浅析钢结构工程中BIM的应用

徐虎臣

摘要：钢结构当前被广泛应用于各类建筑工程中，钢结构制造具备制造业特点，它具有高强度、高环保及高效率的特点，是当前比较热门的一种新型工程要件。本文分析了BIM在钢结构工程中的应用现状，明确BIM现今的发展方向和研究热点，结合我国当前钢结构应用状况，指出目前存在的问题及应用BIM的必要性，最后给出BIM应用于钢结构工程中的建议。

Abstract： Steel structure is currently widely used in various types of construction projects. Steel structure manufacturing has the characteristics of manufacturing industry. It has the characteristics of high strength， high environmental protection and high efficiency. It is a new type of engineering element that is currently popular. This paper analyzes the current application status of BIM in steel structure engineering， clarifies the current development direction and research hotspots of BIM， combines the current status of steel structure application in China， points out the current problems and the necessity of applying BIM， and finally gives suggestions for BIM application in steel structure engineering

关键词：钢结构;BIM;应用情况;建议

Key words： steel structure;BIM;application;suggestions

中图分类号：TU391                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）04-0230-02

0  引言

新世纪下的建筑科学在不断的发展，施工项目的相关管理软件也被广泛应用于各类建筑施工中，这为建筑行业的项目顺利开展奠定了坚实的基础，同时也更好的提升了企业的专业技术和工作效率。但目前大部分的软件都是相互独立存在的，互相之间的信息传递必须要经过许多道程序进行转换，所以如何推进建筑业的信息化管理仍然是我们当前要思考的重要问题。钢结构作为建筑行业中的重要结构之一，对各类软件的应用也有很大的需求。钢结构具有很多其它材料不具备的优势，已经被大量的应用于桥梁建筑及大型公用设施建设中，但是当前对于钢结构科学应用研究成果并不多，所以本文就如何加强钢结构中BIM的应用策略做详细分析，这对于钢结构应用具有一定的重要意义。

1  BIM在钢结构工程中的应用现状

BIM软件是针对工程项目中结构和建筑空间信息分析和设计的一个软件，结构工程师可以利用BIM软件进行项目的相关数据分析，然后根据分析的结果对钢结构进行调整，同时也能将这个结果反馈到BIM软件中。而LEED软件是用来评价建筑项目的绿色指标的，主要通过这个评价来降低项目环境的负面影响。随着国家环保意识的不断提高，对建筑业的绿色环保要求也越来越高，所以必須要利用一些绿色环保的建筑评价软件来进行建筑环保方面的设计与分析，而BIM软件能更好的完成这些功能。

同时，在大跨度的桥梁钢结构设计中也经常用到BIM软件，各桥梁设计单位之前的设计图纸主要以传统的二维图纸为主，通过BIM软件的推广与应用，已经由三维模型逐步取代了二维图纸模型，通过复杂的建模设计和优化计算，将传统的二维图纸转变为三维的可视化模型。在这个过程中，首先是定义零构件的主要属性，主要包含零构件编号前缀、名称、截面型材、材质、等级（颜色）等主要属性;其次是构件单元划分，将组成构件的各零件按主、次顺序“焊接”形成构件，最终形成整体模型。在BIM设计中，加工详图（零件图、构件图、布置图等）都是基于三维模型生成，图纸中的零件编号、材质信息、数量信息与建模过程中录入的信息一致。

2  钢结构工程的现状

2.1 钢结构加工的过程需要完成的工作

钢结构加工包括合同计划阶段、加工图绘制阶段、进度阶段、材料采购阶段、质量控制阶段及工艺装焊阶段、表面处理阶段、质量检测阶段，最后为包装运输阶段。项目部要按照合同计划中的相关规定和条款进行钢结构施工进度，然后采购部根据计划采购并检测这些材料，生产部负责钢结构制作工艺选择和技术方法方案等，主要包括放样、切割、焊接等工艺，为了降低施工人员安装和焊接的工作量，大部分承包商都选择将钢结构部分构件进行组装，然后集中运输，为了防止运输过程中出现的碰撞和侵蚀，要求对这些运输的钢结构件进行妥善包装。

2.2 现场施工任务

钢结构件在加工完成后，运输到施工现场后再进行组装。此时要求管理人员先验收钢结构构件的质量和数量，检查准备应用到的安装工具，也要对混凝土的预埋锚固件进行检测的，全部达标后才可以进行钢结构构件的安装。

2.3 参与方

对于建设工程而言，有着不同利益主体，他们各自承担自己的任务和利益。为了能更好的优化工程项目建设，各个利益主体需要协调各自在合作中的关系和协同机制，钢结构工程的参与方主要有：业主方、承包方、分包商等，其中业主方是工程建设投资者和招标、监理单位等;承包方主要包括施工单位或是总包机构，主要负责钢结构构件的现场安装等工作;分包商负责钢结构构件的生产与设计。业主属于工程项目的发起方，负责项目人员和工程管理的方方面面;业主对于钢结构工程的管理主要负责与参与方的协商，以此来达到钢结构工程建设的最优化。

3  钢结构工程面临的问题

3.1 钢结构工程的制造工艺复杂，设计中误差率高

钢结构深化设计主要是通过建筑设计要求和结构设计要求，按照施工图来加工和安装钢结构构件，以此来达成业主方、承包方及分包商的各种要求，使得最终设计和生产出来的钢结构构件能够满足各方要求，达到实用和具有可操作性的目的。此时要求设计人员必须将构件的各类特点与信息深度表达在图纸上，包括构件的材料、截面、形状、重量、位置及焊缝等重要信息，要求绘图必须简单明了易懂。

在钢结构深化设计中，钢结构制造企业的图纸放样是利用AutoCAD软件进行操作，会给设计人员带来极强的劳动强度，工作效率低下。尤其是对于一些较为复杂的曲线、曲面的放样，通过AutoCAD并不能达到要求，必须要结合三维放样软件才可以进行。当遇到深化设计需要修改时，对于设计人员的校对会有很大挑战，因为有大量的信息需要重复修改，使设计人员的工作量不断加大。

3.2 钢结构工程大多周期短任务急

在进行钢结构组装前，必须要将基础工程提前完成，钢结构的制造周期必须与工地的基础工程进度紧密联系，在制造商接到承包商的订单时，必须要先保证完成钢结构的深化设计，然后就是要有足够的时间来制造钢结构构件，最后要完成运输工作。如果这一系列工作不能按时完成，会直接影响工地项目的工期计划，一般钢结构制造的旺季为5-12月份，由于制造商的产能是固定的，所以必须要保障车间机构的定期维护与保养，以此来保证钢结构构件的正常生产。对于部分工期较为紧张的项目，可能只给了几个月的设计生产时间，针对这种情况，必须要求钢结构生产企业通过加班来满足生产需求。

3.3 钢结构构件数量过大，现场安装管理效率不高

钢结构构件在生产期间对技术、管理的要求较高，同时也会受到很多因素的影响，例如气候、施工环境等因素条件。由于这些影响因素具有一定的不确定性，例如天气异常的时候必须停工或是修改设计方案，如果承包方的相关管理者不能及时与生产企业进行沟通与信息确认。同时，由于生产企业每次运输的构件数量都较大，施工现场对于构件的数量确定主要通过人工方式进行，会导致工作效率低下，出错效率高升。

4  钢结构工程中BIM技术应用的必要性

随着BIM技术的不断推进与应用，目前有部分企业开始推行和使用BIM技术，但是由于与之搭配的软件并不成熟，使得BIM建模后还需要利用CAD导出图纸，才能为项目管理人员提供使用。这种不便利的操作不利于BIM技术的推广理念，并不能真正提高设计效率。所以将BIM技术可以大量的应用于钢结构生产制造流程中去，可以很好的提高其使得性。通过BIM技术能将复杂的节点通过BIM技术进行三维视觉效果显现，能更好的自动处理钢结构深化设计和生产制造过程中的大量信息，能有效提升现场管理问题的效率。在钢结构制造过程中，作为分包商的生产企业主要负责钢结构的设计与制造工作，有时也会负责施工现场的安装工作。在钢结构生产过程中，深化设计和构件制造这两个环节是非常重要的，生产企业在承接钢结构生产这个任务时，必须做好设计、信息传递这两项工作，而后续的运输和现场安装也是基于设计和信息傳递基础上进行的，所以说钢结构工程的整体质量完全取决于深化设计和加工制造的准确性和高精度。所以，将BIM技术应用于钢结构的生产过程中，有利于钢结构工程的准确度和高精度提升。

5  钢结构工程中BIM的应用建议

5.1 第一阶段的应用

在第1个阶段中的BIM技术主要用于钢结构的建模中，包括筑物理信息、构件施工工艺以及项目管理信息等。主要是将传统二维图纸进行三维模型的实体转换，然后自动输出最终加工图纸。在这个时期，钢结构生产企业必须在建模前先确定构件的各项详细信息，然后根据生产要求，将构件的BIM模型逐步完善至高精确阶段。无论最终的BIM模型完善程度高低，生产部门都要按照这个模型来分析自己需要的详细信息，此时的BIM状态还是较为简单的，所以各个部门的沟通信息仍然较为不连贯，依然对原始的二维图纸依赖较大。

5.2 第二阶段的应用

在这个阶段的BIM技术应用主要体现的是项目人员通过三维模型进行合作的过程，这个合作模型会贯穿于钢结构生产的第一、二个阶段，甚至是全部阶段。如在招投标阶段中，钢结构生产企业通过BIM模型进行投标竞争;制造阶段中，钢结构生产企业要通过BIM三维模型进行深化设计，对钢结构的制造实施全方位管理;安装阶段中，要求生产企业在施工现场进行钢结构组装，在这个过程中，都离不开BIM技术的全程参与，而且不同的模型也会伴随不同的信息。

5.3 第三阶段的应用

这个阶段的BIM技术应用已经到了成熟的时期，该时期的BIM模型已经具备信息丰富的特点，这个时期的协作需要始终贯穿于整个生产周期，在这种模式下，各利益参与方需要将利益分配及风险分配等关系进行重新构建，才能更好的保障多方利益。

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