BIM技術在裝配式鋼結構中的應用研究

楊樂

（山西瀟河建筑產業有限公司，山西 太原 030401）

0 引言

裝配式建筑是我國建筑領域中的一種新興模式，相較于傳統建筑方法更具優勢。鋼結構是裝配式建筑的重要組成部分，需要相關從業人員進一步了解各項新技術在其中的應用途徑。在各類新興技術中，BIM技術于近年來獲得了業內日漸廣泛的認可，也值得相關從業人員在裝配式鋼結構中不斷提升應用范圍，為建筑領域提升整體工作效率奠定堅實基礎。在鋼結構制作方面，歐美等發達國家對BIM技術的應用較為成熟；與國外先進水平相比，我國仍然是大而不強，應結合BIM技術與與數字化管理、自動化制造，以解決傳統建筑業勞動短缺、生產效率低、科技含量低、能源消耗大等問題。

1 BIM技術在裝配式鋼結構中的應用特點

首先，BIM技術具備全過程性。此特性使BIM技術能全面應用于裝配式鋼結構的各個流程，由工程規劃設計入手，到構件生產、現場裝配、驗收等各環節都可依托于BIM技術完成優化，為工作人員提供便利。

其次，BIM技術具備直觀性。此項技術能將二維平面模式有效轉化為三維立體模式，從而使建筑設計效果更為明顯，為裝配式鋼結構安裝人員提供更為明確的效果。在直觀性特點的支持下，裝配式鋼結構原本可能存在的設計偏差得以消除，后續安裝也隨之更為順暢[1]。

最后，BIM技術具備優化性。優化性的特點能保障裝配式鋼結構工程更具效果，工作人員每完成一步操作后都能隨時了解自身工作情況，明確工作中存在的不足并及時采取優化措施。由整體效果來看，優化性能使裝配式鋼結構設計和施工更為合理，同時提升安裝指導水平，使整體安裝質量更為理想。

2 BIM技術的應用

2.1 BIM設計環節

將BIM技術應用于裝配式鋼結構工程，需要由設計環節入手。在BIM技術的輔助下，裝配式鋼結構工程能相應形成參數化設計效果，工程所涉及的各項信息資料都能得到更為精準的錄入與分析，并集成土建、鋼結構、建筑、機電、幕墻等多個專業設計模型，實現協同設計，偏差也能相應避免。同時BIM技術能全面分析各項數據，使后續工程中的各個環節更具精準性，并能有效避免投資超額等情況，為建筑效益提供了有力保障[2]。

2.2 構件管理環節

構件管理是裝配式鋼結構整體工作的核心內容之一，此環節一旦出現問題將對整體施工質量造成影響。公司與同濟大學產學研聯合開發的“鋼結構建筑BIM集成制造管理平臺”以BIM模型為核心，以二維碼為手段，實現了以下功能。

（1）直接讀取Tekla模型，自動生成構件清單導入平臺，為后續生產做準備。

（2）根據項目深化設計實際進展情況可分批導入模型，更加貼合實際。

（3）管理設計圖紙，為后續工藝制作、生產排產、構件制作及發運、成本核算做鋪墊。

（4）實時查看各項目各構件的制作情況。

（5）生產進度通過模型變色可視化展示。

（6）構件通過二維碼實現生產全流程追溯，并在二維碼上詳細展示構件安裝位置等信息，方便現場安裝施工。

（7）報驗質檢通過掃碼在線完成，通過系統限制不合格構件的流轉；并且，通過質量管理模塊圖表分析統計可直觀查看全廠、各車間、各工序的合格率及主要問題。

（8）合理調度各項資源，對生產任務統一規劃、任務在線下發，使生產任務的安排更合理、更智能。

（9）對構件生產情況及時反饋，對當前工序、質檢結果、預計完成時間一目了然，從而有利于下步工序的生產規劃。

（10）在高效、節約的原則下實現生產管理的信息化、智能化，同時提升公司產品的產能、規模和質量，大幅提升管理質量，提高生產效率，降低生產成本。

2.3 模擬裝配環節

在裝配式鋼結構工程中應用BIM技術能對裝配效果做出預先模擬，從而使安裝人員與設計人員進一步明確后續實地工作中可能存在的不足，并提前對自身工作加以優化。利用高精度全站儀對鋼結構實體構件進行測量，將測量數據導入構件精度分析軟件，進行誤差分析，生產報表，可幫助作業人員分析偏差產生原因，及時進行調整；利用模擬預拼裝軟件對分段構件進行虛擬預拼裝，可檢驗構件整體的精度；模擬拼裝可大大提高加工精度，減少大型構件實體預拼裝操作工序，進一步提高效率、降低成本，同時還可以協助技術人員制定處理方案。BIM技術能全面分析裝配式鋼結構中的各項關鍵環節，并在此基礎上對各環節做出協調，使裝配效果更為理想。同時BIM技術也能有效控制時間成本，保障裝配式鋼結構整體工作更具高效性，使延誤工期等問題得以避免。

2.4 現場安裝環節

應用BIM技術能使整體安裝環節得到全面監管，從而最大限度消除安裝過程中可能存在的重大偏差。實時跟進安裝進度，并利用模擬裝配的結果為現場安裝提供指導，使安裝全過程得到嚴格把控。此環節也可將RFID技術與BIM技術有機結合，以此使安裝人員對自身工作情況更為明確，避免安裝中的偏差問題。與此同時，BIM技術也能在現場安裝過程中做出合理管控，使工期延誤與預算超支等各種風險都能得以避免。一旦現場安裝中出現突發狀況使工程不得不面臨變更，BIM技術也能有效解決此類狀況，以其自身具備的自動化功能為從業人員尋找更為優質的施工方案，使現場安裝工作更為高效。

2.5 輔助竣工環節

在竣工環節中，BIM技術能為從業人員總結裝配式鋼結構工程的施工情況，使其精準衡量，從而針對其中存在的不足做出合理調整。工程驗收人員能利用BIM技術了解施工成果，判定施工隱患，調整施工模型，為后續工作提供更為豐富的工作經驗。同時竣工環節中的結算工作也能依托于BIM技術完成，相關從業人員可依照前期錄入數據了解工程造價情況。當工程面臨索賠時，BIM技術同樣能輔助從業人員明確責任方，提升索賠工作落實效率[3]。

3 應用案例

3.1 工程概況

以山西建筑產業現代化瀟河園區綜合辦公樓為例，此工程主要功能為辦公、研發，總建筑面積為23622.94m2，（地上15419.6m2，地下8203.34m2）；地上7層，地下1層；建筑高度33m。地下結構形式為鋼筋混凝土框架結構，地上結構形式為鋼框架結構，主要采用鋼管混凝土柱、H型鋼梁、鋼筋桁架樓承板、鋼樓梯、集成地面系統、集成墻面系統等。本工程裝配率達到76.6%，AA級裝配式建筑。項目實現了BIM技術的全專業及全過程應用，檢查錯漏碰撞，預演施工方案，指導項目工程管理；進行管線綜合，預判機電設備出現的安裝問題，提前預留孔洞；進行細部節點構造詳解、關鍵節點模擬與三維技術交底等。

3.2 BIM建模

運用Revit與Tekla軟件構建對工程進行三維模型創建，如圖1至圖3所示。將Revit模型與Naviswork軟件實現接合，準確模擬裝配式鋼結構施工過程，保證現場各項施工流程能夠正常進行。建立三維場地模型，通過漫游、動畫的形式提供可視化的模擬數據以及身臨其境的視覺、空間感受，及時發現不易被察覺的不合理現象，減少由于事先規劃不周而造成的損失。

圖1 結構主體

圖2 外立面三維效果

圖3 建筑BIM模型

3.3 構件管理

運用基于BIM的鋼結構集成制造管理平臺，將信息技術與制造技術深度融合，形成鋼結構制造企業從項目中標到完工的全產業鏈一站式管理，有效提高產品精度，對建筑品質提升起到關鍵作用。構件管理具體有以下3種功能：①在線查看Tekla模型。將Tekla模型導入管理平臺，在平臺展現模型、構件信息等，可在不借助專業軟件的情況下通過網頁端查看模型及模型相關構件信息。②生產模型實時展示進度。平臺通過對模型的二次開發，可以通過不同的顏色可視化的展現現場的生產進度。③構件二維碼追溯。構件通過二維碼展示構件詳細信息，并且可通過掃碼進行報驗及質檢操作，做到了構件全流程追溯[4]。

“BIM集成制造管理平臺”徹底改變了傳統建筑行業鋼結構的粗放式管理，尤其是匯報式、詢問式的工作方式，避免了信息來源的不確定性、不及時性。該平臺將設計、生產計劃、工廠制造、成本整合在一個管理平臺，實現數據信息的實時共享。

3.4 優化

（1）管線綜合：在計算機上將各個系統進行施工前虛擬預裝配，建立基于各專業施工圖階段的BIM模型，檢測機電管線的“錯、漏、碰、缺”問題，并優化機電管線布置方案，提高施工圖設計質量，避免將設計階段的不合理問題傳遞到施工階段，并提高整體布局的感官質量[5]。

（2）空間凈高檢測優化：可與機電管線綜合檢測優化同步進行，基于施工階段各專業BIM模型，對建筑內部豎向空間進行檢測分析，在滿足建筑使用功能、業主需求和規范要求的前提下，進一步優化凈高。

（3）預留洞口：機電各專業管線綜合優化完成后，對一次結構、二次結構的預留洞口進行精確定位，確保預留預埋準確，避免二次開洞、開槽，降低返工損失。

（4）工程量統計：傳統的造價模式占用了大量的人力資源去理解設計、讀圖識圖和算量建模；利用BIM模型輔助工程計量和造價控制，大大加快工程量計算的速度，利用BIM技術可以極盡全面地加入工程建設的所有信息。

（5）圖紙會審：基于3D-BIM模型，建模過程中，發現圖紙中問題和不合理部分，在BIM模型中標注，后期圖紙會審可直接在3D-BIM模型中展示，直觀反映問題，便捷、高效。

3.5 施工模擬

利用BIM可視化特點，可對項目的一些重要施工環節或新采用的施工工藝進行模擬和分析，以提高計劃的可行性；也可以利用BIM技術結合施工組織計劃進行預演，以提升施工組織效率，直觀地了解整個施工安裝環節的安裝順序，并清楚地把握安裝過程重點難點和要點。利用BIM技術建立的工程模型，結合VR體驗設備實現動態漫游，實現比BIM模型交底更真實的體驗，讓施工人員更為直觀感受施工場景，幫助施工人員理解施工方案與工藝，提升最終的施工質量[6]。

4 結語

綜上所述，BIM技術作為一種新興技術，已在近年來獲得了日漸廣泛的認可，并在建筑領域中取得了一定應用。此項技術具備全過程性、直觀性、參數性等優勢，能為裝配式鋼結構提供更多便利。因此BIM技術應盡早啟動、專業介入、設計入手，在構件管理、模擬裝配、現場安裝、輔助竣工等各環節的應用才會更科學，后期應用效果才會更顯著。鋼結構制造企業應著力推進數字化管理、自動化生產制造與BIM技術的推廣應用，以此提升建筑工作效率，為我國建筑行業進一步發展提供有力保障。