BIM技術在復雜鋼結構制作安裝施工中的應用

趙貴林

近年來，大批民用、工業鋼結構建筑拔地而起，越來越多造型獨特的鋼結構建筑如雨后春筍般大量出現，鋼結構也采用設計更加復雜、安裝精度要求更高的節點形式以滿足設計需求，對鋼結構的加工和安裝技術均提出了更高的要求[1]。為了實現鋼結構加工和安裝的準確高效進行，二維平面不能解決的問題必須放在三維空間中去設計、觀察、測量和提取，BIM 技術在建筑鋼結構工程中的應用能夠更好地輔助、指導復雜鋼結構的制作安裝施工[2]。

1 淺析BIM 技術

1.1 BIM 技術概述

BIM 技術主要采用構建信息模型的形式，利用計算機模擬信息模型結構，通過對數據進行多元化的應用處理，實現工程模型制定、設計模型修改、風險預測、安全管理及預算管理等。通過信息數字化，還可以將工程項目中的各項數據保存在中心數據庫中，便于后續的工程管理，保證信息的實時性、有效性、系統性、整體性及延續性。BIM 技術的主要特點有可視化、協調性和模擬性，首先其能夠通過可視化的信息模型預測施工的過程，大幅度提升信息建設的管理效率，能夠更直觀地展現出所需要傳遞的工程信息，幫助工作人員降低施工出錯的概率。

除此之外，應用BIM 技術不僅提高了工作效率，也能夠保證工程的安全，進一步提升工程施工質量，控制工程支出的成本。另外，BIM 技術最重要的一個特性就是模擬性，采用BIM 技術可以有效控制計算機軟件，構建起建筑工程模型的設計流程[3]。利用BIM 技術可以模擬設計模型、局部建設模型、預測模型，還可以通過BIM 技術改善模型的完整度和科學可靠性，為實際的施工過程提供更多的參考。

1.2 BIM 技術的應用優勢

BIM 技術作為熱門的建筑工程技術，通過信息化、數字化的手段滿足了各類工程的需求[4]。BIM 技術為施工過程提供了諸多便利，減少了實際施工過程的步驟，降低了施工的整體難度，提高了施工的科學性。采用3D 立體模型的方式能夠及時有效地解決工程出現的各類問題，設計師們可以對工程及時進行調整，增加了工程結構的可視性[5]。設計師在設計階段利用BIM 技術繪制工程圖紙，可以預測工程實體的最終形態，對其藝術效果有更直觀的認識。設計師也能不斷根據BIM 技術繪制的模型及時調整設計的流程和設計的方案，精細到各類細節，確保整體的設計效果更加清晰明了。

從整體上來看，利用BIM 技術繪制工程圖紙也拓寬了設計的深度，不局限于表面，利用深入探究工程的技術手段，以提升工程質量為基礎，優化工程的現代化設計流程，保證復雜鋼結構的穩定性，確保其空間布局合理。設計師還可以利用BIM技術更精準地刻畫出其理想效果。

采用BIM 技術建立的三維立體模型具備較高的參考價值，能夠為后續的施工建設提供更多的有利條件，幫助施工人員少走彎路。BIM 技術很好地滿足了人們對定制化建筑的需求，可以根據客戶的具體理想需求來建設，滿足特異性的工程要求[6]。相較于傳統的模型技術而言，BIM 技術在細節方面更勝一籌，能夠對更多的深入的部分進行精準刻畫。相較于靜態的模型而言，BIM 技術提升了穩定性和可靠性。

2 BIM 技術在復雜鋼結構制作安裝施工中的應用

2.1 運用于復雜鋼結構的三維建模過程

BIM 技術可以用于復雜鋼結構的三維建模，對安裝、制作、施工等各個階段的整體技術模型進行構建。工作人員通過BIM 技術軟件將復雜鋼結構的構件編號、硬度、節點位置、配件長度及配件寬度等信息輸入相應的技術軟件中，可以根據配套信息得到一系列建模模型。

利用BIM 技術深化設計總體的復雜鋼結構模型，考慮節點連接的穩定性和合理性，確保整體結構處于平穩且安全的狀態；解決三維節點在構建過程中存在的弊端和問題，找到最精準的安裝結構，梳理好安裝的流程；利用三維建模的方式，確保安裝、制作、施工各個階段的各道工序不發生問題；深入研究現場施工過程里遇到的難點，根據模型的框架對其進行處理；添加或刪除相應的構件，調整結構的角度、長度、寬度。

利用BIM 技術可以更全面、更直觀地展示整體的模型，對模型進行便捷的操作，根據三維模型增加相應的防護措施，提前預防安全隱患，增加或刪減的3D 節點可以是螺栓或拼接構件等。運行鋼結構3D 模型，重點分析出現力學沖突的部位，調整其結構特性，采用BIM 技術的信息化手段處理各項指標，確保三維建模結構的精準度。

2.2 運用于復雜鋼結構的安裝過程

BIM 技術能夠在復雜鋼結構的安裝過程中發揮作用，因為復雜鋼結構的工程項目通常體量較大，構件往往復雜，所需要達到的專業標準也比較高，因此可以利用BIM技術提升鋼結構的安裝效率。設計師可以導出BIM 技術的模型，在此基礎上進一步修改模型的具體細節，將修改的節點再繼續同步導入到模型當中，參照相關的技術標準核對無誤后，再進行安裝。BIM 技術所能制作的設計模型圖不僅有整體的構型圖，還有局部的細節圖、構件細節圖等。應用BIM 技術可以實現圖紙的自動化更新，將3D 模型和3D 節點有效地結合起來，更直觀地呈現出安裝復雜鋼結構工程當中涉及的拼接細節，便于設計師設計安裝接口，不斷完善接口的緊密性和科學性[7]。

從全局的角度來看，BIM 技術建立的3D 模型還能夠提高安裝工程的安全性，有效避免一些弊端，比如部分安裝拼接接口可能會出現機械損壞的風險，通過BIM 技術進行安裝前的圖形建模預測，能夠發現潛在問題，及時制訂方案予以解決。自動化生成設計圖紙之后，還可以保證更加強大的修改功能，利用自動化生成的三維構建圖，實現對復雜鋼結構安裝工程的整體管理。

BIM 技能夠輔助安裝施工的整體過程，在施工過程中通常會采用各種測量方式，然而很多工程的施工圖不夠精密，利用BIM 模型將相應的施工圖位置坐標與復雜鋼結構施工的實際圖像進行坐標對合，可以有效縮小復雜鋼結構的施工誤差。在復雜鋼結構建設空間當中的放線工作是傳統方式難以實現的難題，利用BIM 技術可以得到有效的解決。

2.3 運用于復雜鋼結構的碰撞檢測過程

BIM 技術在復雜鋼結構工程中能快速提取施工的細節，模擬進度控制工程，將復雜鋼結構的具體結構圖進行可視化的操作。因此，BIM 技術在復雜鋼結構制作、安裝、施工過程中，也常用于碰撞檢測項目。

所謂的碰撞檢測是指在電腦中提前檢測工程項目中各不同專業（結構、暖通、消防、給排水、電氣橋架等）在空間上的碰撞沖突。通過BIM 碰撞檢測后對碰撞處進行調整，調整一處如果引起其他地方又有新的碰撞，在三維圖紙上會根據不同的色塊給出警告，因此BIM 的管線碰撞檢測杜絕了管線碰撞問題。

有效利用BIM 技術來進行碰撞檢測的預測與模擬，可以有效提高項目的整體施工效率，防止物體被破壞，進一步降低了虧損的風險。工程中的碰撞一般有3 類，即硬碰撞、軟碰撞和重復向檢測碰撞。利用建模軟件可以對整個復雜鋼結構的分支結構或零散部件分別進行專業的碰撞檢測，自動生成可視化的碰撞檢測結果，根據結果的反饋定位到具體的細節，避免在最終的施工實體中出現不良碰撞點。利用專業的BIM 信息整合平臺，分析不同的碰撞情景，依據這些情況進行場景渲染，同時模擬施工的過程。對于不同的碰撞劃分類型，細分規范需求，智能化地完成相應的操作。完成可視化的碰撞檢查，能夠有效降低工程的施工成本，提高效率，完成更加多方位、多視角的預測。BIM 技術中的碰撞檢測技術也可以詳細地體現出項目當中機電安裝以及結構設計等專業領域的信息，為后續工程打下良好的基礎。

2.4 運用于復雜鋼結構的施工過程

BIM 技術在鋼結構的施工過程中發揮著多重功效，比如可以通過BIM 技術解決復雜鋼結構在施工過程中的精度控制問題。通常來說，施工的具體方案設計不存在非常大的問題，但想要提升施工過程的精確度卻比較困難。如果只采取傳統的建模方式或者預測方式，很難控制好具體的復雜鋼結構構件的參數。再加上結構非常復雜，需要進行全面的剖析，才能夠了解各個相關的部位或截面的具體信息。

而利用BIM 技術，可以對整個施工過程里所需測量的數據進行更精準的把控。例如對于雙拱形的復雜鋼結構而言，需要采用雙拱曲線方程的形式定位鋼結構坐標系；針對鋼結構的各個角落或截面，其坐標也必須精確到較高的水平，要參考具體的安裝限度標準，多角度測量出復雜構件的截面尺寸、截面質量指標、長度、寬度、角度及環境要素等相關的細節。

通過BIM 進行放樣，可實現多次復測，得到實際的標高，從而盡可能保證安裝與施工的精確度，尤其在鋼結構吊裝的過程中，通過BIM 技術能有效掌控吊裝成功的決定性因素，即構件的重心位置和質量要素。不同的鋼結構所需的吊裝角度和方式、速度都有所區別，要想保證每一段的位置都能平穩，需要利用BIM 技術尋找各類鋼結構的重心，確定其質量參數，保證抓取重心的合理性與科學性，才能成功完成輔助吊裝的工作。為了確保吊裝的安全性，還可以利用重心精度確定法等方式來核驗中心位置的參數，通過BIM 軟件核驗這些參數的準確性，避免鋼結構落地時可能產生的拉力。保證穩定性的同時，也要保證施工過程流暢。

2.5 運用于復雜鋼結構的工程管理工作

BIM 技術不僅可以應用在復雜鋼結構的制作、安裝、施工等各階段里，也能夠為相關的管理工作提供輔助。BIM 技術具備可視化性、協同性、仿真性，能夠幫助工程管理人員進一步落實管理工作。

2.5.1 策劃管理

在前期的項目策劃管理過程當中，可以利用BIM 技術對工程的投資建設進行預測分析。利用BIM 技術對施工現場的實際情況進行勘測和模擬計算，模擬所需要支出的成本，總結所需拼裝的或者潛在需要拼裝的構件。將構件進行統一集合規劃之后模擬成本預算的模型，為前期的項目決策管理人員提供數據上的支持，使策劃管理具有更強的科學性。在整個復雜鋼結構的項目施工環節里，BIM 技術可以有效幫助管理人員實現更精細化的目標制定工作，通過構建三維或多維的立體模型預演管理的整體流程，有效核驗管理人員安排的計劃是否合理，論證施工方案的準確性，優化資源使用配置的情況，提高復雜鋼結構施工的效率，減少設計部門、管理部門及施工部門之間的分歧。

2.5.2 安全管理

BIM 技術還可以應用在安全管理過程中。安全性對于施工而言至關重要，將BIM 技術的虛擬模型構建體系和實際的智能監控系統體系相結合，采用三維立體的監控模式對施工過程進行可視化的監控，可以觀察現場的實際情況。也可以根據三維監控情況調整施工方案，規避施工過程的風險，及時排查出潛在的安全隱患；還可以利用數據預測等形式，幫助管理人員對各個工作環節或者結構部件劃分安全系數，根據不同的安全系數來制定相應的安全管理方案。

2.5.3 驗收管理

在竣工階段，部門之間對施工資料、驗收資料的溝通還主要通過紙質媒介，對于紙質材料的需求比較大。竣工驗收時，資料數據由各部門提供，由于各部門對資料的管理方式存在差別，且信息化、自動化程度低，對于較大項目，管理工作者溝通不及時，缺少統一平臺，可能會導致數據信息在傳遞的過程中出現丟失。針對以上現象，可將BIM 結合互聯網對竣工階段的資料驗收工作的處理方法進創新。通過BIM 和互聯網實現虛擬模型和資料數據之間的共享，在BIM 的基礎上，創建資料管理平臺，收集管理項目施工過程中的數據信息，通過創建參數化模型對其進行分析，保證驗收時能夠作為參考。

2.5.4 成本管理

BIM 技術往往也運用在成本管理的過程里，制定相應的成本控制管理方案，不斷優化BIM 系統的性能，減少不必要的成本支出，通過構建模型對成本控制進行可視化的分析管理。

3 結語

綜上所述，BIM 技術主要采用構建信息模型的形式完成模型制定、風險預測、安全管理、預算管理等。BIM 技術作為現在熱門的建筑工程技術之一，主要特點有可視化、協調性和模擬性，滿足了各類工程的需求。BIM 技術為施工過程提供了諸多便利，減少了實際施工過程的步驟，降低了施工的整體難度，提高了施工的科學性。在實際施工當中，應充分利用BIM 技術，全面、多角度提高建筑施工的水準，為我國工程施工建設行業的發展提供長效的動力。