淺析BIM 技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的應(yīng)用

徐金國

隨著我國城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展需求，因此在建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工中一些先進(jìn)的施工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，BIM 就是目前建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中運用比較多的一種先進(jìn)技術(shù)。

1.BIM 技術(shù)概論

BIM 技術(shù)是于2002 年由美國Autodesk公司提出的一種建筑信息模型技術(shù)，主要是通過計算機(jī)數(shù)字技術(shù)來模擬仿真建筑物，可以在工程設(shè)計、建造、管理等諸多方面被應(yīng)用的一種數(shù)據(jù)化工具，是用來形容以三維圖形為主、物件導(dǎo)向、建筑學(xué)有關(guān)的電腦輔助設(shè)計。可以對整個工程項目從規(guī)劃、設(shè)計、施工到管理的全過程進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，是一個實現(xiàn)了把使用標(biāo)準(zhǔn)的理念轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù)的操作軟件[1]。

2.BIM 技術(shù)優(yōu)勢

BIM 技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，主要是為了實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)工程的各個階段的可視化、信息化管理，以及完善信息數(shù)據(jù)庫。因BIM 技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點，所以目前被廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)工程中。

2.1 可視化管理

運用BIM 技術(shù)可以通過計算機(jī)來進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的3D 模型建設(shè)，實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的可視化管理，同時還能夠加強(qiáng)構(gòu)件的精確度。而且通過3D 模型能夠讓設(shè)計者更加直觀地觀察到不同結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的連接，從而對未來施工中所要面對的問題更加清晰。另外，平面、立面、剖面三者之間還能夠通過3D 模型實現(xiàn)有效關(guān)聯(lián)，從而確保設(shè)計者在考慮參數(shù)對整體構(gòu)型的影響的基礎(chǔ)上對參數(shù)進(jìn)行更改。在BIM 模型中很多傳統(tǒng)設(shè)計中看不到的細(xì)節(jié)或者隱蔽部分會充分地展示出來，可以讓相關(guān)工作人員可以更直觀地了解鋼結(jié)構(gòu)工程中的相關(guān)信息，從而保證能夠及時對不合適的參數(shù)進(jìn)行修改，為項目建設(shè)提供更為方便快捷的溝通工具。

2.2 協(xié)調(diào)性管理

協(xié)調(diào)性一直以來都在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中占據(jù)著非常重要的地位，因為鋼結(jié)構(gòu)工程項目比較復(fù)雜，且涉及專業(yè)較廣，通過運用BIM 技術(shù)中的3D/4D/5D 模型進(jìn)行相應(yīng)的項目管理，不僅可以增加工作人員之間的溝通，同時還可以避免工期延誤情況的出現(xiàn)，其對于提高工作效率等有著重要意義。運用BIM 技術(shù)建立3D模型，可以對工程中相應(yīng)的構(gòu)件和連接進(jìn)行更加直觀的檢查，從而準(zhǔn)確地掌握施工過程中可能會發(fā)生的一些問題，同時能夠有效地減少技術(shù)人員和設(shè)計人員的工作量，從而提升施工效率。4D 模型可以模擬鋼結(jié)構(gòu)施工中的構(gòu)件吊裝以及相應(yīng)的施工方案，在設(shè)計和施工方案討論中可以更明確地確定最優(yōu)的施工方案。通過5D 模型的建立能夠使施工造價更加準(zhǔn)確，從而使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到更好的保障。

2.3 促進(jìn)項目優(yōu)化

運用BIM 技術(shù)，能夠使整個項目工程的信息數(shù)據(jù)更加完善，同時也使數(shù)據(jù)傳遞更加快捷，提高工程的實施效率，進(jìn)而實現(xiàn)項目的優(yōu)化。另外，在建筑鋼結(jié)構(gòu)工程中運用BIM 技術(shù)能夠及時地發(fā)現(xiàn)工程中存在的安全隱患，使工程得到更加安全的保障。

3.鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的難點

在建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中，由于其自身的工程特點，傳統(tǒng)的施工方法在某些方面是很難滿足工程需求的。例如，鋼結(jié)構(gòu)施工工藝復(fù)雜，測量放線難度大，而且對施工的精度要求高，同時對施工設(shè)備的要求也非常高。另外，環(huán)境因素對鋼結(jié)構(gòu)的施工影響是比較大的，構(gòu)件下料會受到溫度的影響。

4.BIM 技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的具體應(yīng)用

4.1 在模型建造中的應(yīng)用

在對建筑工程模型進(jìn)行設(shè)計時，可以運用BIM 技術(shù)實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)的三維實體建模，使整個項目工程的實施過程能夠更加直觀地體現(xiàn)出來，鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型包含了整個工程的節(jié)點、構(gòu)件、材料等信息。而且，建筑施工單位在構(gòu)建模型時可以根據(jù)客戶對于施工項目的要求來選擇合適的計算機(jī)軟件，然后根據(jù)設(shè)計出來的建筑模型對設(shè)計的圖紙進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，這樣能夠有效地提高建筑工程設(shè)計方案的科學(xué)性。

4.2 在詳圖創(chuàng)建中的應(yīng)用

通過BIM 技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的詳圖創(chuàng)建，利用三維投影可以自動生成包括構(gòu)件圖、節(jié)點圖等所有施工詳圖，使設(shè)計圖中體現(xiàn)所體現(xiàn)的信息數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，這樣能夠有效地提高施工設(shè)計的可行性。其實，BIM 建模等同于虛擬施工，因為圖紙中所有的幾何參數(shù)都是利用三維實體模型直接投影產(chǎn)生的，所以存在誤差的可能性極小，因此BIM建模和實際施工相差無幾。通過這樣的建模方式，能夠有效地對施工過程中可能會遇到的問題和困難做出更加準(zhǔn)確的預(yù)判，提前做出解決方案，從而保證工程的施工能夠順利進(jìn)行[2]。運用BIM 技術(shù)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)工程的詳圖深化主要由以下三個步驟完成：

4.2.1 搭建實體模型

布置軸線，根據(jù)截面類型、幾何參數(shù)搭建三維實體模型。

4.2.2 進(jìn)行加工、安裝處理

根據(jù)設(shè)計藍(lán)圖并結(jié)合工廠、現(xiàn)場以及土建相關(guān)條件對結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造進(jìn)行加工和安裝處理。

4.2.3 碰撞校核

對三維實體搭建的模型進(jìn)行“碰撞校核”，檢查模型中存在的設(shè)計錯誤，并以此為依據(jù)撰寫碰撞報告，交由設(shè)計人員核實修正。由于實行動態(tài)過程控制，使得以上每個階段都得到了較為精準(zhǔn)的校核。

4.2.4 基于BIM 技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)施工圖

傳統(tǒng)設(shè)計出圖都是由單一專業(yè)各自出圖，一旦處于上游的專業(yè)對本專業(yè)圖紙進(jìn)行修改，很可能導(dǎo)致下游專業(yè)的圖紙也需要修改，這無疑大大增加了返工作業(yè)，導(dǎo)致不必要的浪費。基于BIM 技術(shù)的工程設(shè)計，各個專業(yè)協(xié)同工作把各自專業(yè)的信息輸入BIM 模型，并從模型當(dāng)中提取本專業(yè)所需的信息。某一專業(yè)對BIM 模型進(jìn)行修改，其他專業(yè)的相關(guān)信息也會自動進(jìn)行修正。

4.3 在成本核算中的應(yīng)用

在鋼結(jié)構(gòu)的工程項目中，成本核算是一項非常重要的工作，也是一項比較難的工作。在傳統(tǒng)的人工成本核算中，存在工作效率低、精準(zhǔn)度不夠等問題。因為鋼結(jié)構(gòu)工程項目的建設(shè)周期比較長，而且負(fù)責(zé)核算的人員面臨的工作量也比較大，在施工過程中還會出現(xiàn)一些意外的狀況，這就導(dǎo)致一般項目很難按照季、月來分析統(tǒng)計成本，從而造成施工管理中的一些問題不能及時地被發(fā)現(xiàn)。而且，鋼結(jié)構(gòu)工程項目本身就具有復(fù)雜性、多樣性的特點，所以人工統(tǒng)計出來的數(shù)據(jù)經(jīng)常會出現(xiàn)失真、漏項、自己錯項多的情況，這也是一些原本以為能夠盈利的項目到最后卻發(fā)生虧損的主要原因之一。另外，每一個項目的成本掌控在實際上都是由項目部控制的，這也是企業(yè)運營中存在一種風(fēng)險。而運用BIM 技術(shù)進(jìn)行成本核算，可以獲得更加完整的信息數(shù)據(jù)，從而能夠有效地避免因為數(shù)據(jù)的不完善而造成的核算失真，工作效率要比傳統(tǒng)的核算方式提高很多。而且，使用BIM 技術(shù)進(jìn)行成本核算時，需要實時的數(shù)據(jù)信息，這樣可以有效地提高準(zhǔn)確性。另外，通過BIM 模型對實際成本數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，很容易發(fā)現(xiàn)實際成本數(shù)據(jù)缺失的項目，監(jiān)督成本實際數(shù)據(jù)的填補(bǔ)。通過BIM 技術(shù)進(jìn)行成本核算，只要將材料的單價和人工費加入，就可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的工程量管理，可以準(zhǔn)確地計算工程成本。

4.4 在施工管理中的應(yīng)用

深化設(shè)計、加工制作、現(xiàn)場吊裝是鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的三個主要階段，有效的信息傳遞能夠使這三個階段順利地進(jìn)行銜接，所以信息傳遞在整個鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中是非常重要的。而運用BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)施工管理信息的搭建，保障施工中的各個階段能夠進(jìn)行有效的銜接。例如，在進(jìn)行BIM 模型搭建時，對整個工程的數(shù)據(jù)進(jìn)行了輸入，那么施工單位在編制施工組織或者施工進(jìn)度計劃的時候就能夠快速地獲得所需要的數(shù)據(jù)信息。而且，通過4D 模型可以模擬實際的施工過程，能夠?qū)こ塘窟M(jìn)行精細(xì)化分割，從而使管理人員能更加準(zhǔn)確地判斷施工計劃的科學(xué)性，并且能夠及時地找出其中的問題。根據(jù)對工程量精細(xì)化分割制定勞動力、材料、機(jī)械等資源計劃安排，以便去完成預(yù)定目標(biāo)，避免出現(xiàn)資源計劃安排不夠充足而影響施工計劃的實施。運用BIM 技術(shù)能夠獲得全面的工程信息在進(jìn)行，施工計劃編制時就能夠發(fā)現(xiàn)施工過程當(dāng)中可能會出現(xiàn)的問題，這樣就能夠及時對計劃做出調(diào)整并提前制定出解決問題的方案，從而保障編制計劃的可執(zhí)行性。另外，與傳統(tǒng)的施工技術(shù)相比，管理人員不需要花費大量的時間和精力去解決施工過程中出現(xiàn)的問題，只要做好施工的計劃和執(zhí)行，就能夠保障工程的順利實施，這樣不僅減輕了工作人員的壓力，還使工程建設(shè)的效率和質(zhì)量得到了有效的提高。

4.5 在后期運營維護(hù)中的應(yīng)用

信息滯后一直是傳統(tǒng)建設(shè)項目后期運營維護(hù)中的一個重要問題，通過BIM技術(shù)可以有效解決這個問題。利用BIM技術(shù)可以將在建設(shè)項目運營階段對結(jié)構(gòu)損傷、材料劣化等信息進(jìn)行搜集，從而能夠有效完善后期的維護(hù)工作。并且運用BIM 能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物業(yè)管理與樓宇設(shè)備的智能化管理、可視化管理、以及能耗分析和節(jié)能控制。

5.結(jié)語

通過分析和研究得知，應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠有效地推動我國建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展。基于此，本文對BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的模型建造、詳圖創(chuàng)建、成本核算、施工管理以及后期運營維護(hù)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討，并提出了相應(yīng)的建議，希望能夠有助于鋼結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展。