BI M技術在高層建筑鋼結構安裝工程中的應用分析

李大貴，孟珊，肖星星，雷俊，陳健輝

（中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000）

1 BIM在高層建筑鋼結構安裝中的技術優勢

1.1 實現可視化施工管理目標

基于BIM技術，相關人員可建立高層建筑的3D模型，利用該模型的可視化效果進行安裝施工管理，確保鋼結構各構件的安裝精確度。在此過程中，3D模型可幫助施工人員直觀地查看鋼結構的連接點以及各構件分布情況，更清晰地處理鋼結構安裝中的各類問題、設計人員可根據模型中的立面、平面、剖面信息合理調整鋼結構安裝工程的設計參數，完善高層建筑鋼結構安裝施工方案[1]。

1.2 有效協調鋼結構安裝作業

高層建筑鋼結構安裝工程中所涉及的施工作業較多，鋼結構分布較為復雜。BIM技術可利用BIM信息模型協調鋼結構安裝作業，提升建筑鋼結構安裝項目管理效率。具體來說，BIM信息模型可促進施工人員、設計人員、管理人員的交流溝通，更為立體地展示鋼結構安裝施工方案，降低技術交底難度，預防工期延誤風險。另外，相關人員可利用BIM模型細化鋼結構安裝作業，直觀地檢查鋼構件安裝、連接活動，有效協調安裝作業，規避各類常見質量風險，使施工人員順利完成鋼結構吊裝、銜接任務[2]。

另外，鋼結構安裝精度要求較高，但環境因素、人為因素、設備因素對建筑鋼結構安裝施工質量的影響較大。BIM技術可通過優化鋼結構安裝方案，整合高層建筑建設中的鋼結構安裝信息，更高效地傳遞安裝施工數據，協助一線施工人員排查質量與安全風險，保障鋼結構安裝施工的精度，同時通過及時評估，發現鋼結構安裝中的安全隱患，改進鋼結構安裝方案，保障建筑鋼結構安裝工程的施工安全。

2 BIM技術在高層建筑鋼結構安裝工程中的具體應用

2.1 應用流程

BIM技術應用于高層建筑鋼結構安裝時，相關人員可將高層建筑鋼結構的施工設計方案輸入Navisworks軟件，建立鋼結構BIM安裝模型，該模型可以可視化地模擬高層建筑鋼結構安裝施工全過程，滿足工程施工管理要求。具體應用流程如圖1所示。

圖1 高層建筑鋼結構安裝中BIM技術的應用流程

2.2 建立BIM鋼結構模型

借助Revit軟件，構建鋼結構BIM模型[3]。Revit軟件啟動后，可按照輸入的項目信息創建視圖界面，用3D立體的圖形呈現鋼結構安裝工程。聯合高層建筑結構設計分別建立鋼結構平面圖、剖面圖、立體面圖，并將其合并為BIM模型。模型中包含鋼結構安裝中螺栓分布情況，以及鋼構件安裝所需的施工設計參數。鋼結構BIM模型可在Revit軟件的作用下，展示鋼結構中底板結構、鋼板焊接設計、鋼柱安裝設計，高效地完成技術交底工作，并用可視化的模型指導施工人員完成施工任務。

2.3 可視化仿真模擬施工

BIM技術體系中，Navisworks軟件可支持高層建筑鋼結構安裝工程的可視化模擬。該軟件不僅可整合鋼結構安裝中的所有3D模型，還有漫游功能?？衫肞roject軟件導入鋼結構安裝施工模型，關聯安裝工程、工況，并用動畫形式將高層建筑鋼結構安裝工程反映到計算機終端展示界面，同時支持關聯人員的虛擬操作，模擬鋼結構安裝施工全過程。

以地下室定位器安裝、核心筒鋼板剪力墻安裝、外框鋼柱及鋼梁安裝等分項工程為例，基于BIM施工模擬動畫，鋼結構安裝工程中，相關人員可直接依據模型中的施工參數固定地下室定位器，連接高層建筑中的鋼結構、混凝土基礎結構，順利地將圓形鋼管固定在鋼柱底部的鋼板上；然后按照圖示中建筑地下室內的鋼構件、混凝土頂面連接區域的定位器分布情況，完成鋼結構安裝、焊接工作。

高層建筑鋼結構安裝工程中核心筒剪力墻是指將鋼板、圓鋼管焊接成鋼結構，其安裝作業需要通過對稱吊裝的方式將鋼構件安裝到位。BIM模型同樣可施工模擬核心筒剪力墻的安裝活動，協助施工人員順利地將鋼板、圓鋼管吊裝到位。比如，基于BIM模型中的平面視圖，施工人員可及時安裝端部的剪力墻，然后將其與建筑結構中的箱形梁相互連接，焊接后吊裝高層建筑內部剪力墻。在此過程中，BIM模型可有效控制剪力墻的安裝誤差，并用錯層變換安裝的方式完成吊裝任務，提升鋼結構安裝精度。鋼梁、鋼柱安裝時往往需要搭設高空操作平臺，利用BIM模型仿真模擬時，相關人員可確定操作平臺的位置，設計出可調支撐平臺；然后依據鋼梁、鋼柱安裝方案，有序地模擬高層建筑中塔樓、標準層中的鋼結構安裝活動，分析安裝方案的可行性。

2.4 鋼結構安裝進度管理

BIM技術不僅可用于高層建筑鋼結構安裝施工指導方面，還能改善鋼結構安裝進度管理。相關人員可直接在BIM軟件中輸入鋼結構安裝工程的時間參數，使BIM模型中的進度計劃與實際工況信息相互作用，呈現鋼結構安裝進度。管理人員可借助BIM進度管理模型，提前分析鋼結構安裝工程中的各項參數，安排施工作業，協調鋼結構安裝施工中的人力、物力資源，然后分別模擬高層建筑各區域的鋼結構安裝過程，排查鋼結構吊裝中存在的沖突問題，避免在實際作業中損耗大量時間。

實際管理過程中，在BIM-Project軟件中輸入數據庫內的項目信息后，管理人員可自動輸入運行命令，然后通過Time Liner按鈕下達進度管理指令。之后，BIM軟件可依據進度計劃和目標整理鋼結構安裝工程的施工信息，重建任務層。而管理人員則可按照軟件任務層的整體設計建立進度管理模型，更合理地安排鋼結構安裝中的施工任務，提升高層建筑鋼結構安裝工程的施工效率，防范進度風險。

2.5 鋼結構安裝質量管理

質量管理是高層建筑鋼結構安裝工程的重要管理內容，BIM技術在實際應用中可通過自身的施工模擬過程，滿足鋼結構安裝施工的質量管理要求。具體來說，基于BIM技術，相關人員可借助BIM模型對施工人員進行技術指導，保障鋼結構安裝過程的施工質量。比如，管理人員可利用BIM技術將鋼結構安裝信息輸入模型，BIM模型可仿真模擬鋼結構安裝施工全過程；而施工人員可通過掃描現場二維碼，查看模擬動畫，了解鋼結構安裝工序，規范作業行為，加強鋼結構安裝質量控制。

在高層建筑鋼結構安裝工程中，BIM技術體系中的Navisworks、Revit等軟件可虛擬吊裝鋼構件，然后借助Time Liner的功能關聯項目操作及信息資源。關聯操作結束后，分別在任務層設置鋼構件的安裝任務，并利用Time liner中的配置命令調整模型外觀參數，對鋼結構安裝工程實施頂層結構設計，同時動態化模擬鋼結構各構件的安裝活動，協助現場施工人員把控施工流程，排查質量風險，調整構件安裝方案。比如，在吊裝外圍鋼結構時，構件重量、長度控制不當都會誘發質量風險，而BIM模型可用可視化的信息數據模型呈現該區域的吊裝活動，使施工人員掌握鋼柱結構特征及分布情況，有效地控制鋼構件的安裝施工參數，高質量地完成吊裝任務。

2.6 關鍵節點的施工模擬

高層建筑鋼結構安裝工程中的子項目較多，安裝施工中關鍵節點的施工工藝非常復雜，所以，實際應用中BIM技術可對鋼結構安裝中的關鍵節點進行施工模擬，用動態化、可視化的動畫視頻指導鋼結構關鍵節點的安裝作業。比如，在某高層建筑工程項目中，高層建筑的3～12層為型鋼混凝土柱結構，鋼柱、鋼梁捆扎時的難度較大，需要BIM技術模擬整個施工節點的安裝工程。

1）基于BIM技術建立關鍵節點施工模擬中的信息集合，Navisworks軟件可通過進度計劃、施工設計信息、命令選項的整合，自動制作高層建筑鋼結構關鍵節點安裝時的場景動畫。

2）借助Time liner中的“Ani-mator”新建場景，可以更清晰地創建模擬動畫，使施工人員可從不同視角觀察鋼構件各節點的安裝情況，分析有無沖突問題。

3）動態模擬鋼筋、鋼柱綁扎時的安裝活動，指導施工人員掌握安裝工序。若發現沖突問題，還應立即調整施工設計參數，并改變動畫設置參數，重新模擬施工作業，確認無誤后執行安裝方案；與一線施工人員進行技術交底，可視化地指導鋼結構安裝工作。

3 結語

綜上所述，城市空間開發中，高層建筑項目規模明顯增加，鋼結構作為高層建筑工程常用結構之一，其安裝工程具有較強的復雜性。BIM技術的應用可幫助施工人員應對鋼結構安裝中的施工難點輔助鋼結構安裝施工管理，同時通過仿真模擬鋼結構安裝過程，高效完成鋼結構安裝工程中的技術交底工作，保障鋼結構安裝質量，提升高層建筑項目的整體建設水平。