BIM在鋼結構施工和風險管理中的技術應用

劉 維

上海市工程建設咨詢監理有限公司 上海 200433

近年來，鋼結構已逐漸成為建筑領域廣為應用的一種建筑結構。雖然鋼結構可以滿足當代建筑施工的很多新要求，但其體量大與模型復雜的特點，對施工過程的管理提出了新的挑戰。隨著BIM技術的應用，通過構建3D模型，并將工程參數錄入計算機中，可以實現鋼結構管理數字化，為施工設計和過程管理提供有利的條件，提升鋼結構施工期間的安全性。

1 BIM技術在鋼結構施工前的應用

1）設計可視化，明確管理重點。BIM技術通過3D模型將鋼結構設計以立體模型的方式呈現出來，可以讓管理人員清楚地了解鋼結構設計，發現工程各構件間的聯系，熟悉關鍵隱蔽部位的情況，提前明確施工管理中的重點，便于在施工中更好地落實管理要求[1]。

2）模擬施工過程，優化項目工期。鋼結構項目包含的工藝與工序眾多，如采用傳統施工管理模式，很難提出滿足鋼結構施工要求的最優方案。BIM技術可以通過數據統計分析，根據使用需要優化施工計劃，并以可視化的方式模擬施工過程，從而明確施工設計方案在工程中的效率與可行性，有效地縮短鋼結構工程的工期[2]，提升鋼結構管理工作效率與質量[3]。

3）檢驗模型合理性，降低返工風險。鋼結構工程的工序眾多，構建好的BIM模型可以清楚地反映施工設計方案在工程中的應用情況，通過自動計算判斷鋼結構施工設計是否具有可行性，快速發現施工圖紙中不切實際的地方，提醒管理人員在施工前進行修正，從而避免傳統模式中因圖紙存在問題而導致大量返工與設計變更的情況[4]。通過4D模擬試驗排查施工期間可能出現的突發事故，分析應急預案在應對該類事故時是否合理有效，為施工管理提供更為可靠、安全的保障[5]。

4）優化資源調配，提高施工效益。在鋼結構施工管理中，BIM技術可以快速掌握工程資源持有量與分布情況，按照施工方案與施工各階段的管控要求，動態優化施工現場的材料、工作人員與施工設備安排，提高施工資源調度的合理性。在提升鋼結構施工效率同時，有效降低項目成本，讓施工單位從項目中獲得更多利潤[6]。

2 BIM技術在鋼結構施工中的應用

1）信息綜合管理。鋼結構項目作業體量龐大，在工程運行期間會產生大量的信息，如使用傳統數據管理方式，無法全面收集施工數據，難以為數據信息設置標準的管理體系。因此，在項目施工后期，在管理層面會出現很多問題，導致項目可能延期交付。BIM技術應用在鋼結構施工中，可以在設定的流程下記錄工程數據，提高記錄信息內容的可靠性與完整性，并將信息進行分類處理。施工管理人員可以整理施工數據，同時對相關數據進行動態追蹤，對施工過程進行無死角監管[7]。BIM技術應用到鋼結構施工中，可以幫助管理人員進行鋼結構工程現場管理工作。另外，應用BIM技術可建立信息共享平臺，同時編制信息共享機制，按照工作流程采集、整理信息數據，防止誤用信息等情況出現。

2）實時施工管理。在鋼結構工程中，為保證工程施工按照要求進行，管理人員使用BIM技術輔助管理工作，可以掌握工程各階段的施工參數，通過BIM技術可以比對實際施工與設計存在的差距，發現雙方差距呈現增大趨勢時，快速查找問題原因并制定解決對策，提高施工方案的可操作性與合理性[8]。合理應用BIM技術可以為管理人員提供有價值的參數，便于管理人員從宏觀上控制工程施工，對施工進行動態跟蹤控制，及時發現并解決施工中出現的問題。保證各工序中不存在質量問題后，方可進入下道工序的施工。在鋼結構施工成本管理期間，通過BIM技術實現內部數據共享，在三維模型中，掌握施工情況，按照項目建設信息與要求規劃項目管理工作，計算工程的物資與人力資源，從而合理、科學、高效地分配施工資源，將工程資源的損耗率降至最低。

3 案例分析

3.1 項目概述

某數據中心項目，工程所用的主要材質為Q355B鋼材，總用鋼量約為1.9萬 t，結構類型為框架結構，平面尺寸南北向寬205 m、東西向長206 m，結構柱為箱形截面，結構梁為箱形和H形截面，組合樓板類型為閉口型壓型鋼板。工程中需使用高強螺栓約25萬套、樓板栓釘約50萬套。

3.2 風險因素與防控對策

3.2.1 圖紙深化

本工程中的工程圖紙版本多（結構4個、幕墻3個、機電支架2個，變更2次），圖紙深化的次數也多。深化過程等待確認時間長，有效深化的周期短。工程構件總數達50萬件，深化構件零件數量龐大，增加了施工作業難度。結構存在降板多、節點復雜等問題，致使圖紙深化復雜、煩瑣，大大影響了生產時間。

針對上述風險隱患，在圖紙深化階段，面對特殊問題，及時調整工作思路，合理調度人員，通過BIM技術的數據分析，決定提前進行備料工作，同步推進備料工作與深化出圖，由此可以縮短備料工作的周期，同時快速開展生產加工工作，充分提高了該環節的工作效率。在圖紙設計期間，與設計院建立了基于BIM協同平臺的溝通渠道，確保各環節工作溝通可以無縫連接。

3.2.2 大梁施工

大梁選擇加工廠分段制作，增加預埋、支撐體系，分段加工的構件運至現場后進行支撐，然后吊運至高空進行組裝。該施工方法增加了工作難度。另外，構件的進場順序、支撐安裝及卸載是大梁施工的難點，需要在施工過程中隨時關注吊裝的安全監控、驗收等工作。

大梁施工存在一定的難度，會增加工程延期交付的風險，通過BIM技術分析吊裝工況，驗算支撐體系的承載力，結合相關數據制定施工方案，同時嚴格按照方案開展工作、約束施工行為。

現場吊裝管控需要在技術交底后進行，嚴格按照方案交底、施工。鋼梁預起拱在設計要求下進行，在施工各階段檢測實際變形結果，按照施工要求進行適當調整。按照方案開展工作，在焊接固定后進行整體卸載工作。最后，以影像資料形式記錄需要保留的大梁安裝過程的施工數據。

3.2.3 高空作業

現場作業點多面廣，同時在工程中有大量高空安裝與吊裝作業，增大了安全管理的工作難度。

針對上述隱患，施工單位在工程啟動前，按照安全生產手冊建立鋼結構安全防護體系，體系內容較成熟，根據BIM模擬情況優化并確定項目施工流程與各工序工作內容，從而保證工作人員可以按照安全防護體系工作，在安全防護措施下，為工作人員構建安全的工作環境。為了保證施工現場的安全性，現場安全管理人員需要具備相關的資格證書和豐富的工作經驗，可以應對現場突發狀況。在施工過程中，安全管理人員需要對全過程進行安全監督。另外，在施工前確定現場各管理人員的崗位職責，并定期進行安全教育，宣貫職責，讓現場管理人員逐漸形成安全管理的意識，發揮職責作用，完成安全管理工作。

3.3 BIM技術在鋼結構項目實施中的應用

1）準備階段。管理人員在鋼結構項目啟動后，使用BIM技術比對備選方案，從施工技術、經濟、安全與進度等方面進行權衡，從中選擇性價比、安全度最高的方案。通過BIM技術可視化功能，可以在輸入方案后，看到關于鋼結構施工的立體模型，從而更加直觀地掌握項目數據，為方案比對提供了便捷的條件。另外，在BIM技術構建的模型下，可以發現各方案存在的風險隱患，憑借可視化模型快速制定操作性高的解決預案，確保施工安全。

2）設計階段。使用BIM技術可以直觀展示建筑設計方案，通過立體模型清楚地展示建筑主體情況、管理模型與電氣系統模型，并對設計模型進行深層次的分析。結合模型，快速發現并解決方案中存在的問題，以降低設計工作的難度，便于設計人員分析方案，提高設計方案內容的合理性，將干預因素對施工造成的影響降至最低。

3）施工階段。設計方、委托方、施工方、監理方可以通過BIM技術掌握項目的進行情況，定期圍繞鋼結構施工開展研討會，及時提出施工中存在的問題，各方討論并提出解決問題的意見。BIM技術構建的信息平臺，也為各部門人員交流提供了便利，管理人員可以掌握工程進度情況，從而提高施工管理水平，保證工程按照計劃推進，且可以有效地控制工程成本。

4 結語

鋼結構具有體量大、模型復雜、施工難度較大、危險性較高的特點，對施工進度、成本與安全管理均提出了不小的挑戰。鋼結構項目管理人員在施工中選擇BIM技術，利用該技術可視化等優點，模擬施工過程、優化設計方案，對施工進行全過程監管，挖掘BIM技術在施工管理中的最大價值，應用BIM技術開展動態建模、信息管理與施工管理等工作，為各工序工作的開展提供良好的基礎，從而及時發現施工中的風險并給出專項應對方案，強化鋼結構施工風險管理能力。

合理應用BIM技術，成為施工單位高效、安全開展鋼結構施工的最佳工具，為保證項目在工期內完工、達到業主的要求提供了有力保障。