BIM技術在裝配式鋼結構建筑施工過程中的應用研究

闕榮

（1.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司；2.中建二局陽光智造有限公司）

1 引言

隨著社會經濟的騰飛，科學技術的飛速發展，信息技術在建筑業領域的運用越來越廣泛。目前應用最多的是裝配式鋼結構建筑領域，它既可以滿足人們對建筑的傳統功能的需求，又可以在一定程度上減少施工過程對環境的損害，是一種節能、環保技術。而通過BIM技術在裝配式鋼結構建筑施工中的運用，可以實現對工程的整體把握與控制，既能滿足工程的主要技術需求，又能從根本上提高工程施工質量。目前，裝配式鋼結構建筑建設過程中，BIM技術在預測構件制作進度化管理、施工過程有限元分析、工程質量的保障等方面已有了廣泛運用。

2 BIM技術的特點

BIM技術最大的優勢在于它的可視化。運用現代信息技術和計算機技術，可以將裝配式鋼結構建筑建立為三維、四維、五維模型，使其具有更多的直觀特征，通過技術手段找出隱藏的問題和細節上的不足，并預測可能出現的問題，從而進行最優方案設計，以此體現方案的合理性。

3 BIM技術應用在鋼結構工程的優勢

3.1 可視化信息管理

利用BIM技術建立鋼結構三維模型，對鋼結構進行可視化信息管理，可以增強構件精度。施工單位通過BIM技術，可以實時共享施工進度，提高施工信息的傳遞。將鋼結構工程的具體參數信息加入BIM管理軟件中，使模型數據與附加數據的變化保持一致，便于實時調整。同時，三維建模也可以讓設計師更直觀地看到不同結構和部件之間的聯系，以便在后期解決問題。另外，平面、立面、剖面三個部分可以利用三維模型連接，保證設計者在考慮到這些因素對總體結構的影響時，可以及時修改[1]。

3.2 工程協調管理

由于鋼結構工程的復雜性和專業知識深度，利用BIM技術構建三維模型，可以更加直觀地觀察到相關構件和節點與不同專業的關系，了解在施工中出現的問題，輔助設計人員與現場實施人員進行溝通，打破各專業技術人員交流過程中的壁壘，而且能快速傳輸數據，搭建信息橋梁，提高工程執行效率，達到項目最佳化。此外，裝配式鋼結構建筑施工可通過BIM技術的應用對不同工況進行有限元模擬分析，及時發現施工技術壁壘，有效降低設計人員的勞動強度，這對提高工作效率有很大作用。

3.3 幫助項目優化

BIM技術的應用不僅可以使整個工程信息資料更加安全，在設計與施工方案的探討中更加清晰地得到最佳施工方案，保證施工安全性、合理性、經濟性。

4 BIM技術在項目實際施工過程中的應用

4.1 項目概況

工程位于東莞市生態產業園區，占地面積2.7萬㎡，總建筑面積5.3萬㎡。結構形式為鋼框架結構。整個結構外觀由一圓環形主體及三個大傾角筒體網殼裙塔組成，外形為飛碟圓盤狀，結構內圓半徑32.9m，外圓半徑為58.9m，整體結構平面尺寸為149m×185m。三個裙塔標高13.5m以下為鋼管網殼結構，以上為圓形框架結構。總用鋼量為6500t，主要材質為Q345B，結構形式新穎（見圖1）。

圖1 項目效果圖

本工程施工過程主要有幾個難點。①該項目主要由圓管構件組成，相貫線節點圓管桿件相交復雜，桿件眾多，最多時有8根桿件相貫連接，相關節點的深化設計難度大。②裙塔1層～4層是由三個編織筒體曲面網殼組成的圓盤狀結構，均由鋼管桿件組成，作為上部5層～6層鋼框架結構的支撐。編織筒體網殼平面尺寸最大寬度約25.6m，最小寬度約10m，傾斜角度為60°，曲面網殼地面拼裝精度不易控制。③網殼分片單元在吊裝過程中變形不易控制，網殼的吊裝方案與質量和安全的保障是重點。

4.2 裝配式鋼結構建筑BIM模型建設與實際結構轉換

BIM技術的最大特點就是可以在施工前對項目整體結構進行有效建模，根據模型的建立狀況，仿真具體施工過程，并根據模型的仿真結果對構件加工參數進行修正，保證所采用的構件制造工藝符合現場施工要求。同時，在模型構建過程中，建筑公司還可以結合項目的實際情況進行仿真，根據仿真結果完善和優化設計圖紙與施工，提高設計與施工的合理性，減少工程問題的發生。該項目裙塔1層～4層三個編織筒體曲面網殼結構類型復雜，按照傳統方式很難完成構件組裝工作。為保證結構的拼裝精度和進度，深化設計人員利用BIM技術在軟件中將網殼三維模型進行分塊，選擇合適的參考點，再根據模型確定網殼構件各端口與參考點對應的三維定位坐標，從而確定網殼地面拼裝坐標，同時根據得到的坐標制作專用的拼裝胎架，大大提高了網殼結構拼裝精確度和效率[2]。

4.3 裝配式鋼結構建筑施工過程管控

利用BIM技術可以在裝配式鋼結構建筑施工中有效保障項目的質量和安全。該項目為保障網殼結構在吊裝過程中的質量和安全，并選擇合理的吊裝方案，在實際施工之前，根據模型的建立，對施工過程進行模擬仿真，從而實現對項目工期的預報。通過提前驗算施工過程中結構自重狀態下的應力與變形，同時對構件安裝偏差控制進行指導，并利用BIM軟件提前對特定工況下的最大變形量和最大應力進行驗算，進行鋼結構安裝過程的施工模擬，通過不同工況下結構的變形量和應力值對方案進行比選。

4.4 裝配式鋼結構建筑成本控制

BIM技術應用于裝配式鋼結構建筑建設，可以實現對工程造價的有效管理與控制。在實際應用BIM技術時，利用BIM技術，通過相關的技術軟件，統計各個工序使用量，建立施工模型，然后根據工程模型精確預算工程造價，保證工程造價與投資的一致性，并通過技術軟件，有效減少工程建設中超出預算的費用，實現對資金的使用和流動的精確掌握，從而控制和管理鋼結構工程造價，避免在施工中造成資金浪費。

4.5 裝配式鋼結構建筑施工全生命周期管理

在鋼結構工程中，深化設計、構件加工、現場吊裝是三個主要環節，而有效的信息傳遞可以保證三個環節的順利進行，因此傳達信息對鋼結構整體建設具有十分重要的意義。而BIM技術則可以建立起傳遞施工管理信息的橋梁，保證施工過程中各環節之間的聯系。比如，在建立BIM模型時，將所有深化、采購、加工、運輸、安裝等數據都及時同步輸入模型中，使施工單位在實施項目過程中迅速獲取所需資料，可按照各項環境完成進度精細劃分，動態調整所有人力、材料、機械等資源的計劃，防止資源分配不足，影響施工進度。因此，該項目中構建了信息協同管理平臺（見圖2），通過BIM技術與公司鋼結構管理系統協同管理，從下單、提料、下料、質檢、生產、運輸各環節實時跟蹤生產進度、質量，為項目履約保駕護航，實現設計、工藝的提質增效[3]。

圖2 BIM協同管理平臺

5 結語

BIM技術在該項目深化設計、加工廠預制、現場安裝等實施過程中的應用極大地提高了工作效率、縮短了項目建設周期，經科學測算，該項目共節約成本60余萬元，工期節約22d。BIM技術在裝配式鋼結構建筑施工過程中的應用研究具有較為重要的作用和意義，對提高我國建筑行業發展水平有重要的推動作用，是實現建筑行業管理的有效途徑。