BIM技術在裝配式鋼結構中的應用

陳家倫

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引言

BIM（Building Information Modeling）技術最早起源于美國，該技術以信息為基礎，通過軟硬件為項目從規劃、勘查、設計、施工、運維管理等建筑的各個階段提供可行性決策、最優方案、智慧服務的一種創新技術。BIM技術使用對建筑行業發展具有明顯意義，設計人員在建立信息模型過程中，建模人員能將圖紙中提供的數據信息匯總到三維模型內，數據信息能在建模中真實展示出來。裝配式鋼結構中使用BIM技術，主要是將施工前的項目規劃、項目設計、后續施工任務以及項目管理等，將裝配鋼結構中出現的信息傳遞斷層情況給予解決。工程技術人員使用BIM技術能將鋼結構全面拆解、系統分析，應用BIM技術在裝配鋼結構中，對鋼結構項目的發展會起到幫助。

1 BIM技術應用到鋼結構施工中的特點及優勢

1.1 設計過程可視化

傳統鋼結構行業發展中，現場施工技術人員并非直接使用3D模型，而是使用二維和三維兩種軟件相互結合，需要不停對兩種軟件實行切換，技術人員通過自己想象在腦海中形成完整的圖形。鋼結構裝配施工中物涉及的內容種類多，同時工程項目設計周期較長，耗費人力和物力多[1]。BIM技術出現能有效降低設計人員的工作量，設計人員僅需要建立三維數據模型，將設計圖紙中要求內容，通過三維形式展示出來，設計人員的工作內容不再局限與平面設計。此外，傳統意義上建筑物效果圖制作方式均是設計單位邀請專業渲染公司，渲染工作并非專業的設計人員，這一過程中設計人員與渲染公司的工作人員互動很少，導致渲染出來的效果與設計人員的預期差異性明顯。BIM技術的出現能實現構件良好的互動，設計人員實施模型建立過程中，任何時間節點均能實現設計項目的可視化，設計人員通過觀看渲染圖，了解裝配式鋼結構設計的具體情況，對后續的施工也能提供專業技術指導。

1.2 施工過程協同性

裝配式鋼結構項目想要順利實施，需要設計單位與施工單位形成良好的協作關系，然而，裝配鋼結構項目在實施過程中，因溝通出現問題，導致后續的施工受到影響案例數不勝數，設計單位和施工單位管理人員要找出溝通不暢的原因，尋找出最為恰當的解決辦法。工程項目中設計人員數量較多，不同設計人員負責位置差異性明顯，開展裝配設計工作時，設計人員之間缺少溝通，必然會導致施工周期內會出現交叉問題[2]。例如，暖通管線在布管過程中，設計人員要在施工圖紙上標注出管線走向，然而，實際布管工作開展時，施工的管線可能與房屋主體結構發生沖突，這些均是裝配鋼結構施工中最為常見的現象。技術人員使用BIM技術便能輕松化解沖突。工程項目中不同專業之間發生的沖突情況，設計人員也能使用數據調整方式，避免造成鋼結構施工企業出現損失的情況。BIM技術能處理不同專業之間的問題，對復雜的施工工藝也能給予解決，常見電梯井位置選擇、防火通道與安全管理問題出現沖突后，設計人員均能使用BIM技術予以解決。

1.3 施工前的模擬性

建筑施工的模擬性主要是指開展模擬測試，模擬種類包含建筑物外能源消耗模擬、房屋疏散通道的模擬、采光情況模擬以及房屋熱效率的模擬等，此種計算方式在平面設計時很少被提及。然而，在使用BIM技術開展設計任務時，上述提到的問題均能被實現，鋼結構企業對外招標過程中，通過數據的變化將能源消耗、房屋疏散、采光情況以及房屋熱效率展示出來，設計人員也可以使用4D成像技術獲取相同的效果。項目建筑施工階段的成本管理工作和后續運營工作，也可以選擇使用BIM技術實施模擬，常見的自然和地質災害，使用BIM技術也能模擬救援過程，確保施工人員和使用人員的安全。

1.4 施工階段的優化性

建筑工程的項目優化工作起源于項目設計階段，最終到項目運營階段，每個過程均需要給予關注并開展優化。BIM技術的出現能為優化工作提供技術支持，將復雜數據優化工作變得更加簡單，裝配過程中的細節處理也更加完善。傳統意義上建筑工程項目優化工作受到的影響因素多種多樣，常見數據信息傳遞、數據復雜程度以及對施工周期影響等，技術人員想要徹底優化建筑項目，需要關注建筑物的專業數據，如建筑物節能情況、緊急疏散通道、房屋熱傳導等，這些數據內容日常施工中很難被關注和計算[3]。使用BIM技術便能輕松解決此類問題，將不合理的施工內容進行優化，保證施工和運營周期內建筑工程能順利執行下去。

2 BIM技術在裝配式鋼結構中的應用

本案例選擇徐州飛虹新型裝配式鋼結構保障性住宅項目，項目位于徐州飛虹公司廠區內，房屋總樓層為四層，建筑物的安全等級為二級，使用年限為五十年。該工程底部基礎采用現澆鋼筋混凝土施工，上部鋼結構施工采用預制裝配法。

2.1 施工流程設計

傳統工程項目建設過程中，設計人員大多數在二維環境下繪制施工用圖紙，施工中涉及的土建部分和機電設備均處于獨立部分，現場施工管理人員協調各個部門之間難度系數較高。使用BIM技術能建立起統一化的信息模型平臺，將工程項目中涉及的內容融入同一個數據模型中，通過數據模擬功能協調統一工程項目中的問題。本案例中技術人員利用Revit、Navisworks等軟件進行項目結構施工模型的建立、進行可視化的模擬與分析，借助軟件功能分析建筑物的能耗情況，尋找出建筑物的最佳朝向和間距。設計人員確認完上述數據后，繪制三維鋼結構節點模型，使用Revit軟件創建的模型確認構件的數量，使用Revit軟件創建的模型和其他軟件相結合，對鋼結構裝配施工過程開展模擬工作，確保后續的施工工作能順利實施。

2.2 選擇使用BIM技術建模

徐州飛虹新型裝配式鋼結構保障性住宅項目中，設計人員選擇使用Autodesk Revit 2014開展BIM建立模型，項目實施過程中，首先，需要創建出適合設計團隊的模板，設計人員通過建立的三維視圖了解各項參數，模型建立后能達到繪圖的標準要求，設計效率也能得到顯著提升。其次，設計人員在已有圖庫的基礎上，創作出適合本工程項目要求的構件圖，確保結構受力達到要求的前提下，實現建筑用空間的完整性，確保構件不會在墻體中突出來。技術人員選擇使用異形束柱和相關的節點作為配套，異形束柱使用能夠讓模型展示得更加清晰準確，實現了工程構件裝配模擬工作[4]。最后，設計人員需要將建筑模型深度明確表現出來，將物理模型和分析模型細致對接并管理。該項目施工前設計人員通過模擬的方式對建筑物的采光和能源消耗情況分析，通過改變圍欄周圍相關參數，可以提升模型性能。通過實踐經驗來構建出徐州飛虹新型裝配式鋼結構保障性住宅項目實施BIM模型建立，形成完整的BIM模型。詳見圖1、圖2。

圖1 結構主體圖

圖2 模型三維效果圖（內部）

2.3 采光能耗分析

現階段，國家推行的綠色環保建筑，越來越引起建筑企業的關注，綠色建筑物的評定標準與采光情況和戶型的建立有關，采光分析工作包含兩個部分，分別是建筑物的朝向以及日照的間距兩個部分。比如，某新型裝配式鋼結構保障性住宅項目，將上述的朝向分析和日照間距分為兩個部分分析，將其作為依據對建筑物實施調整。設計人員對建立完成的BIM模型實施采光情況分析，選擇使用判定的標準是美國用的LEED標準。在經常使用空間中的75%，便能達到秋分的要求，上午時間則采取秋分時間節點中的九點和十五點，采光照的最小數值不能低于二十五尺燭光，不能高于五百燭光。角度的選擇使用順時針形式，從0°到360°區間內，以10°作為一個數據分析單位，每隔10°做一次數據采光分析。設計人員將樓之間的距離規定為10m，按照南北朝向的要求實施排列，使用的建筑模型均已經被設計人員所修正。建筑物能源消耗屬于判定綠色建筑物的重要標準。Revit 軟件中包含的能量分析功能以及負荷分析功能，設計人員通過使用這兩個功能模塊對建立完成的模型進行分析，將裝配鋼結構中不合理的部分進行優化。

2.4 節點模型建立

裝配鋼結構建筑物施工后，想要確保裝配式鋼結構的整體處于穩定狀態，各個節點穩定連接，是所有工作開展的前提條件。近年來，鋼結構施工企業不斷開展技術研發，已經建立出了很多結構點模型，但新模型構件的連接形式較為復雜，安裝工序很難被現場的施工人員所掌握。設計人員通過BIM技術建立的鋼結構模型，現場施工人員通過參照BIM模型指導構件的安裝，由于BIM模型所見即所得的特點，大大提供了現場施工人員的安裝效率和質量。

2.5 碰撞檢測

裝配式鋼結構的設計工作、構件的生產和后續施工均要嚴格管理，確保構件尺寸、質量標準和位置，均要達到安裝和使用標準要求。設計人員通過建立的三維模型能將鋼結構中沖突情況降低，避免人為檢查工作中出現紕漏的情況。通過使用三維設計的分析功能，及時發現設計中存在的問題，避免后續造價工作受到影響。BIM模型建立并投入使用過程中，鋼結構安裝技術人員能快速準確的發現圖紙設計過程中出現的問題，常見的標高、尺寸以及位置的標注等，設計人員實施碰撞測試后，使用自動標注功能生成錯誤報告，將模型中的沖突部分渲染出來。

3 結束語

綜上所述，科學技術快速發展，數字化信息技術與建筑行業結合程度變得愈加緊密，BIM技術便是在這樣背景下產生并逐漸應用，工程技術人員在裝配式鋼結構中使用BIM技術，獲取成果已經被鋼結構裝配企業所熟知。裝配式鋼結構中使用BIM技術，能將工作效率提升過程中，技術人員要不斷地增加研發力度，實現裝配式鋼結構長久穩定的發展。