BIM技术在建筑钢结构制作中的应用

蔡强

摘要：BIM的技术是中国建筑业信息领域的重要组成部分，加快了建筑产业结构的进步，使得建筑领域更上一层楼。BIM技术的大量应用使得中国建筑业在原有的基础上发生了巨大的变革。文章重点就BIM技术在建筑钢结构制作中的具体应用进行略述。

关键词：BIM技术；建筑钢结构；应用

BIM是建筑信息模型的简称，其核心就是通过数据信息建立实体的三维模型，并能通过相关模型研究建筑物的结构、稳固性等。钢结构是当代建筑结构的主要形式之一，它的独特性满足了当代人对艺术、美感、空间等方面的追求，钢结构中 BIM 的应用集几何学、空间关系、地理信息等为一体，通过信息集合建立工程数字模型，对建筑物的规划、设计、建造和运营进行科学的模拟，使建设施工做到胸有成竹。

一、钢结构BIM的理论

BIM可将建筑物个阶段的运作形成模型信息，对于各阶段流程进行预测，建立可视的、可协调、可优化的整体数据模型，使各施工各阶段的工作能够紧密衔接，信息交流更加准确、通畅，提高了工程建设的效率和质量。现代化钢结构工程建设中，充分的应用了BIM的技术理论，第一，BIM技术的可视性，可形成钢建筑物的实体三维图形，能直观的看到建筑物的整体面貌，并能对钢结构工程的稳固性、安全性等做出评估。第二，BIM 技术的协调性增强了各个部门人员之间的沟通效果，更有利于相关人员直接、形象的表达自己的思路、观点等，使钢结构工程建设中的各种问题的沟通更为全面、准确，提高了问题解决的效率，提升了工程效益。第三，BIM技术的模拟性可真实的体现建筑物的外在、内在特点，相关人员可结合三维图形对其进行进一步的优化、改进。使復杂、繁琐的工程在现代科技的支持下更为完善、可靠，降低施工的难度，准确把握施工的衔接，以提高施工的速度和效益。

理论上，钢结构BIM技术的应用可分为四个阶段，第一阶段，规划阶段，形成工程的大概思路，对工程场地进行策划、分析，并应用BIM技术进行工程的性能预测、估算工程成本；第二阶段，设计阶段，这一阶段的重点是方案的论证和设计的初步形成，通过可视化设计直观的参考、分析工程情况，协调各方意见，对工程量进行统计，分析工程性能分及管线设计等；第三阶段，施工阶段，建立施工进度模拟，将施工环节数字化、直观化，并对施工进行物料跟踪，建立施工组织模拟，提高施工现场配合效率，确保工程的按时、按质完工；第四阶段运维阶段，这一阶段的重点是对建筑物的维护管理，应用BIM技术建立工程的空间管理模型，并对建筑物的可能的灾害进行分析、研究，建立灾害的预防、应急模式，以提高工程的应用效益。总之，BIM理论就是将工程的各个环节以数据信息的形式模拟出来，形成虚拟的建设施工过程，对每个环节可能存在的问题进行细化、深化，尽可能避免实际施工中的问题，降低施工风险，提高施工效益。

二、钢结构BIM在生产制作过程中的应用

（一）BIM模型产生的数据信息

BIM技术的引人，使钢结构加工制造流程变得简单，BIM模型输出的各类信息除了能快速生成加工清单、工艺路径设定等进行有效组织生产外，在异形板材自动套料、数控切割及自动化焊接、油漆喷涂等加工工序中的作用显得尤为显著。以下是通过BIM模型产生的各类数据格式的文件信息：①CNC：机床G代码使用格式；②DSTV：数控加工设备使用的中性文件；③SDNF：基于文件的钢结构软件数据交换格式；④CIS/2：基于数据库技术的钢结构软件数据交换格式；⑤IFC：建筑产品数据表达与交换的国际标准，是建筑工程软件交换和共享信息基础；⑥XML：为互联网的数据交换而设计的数据交换格式，在因特网发布模型以供查看。

（二）BIM数据和生产组织管理

在传统钢结构加工过程中，绝大部分企业通过手工管理图纸、清单、工艺卡片和工作指令来组织构件和零件的加工，但在整个组织管理中，往往对车间各工位、各设备的实时加工情况很难获取准确的信息，以致于经常处于被动的计划调整过程中，为此建立一个适用于钢结构加工的数字化生产管理平台显得尤为重要。数字化生产管理系统的建立将打破原有层层下达指令、层层反馈进度的组织模式，通过扁平化、一体化的生产协同信息平台（包含模板化的工艺流程、初始化的设备属性、人员情况等），有序地将加工指令信息直接下达到工位，并在工位完成加工工序后，及时将信息反馈到平台。这一数字化系统源于由BIM输出的初始数据信息。

（三）零部件加工自动化

BIM的出现能够方便地输出NC数控数据文件（使用DSTV格式创建），数据文件包含了所有关于这个零件的长度、开孔位置、斜度、开槽和切割等的坐标信息，以便设备能够识别。对于异形板材的切割、钻孔等加工需要另加人一个套料的动作，以便提高板材的利用率。目前一些自动套料排版软件，可将BIM输出的NC文件夹中的多个NC文件进行批量转人，为前期数据输人节省大量的时间，并保证所有输人数据的准确性。同时，在获取NC文件的零件信息后，将输人的所有零件按钢板厚度不同、材质不同自动进行套料分类，完成每组零件的套料任务，大大减少了人为进行钢板厚度和材质分组的工作，实现了多种钢板厚度、多种材质的零件同时批量进行套料的功能。

（四）机器人焊接仿真技术与BIM技术

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。钢结构焊接轨迹单件多样性的特点，示教再现型机器人已不能满足需求，取而代之的是离线编程与路径规划技术以及系统仿真技术可作为主要解决方案。机器人在研制、设计和试验过程中，经常需要对其进行运动学、动力学性能分析以及轨迹规划设计，而机器人又是多自由度、多连杆空间机构，其运动学和动力学问题十分复杂，计算难度很大。因此，通过IGES和STEP等格式，可方便地将钢结构BIM与机器人三维仿真系统连接起来，结合机器人焊接工艺数据库等，完成焊接机器人的"前端数字化"-离线编程系统，最终解决钢结构机器人焊接的问题。

三、钢结构BIM在构件检验和预拼装中的应用

现在，有一种计算机模拟实物构件进行检验和预拼装的方法正在悄然兴起，在一些重大项目中得到应用，起到了意想不到的效果。这种方法的基本思路是：采用钢结构BIM模型（以下简称理论模型），选择合适的测量位置，并予以编号形成单一构件的测量图用于实物测量（如采用全站仪进行测量），然后将构件实测数据输人三维设计软件形成实测的三维模型（以下简称实测模型），与原始理论模型进行比对，检验构件是否满足设计的要求。然后将合格的构件实测模型导人整体模型中进行构件之间各接口的匹配分析，起到构件实物预拼装的效果，保证最终构件完全符合现场安装的要求，确保现场施工顺利进行。此类方法可以获取实物构件的三维数据信息，不但能够用于检验单个构件，而且能够模拟复杂构件安装后的真实情况；既方便实物构件数据信息的存储，还可以提供给现场，作为真实安装的参考依据。

总之，BIM 的理论发展和应用符合我国信息化发展的总体要求，其应用存在着巨大潜力，是当前工程项目管理的核心技术之一，通过建模、出图、渲染等实现工程的协同管理，促进设计部门与施工部门的信息交流，提高了施工的安全性、可靠性及效益。

参考文献

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