BIM 技术在会展钢结构建筑施工中的应用

0 引言

随着信息技术的迅猛发展，传统建筑行业紧抓信息化和大数据的发展机遇，通过BIM 技术推进建筑业实现信息化同时BIM 技术的应用提高了建筑施工的管理水平和管理效率

。

健康有效的水利工程是发挥水利效益的基础，目前，灌区改造更新工程由于受资金的限制，部分只能带病运行，埋下了很多安全隐患。据调查，我国已有220个大型灌区存在老化失修的情况，有超过105个大型水库存在各种程度的险情，其中超过70%的严重老化损坏，水利效益无法完全发挥，不但影响了供水的持续性，还无法满足农业需求。

BIM 技术的应用具有明显可视化的特点，可以发挥出较强的优化辅助效果，促使项目管理人员借助该技术更全面地了解施工要素，规避具体施工中可能出现的繁乱问题

。BIM 技术能够辅助管理人员实时掌握施工任务的执行情况，在三维立体模型中予以呈现，有助于更好提升整体施工管理效果

。

通过BIM 技术的应用制作施工模拟动画，实现建设工程项目建设过程的可视化，以直观、方便的视角发现设计、施工方案中的不合理之处，及时修改和完善，提升施工方案的合理性，有效缩短建设工期，提高建设工程的质量

。

(1) 南端采用大锅底形土方开挖(见图8)方法，不符合设计要求的分段、分层开挖的要求，导致土方开挖过程中基坑及周边环境急剧变形。

1 工程概况

山西潇河国际会展中心中间组团项目位于山西省太原市综合改革示范区潇河产业园区。该项目地下一层，地上二层，每个结构层内均设置夹层。建筑屋面形式造型复杂，结构屋盖顶标高为24m，主体结构形式采用钢筋混凝土框架结构，局部结构为型钢混凝土和钢构件，屋盖结构分3 部分，分别为4 个角顶、十字交通走廊玻璃顶和1 个中间圆顶。本工程屋盖结构采用液压整体同步提升技术进行施工安装，具体建筑结构形式如图1、2 所示。

今年五一期间，从北京驾车前往河南的梁先生，路过京石高速保定分公司徐水服务区西站。加油后，他在站内电子触摸屏前，输入目的地，最优线路立即呈现。紧接着,他又来到加油站线下消费区，发现这里不仅可以放松休息，而且能享受免费WIFI上网、免费刊物阅读等超值服务。梁先生兴奋地说：“头一回见！这加油站太牛了。”辽宁一客户在加油站留言本上写道：“以前到加油站来，怎么快怎么好，现在都愿意多待一会儿。”

该项目节点复杂，存在钢管桁架，包括单曲弧度和双曲弧度形式，变径、焊接球、箱型悬挑等多种形式；施工工艺复杂，包含高空杆件嵌补、高空焊接、提升支架转移等工艺；高空作业量大，施工周期短，各专业交叉作业频繁。整体提升过程、高空嵌补、逐级卸载、原位拼装等施工方法交替进行，施工过程和顺序较为复杂。

不脱则嫌热、脱后则嫌冷的是春天；不送则不灵、送后则不廉的是春节；不看则失落、看后则失望的是春晚；不乘则难归、乘后则难受的，是春运；不做则无趣、做后则无力的是春梦；不露则淑女、多露则熟女的是春光。

2 BIM 技术在会展钢结构建筑中的具体应用

2.1 BIM 模型搭建与优化

在本项目中，BIM 技术人员利用Tekla 与Revit 软件完成了土建与钢结构BIM 模型的搭建，包括钢屋架以下钢混结构部分、8.3m 标高钢平台部分、管桁架屋架部分、屋面维护结构部分以及结构外侧旋转楼梯部分，如图3 所示。

2.1.1 钢屋架下部钢混结构建模优化

钢屋架下部钢混结构部分，即型钢混凝土柱与型钢混凝土梁，由型钢、主筋、箍筋及混凝土组合而成，结构形式复杂。在施工过程中涉及钢结构与土建两个专业交叉作业，碰撞问题不可避免，是施工过程中的难点。通过BIM 模型，对钢结构与钢筋位置进行实际放样，在型钢上预留穿筋孔或布置钢筋套筒，避免现场开孔作业，进而保证现场施工顺利进行，如图4 所示。

2.1.2 8.3m 钢平台梁柱节点优化

8.3m 钢梁平台是整个项目中最大的钢结构部分，用钢量达2 360t，东西两侧外挑平台最大梁跨度为36m，中厅十字过道钢梁跨度为27m，钢梁与型钢混凝土柱、型钢混凝土梁通过预设外伸牛腿或者埋件的形式连接。通过BIM 模型，发现钢梁与钢混梁连接节点存在多处碰撞，通过对该节点进行优化，增加了在混凝土梁中预埋钢接点，在钢混梁上增加节点板的方式，解决了节点碰撞问题，如图5 所示。

2.5.4 液压同步提升法

本项目屋顶桁架结构类型为非对称空间管桁架结构，一个节点最多有14 根钢管相交相贯。通过建立BIM 模型，发现碰撞冲突问题复杂，通过优化，调整部分杆件的截面及位置，优化节点空间，为车间后期的制作安装创造便利条件，如图6 所示。

2.1.4 提升吊点及加强杆件增设优化

妊娠期糖尿病（GDM），指在妊娠期间首次发现或者发生的糖尿病，是比较特殊的一种糖尿病类型，对孕妇和婴儿的身心健康有较大的威胁，可能严重影响婴儿的身体情况和发育，并且导致孕妇并发高血压等并发症，而妊娠期糖尿病患者早期进行有效治疗后，可以减轻糖尿病对自身和婴儿的损伤，因此，研究妊娠期糖尿病正规治疗对妊娠结局的影响对提高妊娠成功率、分娩成功率具有至关重要的意义。该次研究回顾调查医院内2015年9月—2018年9月收治的200例患者为研究对象，现将研究结果报道如下。

本工程屋盖管桁架采用液压整体提升技术进行安装施工，为了保证方案的顺利实施，对屋架结构进行了优化补充设计，增加了起吊节点及区域加强杆件，如图7 所示。

2.2 场地布置BIM 模型搭建与优化

2.2.1 场地布置BIM 模型搭建

过去的数学课堂教学，因为受到应试教育的影响，特别强调对规律、理念等既定知识的把握，同时经过广泛的应用与练习给予加强，而忽略指引学生对知识产生经过的分析与感受，具有相对普遍的“重视结果轻视过程”状况。实际上，在认识与探索知识的产生与发展过程当中，学生学习到的是处在水平关键地位的普遍方式，并且在这个过程当中，学生体会到的是不断建设新知识体系的乐趣。对于学生而言，这就是一种创造。应该精准地掌握知识产生发展的经过，这要求教师不应该只深入钻研课本的内在机制，还应该仔细探索学生的学习想法，应该寻求到知识逻辑与学生内心的逻辑默契之处[2]。

本工程每个区杆件约3 300 根，高空焊口约6 600 道，屋面檩条约6 510m，马道约400m，若采用常规的分件高空散装方案，需要搭设大量的高空支架，每个区支架最低搭设19m，最高搭设26m，搭设支架约120 处。不但高空组装、焊接工作量巨大，而且存在较大的质量、安全风险，施工的难度较大，并且对整个工程的施工工期会有很大的影响，方案的技术经济性指标较差，如图11 所示。

本工程借助BIM 三维模型，对复杂作业节点和整体施工进行方案模拟比选优化，对项目部技术人员和施工班组进行三维动画交底；采用数字化三维虚拟预拼装技术，精确控制桁架端部提升坐标。通过BIM 技术的有效应用，提高本工程项目的施工质量。

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本项目利用BIM 技术在满足施工要求的情况下进行机械设备的选择，同时，对施工机械的作业参数进行验证。利用BIM技术模拟施工机械的现场布置，对不同的施工机械组合方案进行对比模拟，比如：塔吊的个数和位置，施工车辆的运行路线等，制定出符合项目特征、工艺设计以及现场环境的施工机械布置方案。规避施工现场中可能出现的施工协调问题，达到安全文明施工的目的。

当xe=1时，单元为实体结构；当xe=0时，单元为空洞结构.通过控制惩罚指数p的大小可以使单元密度或快或慢地逼近0或者1，这样便使得目标函数接近理想状态下0～1的离散结构，并取得最优材料分布结构.

为了避免施工现场出现材料堆放混乱，施工场地布置时要考虑材料堆场，合理地进行材料的堆放。利用BIM 技术建立的场地模型，结合施工进度计划中的施工节点，对各个节点所需构件和其他材料机械进行清点，确定构件的进场量、进场顺序，选择最佳堆放位置，减少因二次搬运产生的费用，降低施工成本。

2.2.3 施工机械布置方案优化

也不止这一夜。但是接连几天易先生都没打电话来。她打电话给易太太，易太太没精打彩的，说这两天忙，不去买东西，过天再打电话来找她。

机械设备的选择对施工项目的进度、质量均有直接影响。大型机械设备进场之后，必须规范其作业位置以及作业半径，保证不会与其他设备设施发生碰撞。

2.2.2 施工现场物料堆场优化

本工程通过方案的模拟、比选、优化，最终确定采用350t、80t、25t 汽车吊组合，350t 汽车吊负责将25t 汽车吊吊至8.3m 处楼面，80t 汽车吊主要分布于外围和中间十字走廊，用于分片吊装十字走廊坡屋顶的桁架和外围悬挑部分，2 台25t 汽车吊在C 区、D 区标高8.3m 楼板处进行拼装，25t 汽车吊行走路线区域内的脚手架应保留不进行拆除。场区分区图如图9 所示。

2.3 BIM 技术辅助施工方案编制

合理的施工方案可以减少工程质量问题、安全问题，减少返工和整改，采用BIM 技术对施工方案进行全流程模拟分析，包括施工现场布置、机械设备站位安排、施工顺序、施工方法、关键工序、安全文明施工、注意事项等，对施工方案的可行性进行分析验证，从三维立体的角度发现施工方案中的不合理之处，优化方案。

2.4 BIM 技术在施工进度计划编制中的应用

基于BIM 技术对施工进度可实现精确计划和控制，实时跟踪工程项目的实际进度。根据工期要求编制施工进度计划，合理组织，保证节点计划和总体计划的完成。

屋盖结构分4 个角顶、十字交通走廊玻璃顶和中心圆顶，4 个角顶南北方向对称，同时本工程屋盖结构安装高度较高，纵横向跨度较大，结构杆件众多，自重较大。本节通过BIM 技术对屋盖施工的4 种方法，分别是高空散装法、高空滑移法、分块吊装法和液压同步提升法进行对比分析，找出最适合本项目屋盖施工的方法。

2.5 BIM 技术对施工方案进行比选

本工程采用斑马进度计划软件，依据总进度计划目标编排各分部分项工程施工时间，确定工程施工关键工序及关键线路，制定合理的进度安排，如图10 所示。结合三维BIM 模型，对该施工进度计划进行4D 施工进度模拟，据此调整人员和设备投入，以满足总工期的要求。

2.5.1 高空散装法

施工现场场地布置的合理规划，是保障施工正常进行的前提和保障。本工程采用BIM 技术对场地包括施工道路、施工机械、行走路线、材料堆场、提升胎架、提升支架等的布置，通过方案比对、筛选，确定不同施工阶段最优方案。如图8 所示。

2.5.2 高空滑移法

若采用高空滑移方案，需要楼面外拼装场地和设置平行滑轨。本项目屋盖为斜交的桁架结构，主受力方向在结构的对角方向，如果进行滑移单元分块，只能沿着对角线方向进行分块儿，那么每个分块的长度都是不一样，并且需要布设多条轨道。由于屋盖桁架下部高差较大，滑移临时支撑较难布设。并且楼面外拼装场地无法提供，不具备设置平行滑轨的条件，如图12所示。

2.5.3 分块吊装法

本工程因钢结构安装需要，现场南北方向27m 位置阀门基础顶部以上结构暂不施工，该区域作为吊车行走和构件运输通道，如图13 施工平面图所示。350t 履带吊行走路线制约了土建施工，不能进行交叉作业，影响工期，如图13、图 14 所示。

水行政执法是各级水行政主管部门和流域管理机构贯彻实施水法律法规的重要方式，是加强和创新水利社会管理、保障水利可持续发展的重要手段。加强水行政执法与刑事司法衔接机制建设，强化两者配合协调，是促进执法资源充分利用，维护良好水事秩序的重要条件和基础。但应注意到，目前我国水行政执法与刑事司法衔接机制建设整体仍然滞后，理论研究也还处于起步阶段，迫切需要结合国家政策及水利改革发展新形势新要求，加快推进水行政执法与刑事司法“两法衔接”机制建设。

由于中频电炉的主电路包括整流部分和逆变部分，输出功率的调节主要通过调整整流部分的导通角宽度来实现功率调整[1-2]，导通角采用V-F变换的电路，通过设定输入电压控制导通角的宽度，内部电路具有电压、电流控制环，使中频电炉能够稳定的工作在某一功率上稳定加热。对中频电炉的温度控制可以通过控制整流部分的导通角，即通过控制V-F变换的输入电压。

2.1.3 屋盖管桁架连接节点优化

若将钢结构桁架在正下方混凝土楼面上拼装成整体后，采用“超大型液压分区错层累积提升施工技术”将其分步骤提升到设计标高，再进行对口处的杆件焊接，将大大降低现场高空的施工量和施工难度，采取整体提升为主体，部分杆件采用分片吊装的形式相结合的方式进行吊装。提升法可以在地面完成檩条等附属结构的安装，然后随桁架一起整体提升到位，高空作业量小。根据下部楼面标高及位置进行分区，各分区单独进行楼面胎架拼装，并进行错层提升的施工方法，错层提升到位后增补纵向杆件形成整体屋盖结构，可在适应楼板面进行拼装，因此采用“楼面（地面）拼装，分块整体累计提升+局部区域楼面原位高空直接散装”。并且液压提升设备具有单向自锁功能和其他安全保障措施，具有相对更高的安全性。综上选取液压同步提升法，如图15 所示。

2.6 汽车吊行走路线规划

采用BIM 技术对汽车吊行走路线进行模拟，检查场内运输道路能否满足施工要求，规划汽车吊的最佳行走路线。根据现场要求以及整体屋盖结构概况，通过方案的模拟、对比、优化，80t 汽车吊在四周进行吊装，同时在标高-0.1m 楼面与十字走廊吊装弧形梁，25t 汽车吊分别在标高-0.1m 处楼板和8.3m 处楼板进行屋盖桁架的预拼装，具体行走路线如图16所示。

2.7 基于BIM 技术的测量方案制定

本工程采用BIM 技术进行测量方案的制定、模拟和优化，测量对象包括现场基础、构件、坐标、垂直度等。基于BIM 模型，从三维角度合理选择测量坐标点和控制点，正确选择测量仪器的放置位置和测量角度，并对测量方案进行三维动画模拟、优化，保证测量方案的合理性与可行性，进而保证工程质量，动画模拟如图17 所示。

2.8 BIM 技术在施工安全保证措施中的作用

本工程采用BIM 技术从安全防护、安全措施、外脚手架、回顶支撑等方面建立安全文明管理方案指导施工。在BIM 三维模型中，对洞口、临边等存在安全隐患的位置，布置安全围栏。对于25t 汽车吊行走区域下部通过施工验算需要回顶支撑，通过BIM 模型，对回顶支撑的方式、区域、位置进行详细标注说明，保证回顶的正确施工，如图18 所示。同时对施工人员进行安全交底，形象又直观，让施工人员对安全隐患有较深的印象，确保施工过程安全进行。

创新是一个企业生存和发展的灵魂。加强成本费用管理，以我国目前现行的体系，仍需要进行创新改革。国外的银行成本管理的方法相对成熟，银行可以派遣管理人员到国外学习先进的成本管理方法和途径。再结合自身的实际运营环境，制定出一套适合自己的费用管理机制，提高成本效益。丁忠明、张深通过对国内外不同类型的商业银行进行比较后发现银行经营效率的提高得益于业务创新。可见创新意识的重要性。

2.9 BIM 技术在整体施工方案编制、模拟、优化中的应用

本工程采用BIM 技术对屋盖管桁架整体提升的工艺流程进行三维模拟，包括汽车吊吊况分析、屋盖提升顺序、原位拼装工艺、嵌补杆件焊接、高空焊接安装，安全注意事项等，对施工方案中的不合理之处提前发现规避，优化施工方案，避免返工。同时将过程图片辅助施工方案文字部分，将复杂的文字以图片的形式进行补充说明，保证专项方案的安全性、合理性与科学性，如图19 所示。

3 BIM 技术的其他应用

3.1 BIM 技术辅助桁架分段方案、运输方案编制

在桁架制作过程中，根据设计要求必须保证主桁架的连续性，次桁架采取散件吊装焊接，因此在工厂加工时保证主桁架采取单片制作，长度约为12m，重量约在3.4t 左右，并且方便运输，同时主桁架上弦杆分段点要错开节点处500mm，下弦杆错开节点1000mm，满足上下弦杆错开500mm 左右。为了找到单榀桁架的最佳运输摆放位置和方式，对桁架运输方案进行模拟比选优化，保证桁架运输的顺利进行。单榀桁架制作方案、运输方案采用BIM 模型进行解释说明，图文并茂，方便理解，如图20 所示。

3.2 BIM 技术数字化预拼装

本工程基于BIM 技术在复杂构件上采用数字化预拼装技术，代替实体预拼装。通过测量复杂节点、构件关键位置的坐标获取实体数据，结合BIM 精度管理软件将各部分测量结果进行拟合、分析，生成精度分析报表。根据分析结果对发现的问题及时制定修正方案，避免问题流转到安装现场，确保现场的安装精度。

3.3 施工方案论证与BIM 三维交底

本工程属于超危大工程，在专家论证会上，将施工方案与施工方案模拟动画同时提供给专家。施工模拟视频直观地展现出整个提升方案的工序、细节、前期准备工作、注意事项、安全施工措施等，专家通过该动画在不需要细看施工方案的情况下，对施工意图精准把握，对方案中的不合理之处点对点指出，大大提高了方案论证的效率。BIM 技术辅助施工方案专家论证如图21 所示。

本工程将修改优化完成的整体施工方案动画、测量方案动画、冬施动画以及BIM 模型对现场施工人员与劳务班组进行三维可视化交底。采用这种方式能够让施工班组清楚了解设计意图与施工方式，提高交底质量和沟通效率。交底过程中施工方通过形象直观的交底动画，对施工方案能够理解到位，同时可以从施工的角度提出意见和建议，优化方案，如图22 所示。

4 结语

在本会展钢结构建筑工程中，采用BIM 技术进行三维模型建立，包括土建模型、钢结构模型、场布模型等，并对钢结构节点根据现场施工条件进行优化。对场布模型通过合理规划材料堆场、施工机械、临时设备、提升装置等进行优化布置。在施工方案的对比分析中，通过BIM 模型对各种方案的优缺点进行详细分析比较，最终确定适合本工程的最佳施工方案，并借助BIM 技术辅助施工进度计划与测量方案的编制，汽车吊行走路线的优化。在车间生产与运输过程中，采用BIM 技术对制作方案与运输方案进行模拟比选，采用数字化预拼装技术取代传统的实体拼装。采用BIM 技术制作整体施工方案动画、测量方案动画、车间制作方案动画与冬季施工方案动画，对项目部与施工劳务班组进行三维可视化交底。在施工方案专家论证过程中，采用施工方案模拟动画进行过程讲解，提高沟通效率。

通过采用BIM 技术，减少了施工变更，节约了工期与施工成本，提高了实体工程质量。在今后的类似工程中，应当继续挖掘BIM 技术的应用广度和深度，让BIM 技术更好地服务于生产、服务于施工，推动数字化、信息化建筑进程。

[1]李彪奇.BIM 技术在装配式建筑结构施工中的应用[J].智能城市,2021,7(22):145-146.

[2]雷洪波.建筑施工中BIM 技术应用的“痛“与”通”[J].四川建筑,2021,41(S1):47-48.

[3]郭志永.基于BIM 技术的超高层建筑机电施工管理[J].建材发展导向,2021,19(24):40-42.

[4]郭毅敏,晋浩,郑礼刚.BIM 技术在装配式钢结构建筑中的应用[J].中国建筑金属结构,2021(03):92-98.