BIM技術在隔震層鋼梁施工中的應用

曹永順 張曉雨 嚴嘉耕

隨著鋼結構應用的推廣，BIM技術也迎來了一個新的發展機會。BIM技術利用相關軟件（如Revit）對相關構筑物建立一個多維立體信息模型，輔助工程管理人員對鋼結構施工中存在的重難點部位進行全過程輔助指導，相比傳統二維圖紙較大提高了施工進度。文章主要探討在水電十局西昌川興棚改項目中隔震鋼梁安裝施工中BIM的應用情況。

BIM技術; 鋼結構; 建筑全周期; 深化設計

TU741.3B

[定稿日期]2021-08-13

[作者簡介]曹永順（1982～），男，本科，工程師，從事房屋建筑工程施工與技術管理工作;張曉雨（1998～），男，本科，從事建設工程施工技術與管理工作;嚴嘉耕（1994～），男，本科，助理工程師，從事建設工程施工技術與管理工作。

在鋼結構施工中因其構件是預先制作等原因，會出現與現場施工發生沖突影響施工進度及施工質量等問題。但有了BIM技術的輔助，之前這些長期困擾一線施工管理人員的問題就能很好地解決。

1 工程概況

本文以中國水電十局西昌區域川興棚改項目為實際分析對象，水電十局西昌川興棚戶區改造項目位于四川涼山彝族自治州西昌市，川興棚改項目總規劃凈用地面積約5.8×104 m2，規劃總建筑面積約29×104 m2，其中地下建筑面積約7.8×104 m2。本工程共18個單體，其中1#～15#、17#～18#樓采用隔震技術，抗震設防類別為丙類;建筑物分兩部分，以隔震層為分隔，上部結構均通過隔震支座支承于地下室的頂板上，在建筑一層下設置隔震層，在隔震層梁中設置鋼梁構建提高隔震層整體強度。在隔震層鋼梁施工過程中前期應用BIM技術輔助鋼梁的設計優化以及生產，后期運用BIM技術輔助現場安裝施工以及其多構件匯交復雜節點的施工優化。

2 BIM技術在前期的應用情況

2.1 BIM技術輔助鋼梁設計深化

模型建立人員首先根據隔震層鋼梁的實際圖紙進行相應的模型建立，在相關軟件中可以根據各方需求進行視角調整來發現模型是否存在缺陷，在確認模型的建立不存在問題后就可以安排施工。

因為鋼梁結構異常復雜不同于一般鋼結構構件，在試品到場安裝后，發現諸多與現場隔震支座以及主體結構有沖突的地方，BIM技術運用不同平臺軟件和插件來幫助隔震層鋼梁設計的細化，主要針對各細節部位，通過模型繪制后與現場原有總平模型的交匯融合，就會發現諸多存在沖突的地方，為更好地后期設計變更，軟件會根據用戶實際需要自動生成鋼結構更為詳細的設計圖，通過與設計方的有效溝通，圖上標注出存在問題的地方，以便后期進行設計修改。

2.2 BIM在隔震層鋼梁的加工制造環節的應用。

與傳統小型鋼制品的制作不同，隔震層鋼梁的制作生產以及管理上幾乎全部需要人工去監督。這其中包括施工圖紙的校驗，加工過程的檢查，制作工藝的監督等。如果這其中哪一步出現了問題，就會造成整根鋼梁無法安裝施工，進而影響工期。在這種成本高且又無法避免質量問題的情況下。就需要在鋼梁生產廠家構建一整套智能化生產系統。

如同傳統機械制造業中基于CAD的模型就能夠支持制造流程一樣，BIM技術運用專門開發的建筑信息模型輔助軟件，如Revit Structure等信息軟件，也可以支持結構制造流程。在這套智能系統中，所有與鋼結構有關的圖形都已經包含在了Revit以及Structure設計模型中。這些鋼結構設計信息可以導入到CIS/2文件中（一種行業標準數據格式，用來交換鋼結構信息），便于在鋼結構詳圖設計應用中重新使用。

將建筑信息模型（BIM）用于隔震層鋼梁的詳圖設計和制造環節，這樣隔震層鋼梁從設計到制造實現了全流程智能化。在鋼梁生產過程中重復利用設計模型不但提高了工作效率，而且改進了制造。此外，鋼結構詳圖設計和制造軟件中使用的信息是基于高度精確、協調、一致的建筑信息模型的數字設計數據，這些數據完全值得在相關的建筑活動中共享。

設計團隊在完成隔震層鋼梁的加工詳圖設計后，專業鋼結構設計團隊或承包商還可以利用該加工詳圖進行BIM四維建模，后期施工過程中項目管理人員也可以利用這套模型與其它建筑專業模型（如MEP和建筑設計）進行沖突碰撞檢查。初期的制造模型并不代表最后的竣工狀況，因為在鋼結構安裝階段可能還會發生諸多變更。因此在施工前期對鋼梁鋼筋進行模型模擬碰撞檢查時是必要的，尤其是施工復雜空間狹小的建筑隔震層中更是這樣。

3 BIM技術在隔震層鋼梁施工現場的應用

3.1 隔震鋼層梁分段吊裝

本項目隔震層鋼梁主要為大型工字型帶栓釘鋼構件，隔震層鋼梁部件的節點連接方式為焊接及氬弧焊接。川興項目鋼結構工程的組成構件多，拼裝連接節點數量大。且本工程鋼梁的安裝需要進行高空作業，也為鋼結構的施工安裝帶來了不小的挑戰，結合川興項目的鋼結構工程特點，本工程選用大型汽車吊從樓面中心部位向外的順序分段吊裝（圖1）。

隔震層鋼梁分段吊裝的構件種類多數量大且安裝繁雜，選用專門的鋼結構深化設計軟件進行建模，通過構建三維模型精確到各個構件的分段形式和各個節點的形式，保證整個隔震層的結構穩定性。

3.2 鋼筋綁扎處理

在川興項目中，不是單純考慮鋼梁安裝問題，還要考慮鋼梁安裝后，以鋼梁為主體骨架，在其上進行鋼筋綁扎施工形成隔震層主體梁板鋼筋網架。

在解決鋼梁吊裝以及安裝施工的難點問題后，借助BIM技術對基于鋼梁的鋼筋綁扎進行輔助調整。

3.2.1 隔震層鋼梁兩側構造筋的放置

傳統施工做法是在梁箍筋放置后再進行構造筋的放置，這就導致后期梁兩側構造筋很難放置，不得不打斷后再放置然后再焊接，這樣勢必會對隔震層結構強度有影響。BIM軟件可以仿真模擬鋼結構施工安裝過程中的各個階段，在施工前對安裝施工結果進行模擬就可以分析不同的安裝順序的成效。檢查并發現可能會出現的影響結構穩定性的因素。在BIM技術的輔助下，對鋼梁鋼筋綁扎順序進行了提前模擬，成功避免了工期延誤以及施工順序的先后對隔震層結構的影響（圖2）。

3.2.2 鋼梁的主體一層墻柱豎向鋼筋的放置

對于基于鋼梁的豎向墻柱插筋問題，在對其他項目的考察中發現，大部分鋼梁生產廠家會在出廠前按設計圖紙在相關節點上作機械連接套筒的焊接，但是在到了施工現場會發現，按結構圖紙的墻柱豎向插筋套筒中大概70 %都存在位置偏差，在現場進行鋼筋綁扎時不得不重新進行套筒焊接，增加的施工量對項目施工進度造成較大影響。

川興項目在隔震層鋼梁生產加工前，運用BIM技術把隔震層上部的剪力墻及暗柱的鋼筋建立模型并且進行深度檢查優化。通過BIM軟件把上部墻柱鋼筋與已經建立的鋼梁模型進行融合碰撞檢查，就可以發現一些無法穿鋼梁需要設置套筒的節點，然后進行數據標記，在生產階段就可以在鋼梁相關節點部位設置機械套筒，做到精準安裝焊接，無現場二次返工焊接，就能節省施工時間。

在川興項目中BIM技術能夠4D模擬仿真深度分析隔震層鋼梁的前期制作以及施工安裝，提前模擬演練吊裝過程的先后順序以及鋼梁上的鋼筋綁扎，提前排除在施工安裝過程中可能出現的問題，及時調整，修改設計方案。通過軟件模擬分析各個施工關鍵節點的施工進度，統計數據，為施工現場的實際操作提供參考依據。

4 結束語

水電十局川興項目從項目初始的臨場布置，到全建筑全專業的BIM應用。為整個川興項目的進度推進及質量管理提供了有力支持。在鋼梁工程中的BIM應用更是如此，實現鋼梁的生產加工和BIM技術的應用不僅需要相關智能化軟件平臺的輔助，還需要鋼結構加工設備的保障，在川興項目實施BIM技術過程中還制定了適合本項目的BIM技術管理辦法。可以有效推進信息數據分析同施工現場的鏈接，提高管理生產效率。在項目全周期使用BIM技術，培養員工的BIM三維立體模型思考模式。作為工程項目中的信息中樞應該縱覽全局著手于細節，全面覆蓋整個項目的前期設計，過程施工，后期維護等各個階段，施工單位利用BIM技術優化管理，實現項目全周期BIM信息化管理，真正發揮BIM技術的強大優勢。

參考文獻

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