BIM技术在钢结构工程项目管理中的应用现状

张 炎

(应天职业技术学院，江苏 南京 210023)

0 引言

20世纪80年代，CAD的出现第一次使设计人员从伏案手绘图纸的工作中解脱，转而开始使用效率更高的计算机。三维软件的革命性创举更是让制造企业产品在概念设计、装配设计、流程管理的效率得到大幅提升，成本却有效下降。丰田汽车在采用了法国达索公司的CATIA进行全车设计后，将全流线设计车型第一次推向市场从而世界闻名。

不同于制造企业产品这种完全市场商品，每一件工程产品都具有独一无二性。在信息化的今天我国建筑工程领域高消耗、低效率的传统产业特性依然没有显著改观。反观国外先进国家借助制造业的成功经验将三维软件进行了适应性开发，从而推出了BIM即建筑信息管理系统。目前的BIM系统在传统三维建模的基础上更是发展出了5D系统，结合造价管理与进度控制，让工程项目全过程管理信息化概念应声落地。

1 钢结构体制造的一般流程

相较于传统钢筋混凝土建筑，钢结构建筑具有周期快、自重轻等优点，由于大量结构件可以预制并采用现场铆接和焊接的形式大大加快了建造进度。其流程大致可分为：设计、预制、安装。

在签订了合同并完成一级设计后，由预制厂家工艺部对图纸进行拆解，通过标准图集查询及平面放样计算出各构件所需型钢、板材、焊接料等用量。接着工艺部与采购部对接，对照企业库存情况酌情采购所需材料，入库材料由材料员进行手续核验并登记。之后生产车间与仓库对接，根据生产进度计划领料制作，其大概流程为：放样、切割、制孔、组装、焊接/铆接、表面除锈上漆、编号等。至此预制件加工完毕后进行包装并联系物流单位运输至施工现场。

施工单位在预制件安装前，应先取得基础验收合格手续、检查吊机起吊场地等条件。构件运至现场其放置顺序应与安装顺序相逆：檀条→支撑→钢梁→钢柱。构件以铆焊形式进行组装并对安装节点进行防腐处理，最后按照设计要求整体喷涂防火涂料，其中柱梁等主结构件安装完毕后应根据国标进行校正核验再取得下道工序施工许可。

2 目前钢结构体施工的常见问题

钢结构在建筑领域运用越发广泛，而与此同时结构体系也越加复杂，这给加工企业在预制精确性及施工企业的场地布置带来了新的难题。

2.1 深化设计问题多、预制放样复杂

根据统计调研，多数甲方企业在选择钢结构作为建筑结构形式时考虑的最主要因素在于其工程进度快，而这也就要求设计院出图速度加快，由此预制厂在做图纸细化时难免会碰到不便于加工或者构件碰撞的情况。那么，在厂家要求设计方做设计变更时，由于信息传递不完整就势必造成延误进度的情况。

此外，构件放样对厂家铆工工艺人员来说工作量大责任过重，需要将二维图形拆解成一个个型钢与板材。尤其是板材要在CAD软件中对一块标准尺寸钢板进行最大化利用，同时对尺寸的把握务必精准，十分考验人员经验及平面布置能力，一旦出错将是一批材料的整体报废。此过程中对工作的检查复核往往会进行多次，避免重复放样和遗漏给企业造成损失。

2.2 人员素质不齐、信息传递延误

当前我国制造业劳务人员普遍流动性较强，产业工人概念已消弭于历史中。制造工人受限于教育层次及培养时间，不能很好地对二维图纸及加工方法进行思维加工及有效安排。这就需要工艺技术人员向其阐述具体做法，以防加工过程中出现诸如热胀翘曲、焊接不满焊、型钢变形等问题。

此外因为建设工程参建单位较多，钢结构体日趋复杂，当出现变更时，信息在传递过程中时有延误。例如，钢结构因为施工进度快，每次预制件进场批次数量较大，而现场清点都是靠人工完成，当发现错误时往往构件已经被安装；又如出现了不可见的非人为因素如雨天不能施焊，则现场人员难以及时调整亦会使进度骤停。

3 BIM技术的引入

通过上文中所描述的调研总结，可以看到要解决以上问题的关键在于两点：一是让钢结构体参建各方如设计方、预制厂家、现场施工方能够更紧密的联系，成为统一整体让信息流通准确、及时；二是要让二维图纸和大量数据处理能够简单化直接化，平抑人员素质参差问题，让设计深化和预制加工的精度与准确度更高。而这都是BIM软件可以做到的。

首先是BIM模型的建立，此模型将包括建筑基本信息、结构节点施工工艺信息、建设过程管理信息，通过此三维实体可以输出二维图纸、工程量。从时间上看，模型的精细化程度依工程建设发展规律分为：一般信息模型、制造模型、竣工模型，与传统二维图纸类似。

接着通过此模型由BIM管理小组将设计、预制、施工三者统一于管理框架，并获得唯一指令信息源。模型搭建可由设计方或作为投标方的施工单位负责，预制厂家在模型基础上进行图纸拆解、工量计算、加工预制，现场施工方负责模型碰撞试验以及进度、成本、质量等现场的管理目标设定，三者信息实时共享。此外通过软件提供的模拟施工功能，施工方案还可对施工方案的场地布置、专业协调、重难点工序等进行施工前模拟，实现事前控制，大大降低了工程返工的概率。

之后在项目推进过程中，我们会发现信息量在增加或者出现变更。此时通过信息传递让初始建立的BIM模型做出响应，而参建的任何一方都可实时在模型中获知信息流，这样便实现信息处理的及时与有序。此过程将贯穿项目的建设全周期。

4 钢结构工程的BIM软件选用

实现BIM技术的渠道有多种，考虑成本和效率因素，目前企业中更多的还是采用市面上的成熟建模软件，利用现有软件功能实现信息储存与处理。常见的有AutoDesk公司的Revit，Microstation公司的Bentley。从全球市场看，在钢结构领域由芬兰Tekla公司开发的TeklaStructures是占有率最高的，其核心的Xsteel在深化设计应用方面最受用户追捧。该软件相比其他在钢结构模型建立、结构分析、图纸细化等方面具有相当优势。

4.1 模型建立效率高

TeklaStructures针对钢结构特点，在节点参数设置上做了系统优化，用户通过友好的操作界面，对结构件的编号、所用材料、对接形式、表面处理要求等作出设定，并储存在数据库中。再将构件依照自己所需要的方式进行拼接以三维方式直观展示于眼前。随着工作量增加，所建立的数据库也日渐完善，为今后的调取提供便捷。

4.2 结构分析与碰撞检测简便

通过建立的模型，软件允许设计人员对结构体进行模拟荷载试验，它自动将荷载释放于构件和节点上，通过构件分析以确定构件类型和节点连接具体形式。当然，考虑到企业购买软件成本问题，TeklaStructures可与多款软件实现链接，并能输出模拟结果的文本及图片。同时，为了减少变更次数将审图人员从琐碎的审图工作中解放，该软件亦能提供碰撞检测功能，避免出现钢构体自身零部件之间、与混凝土工程之间、与管道安装工程之间等碰撞异常的出现。

4.3 图纸细化与工程量统计效率高

软件在数据库中对节点参数已做了预设，用户只需要确定相应尺寸即可完成节点详图设计。同时当结构调整时节点参数也会自动做出响应，这就大大节约了时间成本，并提升了准确度。对于异型结构件，用户可通过软件提供的自定义功能对节点进行参数设置。这样通过参数预设功能，便可避免以往用传统CAD软件制图需要花费的大量节点设计时间。

目前的造价工作中，对于工程量的统计占据了造价工作量的绝大部分，可以达到70%～80%乃至更高。主流做法是通过BIM三维软件将工程量导出成excel表格，再由造价人员在excel软件中核量计价，提升了效率。虽然受限于各国造价行业标准不同，亦或是软件更新滞后于标准更新时间，从而造成一定幅度的工程量偏差。但整体来看，因为工程进度款是按月支付，而对钢结构的核量工作亦是对当月完成量的统计，所以造价人员更多的失误是在于每月对实际进度工程量统计时加入了上月工程量，从而导致了重复计算，由此产生的误差或许会更大。那么通过TeklaStructures我们完全可以把当月感官进度在三维模型中直观体现，从而避免工程量错报漏报这种情况的发生。

5 推广障碍分析及前瞻

统计发现世界范围内，最早为BIM技术推广而做出行业标准及规范的是美、英、挪威等西方发达国家，且多为研究院与行业协会。亚洲发达国家及地区如日韩、新加坡、我国香港等也于数年前由政府官方机构做出了BIM技术推广的目标、方法及标准。而我国关于BIM技术的推广研究及运用还多发生在高校以及少数地标性建筑，尚未得到政府层面的推广重视。

从钢结构制造、施工企业及从业人员来看，缺乏改变既有工作流程及组织架构的决心，在投标阶段刻意避开需要制作BIM模型的项目，造成了企业自身发展与个人能力素养提升的瓶颈。这主要是因为行业中应用BIM的项目占比还不是很大，企业家的短期逐利特性使其失去了更高的国际视野，而从业人员个人因为对某种相关软件的操作非常熟练，人的惰性及陷于过去的强大惯性使其失去对效率更高软件的学习热情。

就软件本身而言，虽然TeklaStructures已是目前国际公认的钢结构行业的首推软件，但在我国因为行业壁垒(如目前国内BIM市场仍然是广联达一家独大)，且作为外来软件TeklaStructures对国家标准的响应仍显不足。这些都阻碍了BIM在钢结构领域的发挥。

BIM是对建筑的三维语言阐述，能为建设工程的全过程管理提供稳定可靠的信息流。尽管困难重重但也应该意识到，在我国一旦政府层面决定大力发展某项产业或技术均能得到快速成长。通过政策扶持、地标建筑的BIM技术使用让施工企业及从业个人看到BIM技术所能带来的效益，相信“又好又快”的发展路线必能推动该技术的蓬勃发展。