基于BIM的钢结构车间可视化施工技术研究

韩凯中

渤海石油航务建筑工程有限责任公司

1 引言

在科学技术的革新下，建筑行业也正向精细化、智能化方向所转变。工程项目中含有的专业知识面较广，且各类建筑工艺之间的衔接度较高，为现场作业提出更高的施工要求。对于钢结构建筑项目而言，由于其结构的轻便性、操控性、经济性等，被广泛应用到各个建筑体系中，传统的钢结构施工设计时，一般以二维平面图形展现形式，对钢结构嵌接工艺进行多角度分析，其在某些细节中展现时，并不能精准地体现出结构特性，且繁杂的数据解释增加系统的冗余性。BIM 技术的运用，可将钢结构整体映射到系统中，同比例的展现出钢结构特性，且系统内部的信息同步功能，可有效实现建筑体系的可视化施工，为我国建筑行业的发展提供有效助力。

2 BIM技术特性论述

建筑信息模型（BIM）是基于数字信号、虚拟仿真相结合的软件系统，在各类数据信息的整合下，依据设定的信息模型，可将各类数据展现到平台中，同时在内部参数的设定下，如某一类数据信息出现变化，则与之联动的信息数据也将同步变化，此类信息运算模式极大提升项目运行效率。

从技术本质而言，BIM技术贯穿于整个建筑项目体系中，如施工前期统计、施工过程信息更新、施工后期运营管理等，均可由数据信息的同步出来与精准计算来实现。BIM技术功能特性可分为下列几点。

第一，可视化功能。建筑行业最显著的特点为实体化，其需施工人员经由实际操作来完成某一环节的建设，而决定施工人员建筑方向则是图纸文件，施工人员通过图纸文件进行规范化施工，当建筑参数与现场作业情况相一致，则代表此项施工环节符合基准需求。可视化则是将图纸文件的信息映射到系统中，其有效将二维信息转变为三维立体化信息，通过信息模型的展示可精准展现出用户的思想。同时，BIM 可视化功能可展现出每一类建筑结构的互动性，在全过程可视化下，实现项目设计、建造与决策的一体化运营。

第二，协调化功能。建筑工程中涉及的专业点较多，为确保整体施工项目的连续性，各个建筑部门之间的工作应有效协调，令建筑项目中出现的问题及时得到解决。BIM的协调化功能可有效解决施工部门的专业碰撞问题，信息模型内部具有独立的操作系统，其将各部门的操控形式转变为系统运行程序，部门在执行某一项工序前，在软件上完成认证，经由系统的同步传输功能，可精准的接收到完工信息，进而令其他部门或专业设计等不会出现重复动工的现象。

第三，模拟化功能。BIM技术的模拟化功能，是基于虚拟仿真而实现的，在相关参数的设定下，可进行模拟化实验。对于建筑行业来讲，如技术人员对某一项建筑参数存在疑问时，可在软件中输入相应的数据信息，令软件进行模拟运行，技术人员可依据模拟后的结果进行认证，此过程可有效实现成本管控，提升实际建筑质量。

3 钢结构车间施工特点

目前，钢结构因其简便性、操控性、经济性等优势，被广泛应用于建筑领域中，特别是一些大面积的低层、平层建筑体系中。钢结构车间建筑作为一项系统性工程，项目动工前期的准备工作较多，如结构稳定参数、徐变力特性、内应力、抗震性等。但在实际施工过程中，由于钢结构部件的尺寸参数具有一致性，安装过程中只需依据型号进行嵌套施工即可，极大缩减施工周期。从车间整体布局来看，体积大、支撑点少是其主要特征，在保证整体结构稳定的前提下，施工人员只需按照相应的技术文件操作便可。

在技术、材料的更新换代下，钢结构材料的研发是以国家倡导的绿色、环保、节能为前提，且大部分钢材已经达到工业化、回收化的用工需求，在秉承着持续发展的信念下，钢结构施工必然是建筑体系未来发展的核心。如图1所示，为钢结构嵌套形式。

图1 钢结构嵌套组合形式

4 BIM技术在钢结构车间可视化施工中的具体应用

4.1 深化设计的可视化应用

在钢结构车间中，对钢结构构件的深化设计应对每项工作进行细化，以确保后续生产工作的顺利开展。BIM 技术在钢结构车间可视化施工中进行应用时，往往要应用到诸多不同的软件，例如Tekla Xsteel、Star-CAD 等，在此过程中，就需要完成对应的工作来确保准备充分。在对钢结构构件的详图进行设计时，设计人员可通用BIM 技术中的可视化界面来对钢结构构件的三维模型按照真实大小来进行设计，从而实现对钢结构构件乃至整个工程的可视化展现。在实施工程建模过程中，需要设计人员能够按照不同角度来检查设计工作中可能遇到的问题，在检查阶段中需要对BIM技术相关软件中所涉及的检查功能进行充分利用，借助于软件检查功能，以便于将检查结果反馈给设计人员，从而使设计人员能够根据检查结果来对深化设计中所存在的问题进行可视化查看，然后根据观察结果来制定出对应的解决策略，从而实现对这些问题的针对性解决，进一步降低了设计错误的发生概率。当建模工作完成且确认无误时，便需要通过BIM 技术相关软件来对工程详图进行可视化生成，以保证工程实际能够达到用户的使用要求。

4.2 在构件加工环节的应用

BIM技术在钢结构车间可视化施工中的应用还体现在构件加工环节，其一是利用BIM技术来建立可视化模型，然后和车间数控设备进行协同化合作，在此过程中，需要结合信息技术软件与BIM 技术的应用，以确保钢结构车间实现数字化生产制造。通常来说，在钢结构的详图设计以及软件中的数据信息，均是采用BIM 模型中的设计数据，两者在数据方面是具有高协调性和高度一致性的，并且BIM模型扣的设计数据精度极高，通过在建筑活动中实现对这些数据的高度共享，能够实现钢结构车间及钢结构工程的可视化施工。现阶段，在钢结构车间中均是利用数控机床来进行生产加工的，因此能够将BIM 模型中的设计信息以CNC、DSTV、DWG、DXF、DGN 等图形或文件的格式来进行可视化展现与利用，通过在管理软件中导入上述数据信息，然后由生产管理软件将这些数据信息传输至数控机床之中，便可使数控机床按照BIM 模型中的信息来对钢结构构件进行焊接、钻孔以及切割等。利用该方式能够使钢结构车间的构件详图需求得到有效降低，并且可节省时间成本，同时也能减少钢结构加工时所产生的错误发生概率；其二是利用BIM 技术相关软件能够将数据传输至车间的套料排版软件，BIM 技术能够以不同的文件格式将数据传输至套料排版软件之中，以便于套料排版软件能够自动整理钢结构构件的形状、尺寸和各种特征，并且还能够按照钢结构构件的材质、规格来实施套料分组，进而使不同材质、不同板材规格的钢结构构件能够进行批量化套料，从而全面提高钢结构构件的生产效率，并且实现钢结构构件的自动化生产与制作。在对构件进行套料排版以后，车间人员可利用软件来对钢结构构件的排版套料统计结果进行可视化查看，例如可对不同规格、不同材料的钢结构构件数量、图形、面积以及切割距离等进行可视化查看，甚至还能对原材料的使用率、废料产生率、废料重量等内容进行查看。

4.3 在结构吊装环节的应用

对钢结构构件的吊装同样可以利用BIM 技术来实现可视化，人们可以按照施工时间来划分4D 模型，通过BIM 平台的应用，借助于Teklastructure 软件可实现对4D 进度模型的构建，进而使大型塔吊、履带起重机等大型设备的布置位置和具体施工得以被可视化模拟出来，从而使吊装设备在位置及分工上所存在的冲突问题得到有效解决，并且也能帮助工程人员更好地确定吊装设备的种类及数量，从而使钢结构工程的造价得以有效控制。并且，还能利用可视化施工模拟来优化施工进度，进而减少施工错误的发生概率，这可大幅提高钢结构工程的经济效益。钢结构车间还可利用BIM技术来进行4D虚拟，以此全面展示生产制造中存在的各种问题，以便于对这些问题进行相应的修改，并制定出具有针对性的解决方案，从而在提高车间生产效率的同时，也能实现对工程施工方案的进一步优化，进而更加高效的控制工程施工进度。利用BIM 技术可指导车间进行生产，并可对生产制造流程进行相应简化，从而使工程施工效率大幅提升。由此可见，BIM 技术在钢结构车间可视化施工中发挥着巨大的作用。

5 BIM系统下的钢结构车间可视化施工技术研究

钢结构车间可视化施工可看成是整个建筑体系的设计过程，BIM系统在应用过程中，主要是利用信息模型将设计参数进行三维化、四维化的转变，此过程不仅可展示出建筑结构，还可对车间各个结构的力学参数进行计算。同时BIM信息模型的同比例缩放模式，可令技术人员精准对每一个钢结构嵌套形式进行细节查验，以及时找出设计中存在的问题。信息模型运转过程中，由于系统本身属于固定类框架，即便是技术人员的某一项参数设定错误，系统也可及时找出参数的异常信息，极大节省设计时间。

以钢结构车间可视化施工为例，BIM系统运行下，技术人员可对钢结构进行一体化监控，即前期设计一直到建筑完工阶段。如图二所示，其为BIM 系统下的施工工序。相比于传统的施工程序，以BIM系统为主的施工设计阶段，在内部参数信息的输入下，内部信息模式可依据参数来进行变化，此过程中技术人员可对信息模型的变化趋势，查证预期施工后的模型是否满足技术基准。

图2 BIM系统下的施工工序

在现象施工中，钢结构车间的建设一般由多个工程点位同时开工，此过程内，如各个项目部门未能的信息把控形式未能达成一致，将加大项目工程建设的冗余性。在BIM系统的应用下，技术人员可依据系统软件实现中央调控，各个部门在现场施工期间，将部门建筑信息及时上传到系统中，在平台数据信息的反馈作用下，技术及管理人员无须到现场，便可依据系统参数的改变，对钢结构车间的施工进度、施工细节等进行分析，如技术人员在此过程中发现隐性施工问题，可在系统软件上进行参数调整，令现场映射的模式实现虚拟仿真化运转，此时技术人员可对建筑结构进行全局化分析，并可依据平台将数据信息实时下达到各个施工部门，在信息的实时传递下，现场施工人员可及时接收到正确的施工指令。但应注意的是，技术人员在下达更改指令时，不应过度依赖于BIM系统，而应结合现场管理人员的意见来对数据更改形式进行多角度分析，在理论与实践都达到技术参数基准时，才可正确下达规范化操控质量。钢结构车间建造过程中，每一个钢结构部件的嵌套形式即存在一致性，也存在一定的冗余性，受到施工人员技术水平的限制，不同结构部件组合过程中都将存在一定的误差，在多个环节误差的集成下，将间接加大整体结构的误差数值，为此，BIM 平台的可视化仿真运用，可依据数值的变化，精准的模拟出某一数据段下的建筑结构变化，以此令技术人员及时制定出解决方案，确保钢结构车间的建造符合技术参数要求。

6 结语

综上所述，BIM 技术研发，可将图纸文件进行三维化、四维化的转变，其对于建筑项目来讲，信息参数的同步更新模式，令技术人员、管理人员等可对建筑参数进行细部解读，明晰各项建筑环节的工作特性，并可依据建筑参数变动范围，作出适当调整，以保证整体建筑工序在技术参数范围内。期待在未来发展过程中，科研人员加大BIM技术的应用范畴，令其与建筑项目进行深层次融合，令建筑体系实现智能化发展，推动建筑行业的发展。