件的各項詳細信息，然后根據生產要求，將構件的BIM模型逐步完善至高精確階段。無論最終的BIM模型完善程度高低，生產部門都要按照這個模型來分析自己需要的詳細信息，此時的BIM狀態還是較為簡單的，所以各個部門的溝通信息仍然較為不連貫，依然對原始的二維圖紙依賴較大。

5.2 第二階段的應用

在這個階段的BIM技術應用主要體現的是項目人員通過三維模型進行合作的過程，這個合作模型會貫穿于鋼結構生產的第一、二個階段，甚至是全部階段。如在招投標階段中，鋼結構生產企業通過BIM模型進行投標競爭;制造階段中，鋼結構生產企業要通過BIM三維模型進行深化設計，對鋼結構的制造實施全方位管理;安裝階段中，要求生產企業在施工現場進行鋼結構組裝，在這個過程中，都離不開BIM技術的全程參與，而且不同的模型也會伴隨不同的信息。

5.3 第三階段的應用

這個階段的BIM技術應用已經到了成熟的時期，該時期的BIM模型已經具備信息豐富的特點，這個時期的協作需要始終貫穿于整個生產周期，在這種模式下，各利益參與方需要將利益分配及風險分配等關系進行重新構建，才能更好的保障多方利益。

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