BIM技术在装配式钢结构中的应用

陈家伦

身份证号码：3504261993****3514 福建 福州 350009

引言

BIM（Building Information Modeling）技术最早起源于美国，该技术以信息为基础，通过软硬件为项目从规划、勘查、设计、施工、运维管理等建筑的各个阶段提供可行性决策、最优方案、智慧服务的一种创新技术。BIM技术使用对建筑行业发展具有明显意义，设计人员在建立信息模型过程中，建模人员能将图纸中提供的数据信息汇总到三维模型内，数据信息能在建模中真实展示出来。装配式钢结构中使用BIM技术，主要是将施工前的项目规划、项目设计、后续施工任务以及项目管理等，将装配钢结构中出现的信息传递断层情况给予解决。工程技术人员使用BIM技术能将钢结构全面拆解、系统分析，应用BIM技术在装配钢结构中，对钢结构项目的发展会起到帮助。

1 BIM技术应用到钢结构施工中的特点及优势

1.1 设计过程可视化

传统钢结构行业发展中，现场施工技术人员并非直接使用3D模型，而是使用二维和三维两种软件相互结合，需要不停对两种软件实行切换，技术人员通过自己想象在脑海中形成完整的图形。钢结构装配施工中物涉及的内容种类多，同时工程项目设计周期较长，耗费人力和物力多[1]。BIM技术出现能有效降低设计人员的工作量，设计人员仅需要建立三维数据模型，将设计图纸中要求内容，通过三维形式展示出来，设计人员的工作内容不再局限与平面设计。此外，传统意义上建筑物效果图制作方式均是设计单位邀请专业渲染公司，渲染工作并非专业的设计人员，这一过程中设计人员与渲染公司的工作人员互动很少，导致渲染出来的效果与设计人员的预期差异性明显。BIM技术的出现能实现构件良好的互动，设计人员实施模型建立过程中，任何时间节点均能实现设计项目的可视化，设计人员通过观看渲染图，了解装配式钢结构设计的具体情况，对后续的施工也能提供专业技术指导。

1.2 施工过程协同性

装配式钢结构项目想要顺利实施，需要设计单位与施工单位形成良好的协作关系，然而，装配钢结构项目在实施过程中，因沟通出现问题，导致后续的施工受到影响案例数不胜数，设计单位和施工单位管理人员要找出沟通不畅的原因，寻找出最为恰当的解决办法。工程项目中设计人员数量较多，不同设计人员负责位置差异性明显，开展装配设计工作时，设计人员之间缺少沟通，必然会导致施工周期内会出现交叉问题[2]。例如，暖通管线在布管过程中，设计人员要在施工图纸上标注出管线走向，然而，实际布管工作开展时，施工的管线可能与房屋主体结构发生冲突，这些均是装配钢结构施工中最为常见的现象。技术人员使用BIM技术便能轻松化解冲突。工程项目中不同专业之间发生的冲突情况，设计人员也能使用数据调整方式，避免造成钢结构施工企业出现损失的情况。BIM技术能处理不同专业之间的问题，对复杂的施工工艺也能给予解决，常见电梯井位置选择、防火通道与安全管理问题出现冲突后，设计人员均能使用BIM技术予以解决。

1.3 施工前的模拟性

建筑施工的模拟性主要是指开展模拟测试，模拟种类包含建筑物外能源消耗模拟、房屋疏散通道的模拟、采光情况模拟以及房屋热效率的模拟等，此种计算方式在平面设计时很少被提及。然而，在使用BIM技术开展设计任务时，上述提到的问题均能被实现，钢结构企业对外招标过程中，通过数据的变化将能源消耗、房屋疏散、采光情况以及房屋热效率展示出来，设计人员也可以使用4D成像技术获取相同的效果。项目建筑施工阶段的成本管理工作和后续运营工作，也可以选择使用BIM技术实施模拟，常见的自然和地质灾害，使用BIM技术也能模拟救援过程，确保施工人员和使用人员的安全。

1.4 施工阶段的优化性

建筑工程的项目优化工作起源于项目设计阶段，最终到项目运营阶段，每个过程均需要给予关注并开展优化。BIM技术的出现能为优化工作提供技术支持，将复杂数据优化工作变得更加简单，装配过程中的细节处理也更加完善。传统意义上建筑工程项目优化工作受到的影响因素多种多样，常见数据信息传递、数据复杂程度以及对施工周期影响等，技术人员想要彻底优化建筑项目，需要关注建筑物的专业数据，如建筑物节能情况、紧急疏散通道、房屋热传导等，这些数据内容日常施工中很难被关注和计算[3]。使用BIM技术便能轻松解决此类问题，将不合理的施工内容进行优化，保证施工和运营周期内建筑工程能顺利执行下去。

2 BIM技术在装配式钢结构中的应用

本案例选择徐州飞虹新型装配式钢结构保障性住宅项目，项目位于徐州飞虹公司厂区内，房屋总楼层为四层，建筑物的安全等级为二级，使用年限为五十年。该工程底部基础采用现浇钢筋混凝土施工，上部钢结构施工采用预制装配法。

2.1 施工流程设计

传统工程项目建设过程中，设计人员大多数在二维环境下绘制施工用图纸，施工中涉及的土建部分和机电设备均处于独立部分，现场施工管理人员协调各个部门之间难度系数较高。使用BIM技术能建立起统一化的信息模型平台，将工程项目中涉及的内容融入同一个数据模型中，通过数据模拟功能协调统一工程项目中的问题。本案例中技术人员利用Revit、Navisworks等软件进行项目结构施工模型的建立、进行可视化的模拟与分析，借助软件功能分析建筑物的能耗情况，寻找出建筑物的最佳朝向和间距。设计人员确认完上述数据后，绘制三维钢结构节点模型，使用Revit软件创建的模型确认构件的数量，使用Revit软件创建的模型和其他软件相结合，对钢结构装配施工过程开展模拟工作，确保后续的施工工作能顺利实施。

2.2 选择使用BIM技术建模

徐州飞虹新型装配式钢结构保障性住宅项目中，设计人员选择使用Autodesk Revit 2014开展BIM建立模型，项目实施过程中，首先，需要创建出适合设计团队的模板，设计人员通过建立的三维视图了解各项参数，模型建立后能达到绘图的标准要求，设计效率也能得到显著提升。其次，设计人员在已有图库的基础上，创作出适合本工程项目要求的构件图，确保结构受力达到要求的前提下，实现建筑用空间的完整性，确保构件不会在墙体中突出来。技术人员选择使用异形束柱和相关的节点作为配套，异形束柱使用能够让模型展示得更加清晰准确，实现了工程构件装配模拟工作[4]。最后，设计人员需要将建筑模型深度明确表现出来，将物理模型和分析模型细致对接并管理。该项目施工前设计人员通过模拟的方式对建筑物的采光和能源消耗情况分析，通过改变围栏周围相关参数，可以提升模型性能。通过实践经验来构建出徐州飞虹新型装配式钢结构保障性住宅项目实施BIM模型建立，形成完整的BIM模型。详见图1、图2。

图1 结构主体图

图2 模型三维效果图（内部）

2.3 采光能耗分析

现阶段，国家推行的绿色环保建筑，越来越引起建筑企业的关注，绿色建筑物的评定标准与采光情况和户型的建立有关，采光分析工作包含两个部分，分别是建筑物的朝向以及日照的间距两个部分。比如，某新型装配式钢结构保障性住宅项目，将上述的朝向分析和日照间距分为两个部分分析，将其作为依据对建筑物实施调整。设计人员对建立完成的BIM模型实施采光情况分析，选择使用判定的标准是美国用的LEED标准。在经常使用空间中的75%，便能达到秋分的要求，上午时间则采取秋分时间节点中的九点和十五点，采光照的最小数值不能低于二十五尺烛光，不能高于五百烛光。角度的选择使用顺时针形式，从0°到360°区间内，以10°作为一个数据分析单位，每隔10°做一次数据采光分析。设计人员将楼之间的距离规定为10m，按照南北朝向的要求实施排列，使用的建筑模型均已经被设计人员所修正。建筑物能源消耗属于判定绿色建筑物的重要标准。Revit 软件中包含的能量分析功能以及负荷分析功能，设计人员通过使用这两个功能模块对建立完成的模型进行分析，将装配钢结构中不合理的部分进行优化。

2.4 节点模型建立

装配钢结构建筑物施工后，想要确保装配式钢结构的整体处于稳定状态，各个节点稳定连接，是所有工作开展的前提条件。近年来，钢结构施工企业不断开展技术研发，已经建立出了很多结构点模型，但新模型构件的连接形式较为复杂，安装工序很难被现场的施工人员所掌握。设计人员通过BIM技术建立的钢结构模型，现场施工人员通过参照BIM模型指导构件的安装，由于BIM模型所见即所得的特点，大大提供了现场施工人员的安装效率和质量。

2.5 碰撞检测

装配式钢结构的设计工作、构件的生产和后续施工均要严格管理，确保构件尺寸、质量标准和位置，均要达到安装和使用标准要求。设计人员通过建立的三维模型能将钢结构中冲突情况降低，避免人为检查工作中出现纰漏的情况。通过使用三维设计的分析功能，及时发现设计中存在的问题，避免后续造价工作受到影响。BIM模型建立并投入使用过程中，钢结构安装技术人员能快速准确的发现图纸设计过程中出现的问题，常见的标高、尺寸以及位置的标注等，设计人员实施碰撞测试后，使用自动标注功能生成错误报告，将模型中的冲突部分渲染出来。

3 结束语

综上所述，科学技术快速发展，数字化信息技术与建筑行业结合程度变得愈加紧密，BIM技术便是在这样背景下产生并逐渐应用，工程技术人员在装配式钢结构中使用BIM技术，获取成果已经被钢结构装配企业所熟知。装配式钢结构中使用BIM技术，能将工作效率提升过程中，技术人员要不断地增加研发力度，实现装配式钢结构长久稳定的发展。