BIM 技术在钢结构安装效率提升中的研究及应用

张 羽

（鞍钢钢结构有限公司，辽宁 鞍山 115007）

BIM 技术具有可视化、一体化、参数化、仿真性等特点，将其应用到钢结构安装中，可有效协调各结构安装方案，大幅度提升安装效率，缩短安装工期，降低安全成本，并保证安装效果和质量，是一种比较先进技术。基于此，开展BIM 技术在钢结构安装效率提升中的研究及应用分析就显得尤为必要。

1 工程概述

某钢结构建筑工程，总高度为36.84m，中建筑面积为2.36 万m2，主要结构为钢筋混凝土框架剪力墙结构和钢网壳屋顶。屋顶跨度比较大，为双曲面钢结构屋面。楼板厚度为120mm 钢筋桁架楼承板，框架为热轧无缝钢管，楼板为钢梁为热轧H 型钢，吊杆及支撑都是热轧无缝钢管。

2 BIM 技术的特点

2.1 可视化

BIM 技术的可视化主要体现在两个方面：（1）设计可视化。BIM 具有多种可视化模式，主要包括3 种模式——隐藏线、带边框着色、真实渲染，同时还自带漫游功能，通过合理创建相机路径、动画等一系列的图像，可为客户展示可视化模型。（2）施工过程的可视化。通过BIM 技术，对每个施工环节进行模拟，解决相互矛盾、交叉及碰撞问题。（3）复杂构造节点可视化。利用BIM 技术的可视化特性，可将一些比较复杂的钢结构构造及节点实现全方位呈现。

2.2 一体化

所谓一体化指的是通过BIM 技术可以从设计、施工、运营等全过程都可以采用BIM 技术进行集中统一管理。由于钢结构比较复杂，构件众多，设计一直是重难点，采用BIM 技术可促使建筑、结构、暖通工程、电气设备等在同一个模型中工作，将整个设计整合到一个模型中进行系统化、可视化设计，将钢结构部件之间的交叉碰撞问题直观清楚地显示出来，从而达到一体化设计。在施工阶段，BIM 技术可同步提供有关建筑质量、进度、材料、造价、资源配置等多项信息，为施工提供更加有效的数据支持和参考。在运营阶段，利用BIM 技术可大幅度提升建筑工程的收益及成本管理水平，从而为开发商招商提供更加透明及便利的条件。大量工程应用实例表明，通过此项技术，可清楚直观地表明其在协调方面的设计，并大幅度缩短设计和施工的时间表，从而降低施工成本，改善施工现场，获得更大的经济效益和社会效益。

2.3 参数化

BIM 建模是更加先进的参数化建模，而不是传统数字分析建模，主要调整其中一项参数，整个模型都会发生变化。在BIM 技术参数化设计中，涉及参数化图元和参数化修改引擎两项内容，其中图元由每个钢结构构件组成，一项参数就一个构件，通过调取和分析参数，就能获知构件的具体情况。修改引擎的应用，极大地方便了设计和施工修改调整，只要其中一个参数被修改，则与之相关联的部分就会直接反映出来，便于设计人员、施工人员参考辨识。

2.4 仿真性

通过对建筑工程性能分析仿真，就可以对建筑信息进行系统化分析，为设计、施工、运营等提供真实有效的数据支持和理论指导。

3 BIM 技术钢结构效率提升方案研究

相比于传统钢筋混凝土结构，钢结构是一项新型产业、绿色产业，在施工效率、施工工艺方面具有明显特点，深受各行业的青睐。随着我国科学技术的不断发展，钢结构施工技术愈发先进完善。但和发达国家相比，目前我国钢结构工程施工建设中仍然存在很多问题，严重制约了我国钢结构事业持续健康发展。主要体现在以下几个方面；

（1）很多钢结构工程设计方，仍然采用传统二维平面式设计形式，致使设计效果欠佳，外观呆板、守旧，在设计和施工形式上没有取得突破性发展。

（2）在钢结构加工制造阶段也存在很多问题。主要原因是我国钢结构发展起步比较晚，很多钢结构生产厂家仍然沿用传统粗放式加工模式，致使钢结构工程施工建设成本大幅度提升，限制了钢结构工程的发展。

（3）在钢结构吊装时也存在一定的问题，比如在进行框架结构吊装时，梁柱连接经常发生连接不及时或者连接质量欠佳的问题，在钢筋拼装时，也频繁发生精度低、位移过大等问题，无法保证钢结构施工的安全性及施工质量。

将BIM 技术应用到钢结构安装中，可实现资源数据整合、仿真模拟，将钢结构设计、加工、吊装等相互结合，从而提升钢结构安装效率，保证安装质量。

4 BIM 技术在钢结构安装中的具体应用

4.1 精确划分施工时间

通过BIM 技术可构建起4D 施工模型，本工程通过TekIa Structure 软件构建了工程4D 施工进度模型，对各结构进行了提前安装模拟，有效解决了吊装设备配合及用工量的冲突问题，避免发生无故浪费，对施工成本控制起到了至关重要的作用。同时对钢结构安装时的主结构、此结构、围护结构安装顺序进行了模拟分析，为制定施工方案，提供了可视化、动态化参考，有效缩短了施工工期。

4.2 施工进度管理

通过BIM 技术，可实现施工进度时间与BIM 信息化模型的相互结合，从而构建其4D 模型，再通过计算机软件直观清楚地显示出来，将施工进度计划和实际施工使用的时间进行对比分析，分析结果通过图形和或者表格的形式反馈出来，促使施工进展更加清晰、准确，便于提前制定相应的解决方案及对策，为优化和完善施工方案奠定扎实基础。应用BIM 技术的关键是如何构建起信息模型，也就是更加先进的5D 模型，包含了所有钢结构安装的全部信息及数据。所谓5D 模型指的是在3D 建筑信息模型基础上，再加上时间信息、施工造价信息等组成的更加完善的数据信息库，包含了每个钢结构的形状、尺寸、数量、重量、施工工序、施工时间等全部信息。因此，在钢结构施工进度中应用BIM 技术，可实现模拟管理，通过计算机数据分析生成更加优化的材料供应计划和施工进度计划，保证每道工序的施工更加合理有效，信息数据的汇总更加及时有效，避免施工资金、施工材料等有效钢结构安装进度和效果。

4.3 提升工程质量

应用BIM 技术可大幅度提升钢结构工程施工质量，钢结构工程在施工建设阶段，不同的参建主体对质量信息的关注各有侧重，通过应用BIM 技术，可为每个参建方提供便捷有效的指导和参考。比如在本工程施工中，采用BIM 技术代替了传统经纬仪、全站仪，平面图纸已经不再是二维图纸放样，而是构建4D 甚至是5D 建筑模型，按照测绘放样的结果进行安装，大大缩短了安装时间，而且可有效提升安装精度，保证了钢结构建筑施工质量。和传统放样设备相比，BIM 技术放样设备更加先进有效，同时也解放了多余劳动力，不断降低了施工成本，而且大幅度缩短了施工工期。

4.4 信息实时共享

在钢结构安装时应用BIM 技术可实现信息实时共享，从而提升合同管理效率。BIM 技术不但具有很强的集成化，而且可实现数字信息的有效应用，将规划、设计、施工、管理等集中到一个平台上集成管理，从提升了管理效率。比如在BIM 模型中包含钢结构工程的全部项目信息，可保证各环节、各项目稳定开展。此外，通过BIM 技术还能有效解决钢结构存在的信息瓶颈问题，实现项目信息及资源的共享和全体参与。尤其是在钢结构吊装阶段，通过MIB 模型信息共享，相同的信息无需多次重复输入，保证各道工序可以高效、有序地开展。

5 结束语

综上所述，文章结合工程实例，研究了BIM 技术在钢结构安装效率提升中应用，研究结果表明，BIM 技术是一种全新建筑工程施工技术，具有可视化、一体化、参数化、仿真性等特点，合理应用此项技术，可大幅度提升钢结构安装效率和质量，而且还能避免发生交叉碰撞等问题，对保证施工质量、提升施工效率、降低施工成本等方面皆有非常重要的意义，并且符合目前我国建筑工程绿色发展的要求，值得大范围推广应用。