BIM技术在隔震层钢梁施工中的应用

曹永顺 张晓雨 严嘉耕

随着钢结构应用的推广，BIM技术也迎来了一个新的发展机会。BIM技术利用相关软件（如Revit）对相关构筑物建立一个多维立体信息模型，辅助工程管理人员对钢结构施工中存在的重难点部位进行全过程辅助指导，相比传统二维图纸较大提高了施工进度。文章主要探讨在水电十局西昌川兴棚改项目中隔震钢梁安装施工中BIM的应用情况。

BIM技术; 钢结构; 建筑全周期; 深化设计

TU741.3B

[定稿日期]2021-08-13

[作者简介]曹永顺（1982～），男，本科，工程师，从事房屋建筑工程施工与技术管理工作;张晓雨（1998～），男，本科，从事建设工程施工技术与管理工作;严嘉耕（1994～），男，本科，助理工程师，从事建设工程施工技术与管理工作。

在钢结构施工中因其构件是预先制作等原因，会出现与现场施工发生冲突影响施工进度及施工质量等问题。但有了BIM技术的辅助，之前这些长期困扰一线施工管理人员的问题就能很好地解决。

1 工程概况

本文以中国水电十局西昌区域川兴棚改项目为实际分析对象，水电十局西昌川兴棚户区改造项目位于四川凉山彝族自治州西昌市，川兴棚改项目总规划净用地面积约5.8×104 m2，规划总建筑面积约29×104 m2，其中地下建筑面积约7.8×104 m2。本工程共18个单体，其中1#～15#、17#～18#楼采用隔震技术，抗震设防类别为丙类;建筑物分两部分，以隔震层为分隔，上部结构均通过隔震支座支承于地下室的顶板上，在建筑一层下设置隔震层，在隔震层梁中设置钢梁构建提高隔震层整体强度。在隔震层钢梁施工过程中前期应用BIM技术辅助钢梁的设计优化以及生产，后期运用BIM技术辅助现场安装施工以及其多构件汇交复杂节点的施工优化。

2 BIM技术在前期的应用情况

2.1 BIM技术辅助钢梁设计深化

模型建立人员首先根据隔震层钢梁的实际图纸进行相应的模型建立，在相关软件中可以根据各方需求进行视角调整来发现模型是否存在缺陷，在确认模型的建立不存在问题后就可以安排施工。

因为钢梁结构异常复杂不同于一般钢结构构件，在试品到场安装后，发现诸多与现场隔震支座以及主体结构有冲突的地方，BIM技术运用不同平台软件和插件来帮助隔震层钢梁设计的细化，主要针对各细节部位，通过模型绘制后与现场原有总平模型的交汇融合，就会发现诸多存在冲突的地方，为更好地后期设计变更，软件会根据用户实际需要自动生成钢结构更为详细的设计图，通过与设计方的有效沟通，图上标注出存在问题的地方，以便后期进行设计修改。

2.2 BIM在隔震层钢梁的加工制造环节的应用。

与传统小型钢制品的制作不同，隔震层钢梁的制作生产以及管理上几乎全部需要人工去监督。这其中包括施工图纸的校验，加工过程的检查，制作工艺的监督等。如果这其中哪一步出现了问题，就会造成整根钢梁无法安装施工，进而影响工期。在这种成本高且又无法避免质量问题的情况下。就需要在钢梁生产厂家构建一整套智能化生产系统。

如同传统机械制造业中基于CAD的模型就能够支持制造流程一样，BIM技术运用专门开发的建筑信息模型辅助软件，如Revit Structure等信息软件，也可以支持结构制造流程。在这套智能系统中，所有与钢结构有关的图形都已经包含在了Revit以及Structure设计模型中。这些钢结构设计信息可以导入到CIS/2文件中（一种行业标准数据格式，用来交换钢结构信息），便于在钢结构详图设计应用中重新使用。

将建筑信息模型（BIM）用于隔震层钢梁的详图设计和制造环节，这样隔震层钢梁从设计到制造实现了全流程智能化。在钢梁生产过程中重复利用设计模型不但提高了工作效率，而且改进了制造。此外，钢结构详图设计和制造软件中使用的信息是基于高度精确、协调、一致的建筑信息模型的数字设计数据，这些数据完全值得在相关的建筑活动中共享。

设计团队在完成隔震层钢梁的加工详图设计后，专业钢结构设计团队或承包商还可以利用该加工详图进行BIM四维建模，后期施工过程中项目管理人员也可以利用这套模型与其它建筑专业模型（如MEP和建筑设计）进行冲突碰撞检查。初期的制造模型并不代表最后的竣工状况，因为在钢结构安装阶段可能还会发生诸多变更。因此在施工前期对钢梁钢筋进行模型模拟碰撞检查时是必要的，尤其是施工复杂空间狭小的建筑隔震层中更是这样。

3 BIM技术在隔震层钢梁施工现场的应用

3.1 隔震钢层梁分段吊装

本项目隔震层钢梁主要为大型工字型带栓钉钢构件，隔震层钢梁部件的节点连接方式为焊接及氩弧焊接。川兴项目钢结构工程的组成构件多，拼装连接节点数量大。且本工程钢梁的安装需要进行高空作业，也为钢结构的施工安装带来了不小的挑战，结合川兴项目的钢结构工程特点，本工程选用大型汽车吊从楼面中心部位向外的顺序分段吊装（图1）。

隔震层钢梁分段吊装的构件种类多数量大且安装繁杂，选用专门的钢结构深化设计软件进行建模，通过构建三维模型精确到各个构件的分段形式和各个节点的形式，保证整个隔震层的结构稳定性。

3.2 钢筋绑扎处理

在川兴项目中，不是单纯考虑钢梁安装问题，还要考虑钢梁安装后，以钢梁为主体骨架，在其上进行钢筋绑扎施工形成隔震层主体梁板钢筋网架。

在解决钢梁吊装以及安装施工的难点问题后，借助BIM技术对基于钢梁的钢筋绑扎进行辅助调整。

3.2.1 隔震层钢梁两侧构造筋的放置

传统施工做法是在梁箍筋放置后再进行构造筋的放置，这就导致后期梁两侧构造筋很难放置，不得不打断后再放置然后再焊接，這样势必会对隔震层结构强度有影响。BIM软件可以仿真模拟钢结构施工安装过程中的各个阶段，在施工前对安装施工结果进行模拟就可以分析不同的安装顺序的成效。检查并发现可能会出现的影响结构稳定性的因素。在BIM技术的辅助下，对钢梁钢筋绑扎顺序进行了提前模拟，成功避免了工期延误以及施工顺序的先后对隔震层结构的影响（图2）。

3.2.2 钢梁的主体一层墙柱竖向钢筋的放置

对于基于钢梁的竖向墙柱插筋问题，在对其他项目的考察中发现，大部分钢梁生产厂家会在出厂前按设计图纸在相关节点上作机械连接套筒的焊接，但是在到了施工现场会发现，按结构图纸的墙柱竖向插筋套筒中大概70 %都存在位置偏差，在现场进行钢筋绑扎时不得不重新进行套筒焊接，增加的施工量对项目施工进度造成较大影响。

川兴项目在隔震层钢梁生产加工前，运用BIM技术把隔震层上部的剪力墙及暗柱的钢筋建立模型并且进行深度检查优化。通过BIM软件把上部墙柱钢筋与已经建立的钢梁模型进行融合碰撞检查，就可以发现一些无法穿钢梁需要设置套筒的节点，然后进行数据标记，在生产阶段就可以在钢梁相关节点部位设置机械套筒，做到精准安装焊接，无现场二次返工焊接，就能节省施工时间。

在川兴项目中BIM技术能够4D模拟仿真深度分析隔震层钢梁的前期制作以及施工安装，提前模拟演练吊装过程的先后顺序以及钢梁上的钢筋绑扎，提前排除在施工安装过程中可能出现的问题，及时调整，修改设计方案。通过软件模拟分析各个施工关键节点的施工进度，统计数据，为施工现场的实际操作提供参考依据。

4 结束语

水电十局川兴项目从项目初始的临场布置，到全建筑全专业的BIM应用。为整个川兴项目的进度推进及质量管理提供了有力支持。在钢梁工程中的BIM应用更是如此，实现钢梁的生产加工和BIM技术的应用不仅需要相关智能化软件平台的辅助，还需要钢结构加工设备的保障，在川兴项目实施BIM技术过程中还制定了适合本项目的BIM技术管理办法。可以有效推进信息数据分析同施工现场的链接，提高管理生产效率。在项目全周期使用BIM技术，培养员工的BIM三维立体模型思考模式。作为工程项目中的信息中枢应该纵览全局着手于细节，全面覆盖整个项目的前期设计，过程施工，后期维护等各个阶段，施工单位利用BIM技术优化管理，实现项目全周期BIM信息化管理，真正发挥BIM技术的强大优势。

参考文献

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