大跨度异型钢结构项目中BIM 技术的应用

鲁 璐 郭艳双 任浩翔 吴欢欢 杨 罡

1 大跨度异型钢结构概述

1.1 大跨度异型钢结构的特点

大跨度异型钢结构是1 种特殊的结构形式，其主要特点是具有较大的跨度和异型的钢结构构件。大跨度指的是结构横跨的空间范围较大，通常超过60 m。异型钢结构则是指在结构设计中采用了非传统的钢材形状，如异型梁、异型柱、异型桁架等，不仅增加了结构的美观性，还提高了结构的承载能力和稳定性。这种结构形式被越来越广泛地应用于体育场馆、会展中心、航空航天设施等建筑项目[1]。

1.2 大跨度异型钢结构的优势

大跨度异型钢结构具有很多优势，在现代建筑中得到广泛的应用。

首先，大跨度异型钢结构能够实现较大的跨度，这意味着可以搭建更宽敞的空间，对于一些需要提供大面积无柱支撑的场所非常重要，如大型会展中心、体育馆、机场等建筑物。大跨度的设计不仅能够提供更大的使用空间，还可以创造开放、舒适的环境，为人们带来更好的体验。

其次，大跨度异型钢结构具有超高强度，这是由异型钢材料本身的特性所决定的。异型钢材料在制造时经过特殊的工艺处理，具有很高的抗弯强度和抗压强度，因此大跨度异型钢结构能够承受更大的荷载，构建更安全可靠的建筑。对于一些处于极端天气条件下的地区，如台风频发区域，大跨度异型钢结构是一种理想的选择。

最后，大跨度异型钢结构在施工过程中也具有一定优势。相较于传统的混凝土结构，异型钢结构更轻便，可以减少施工过程中对地基和支撑结构的要求，从而减少了施工成本和时间。同时，大跨度异型钢结构可以由工厂预制，然后直接运输至现场进行安装，这不仅可以提高施工效率，还可以减少对现场环境的影响。因此，大跨度异型钢结构能够在保证质量的前提下，实现快速、高效的施工。

综上所述，大跨度异型钢结构以其超高的强度、较高的刚度以及较短的施工周期等特点，成为理想的大跨度异型结构结构选型，在工程建设中具有广阔的应用前景。

2 BIM 技术运用于大跨度钢结构项目的优势

BIM 技术是一种利用计算机构建虚拟的建筑工程立体模型，并应用数字化技术构建相应数据信息库的新型建筑概念。该技术不仅仅是指某一特定的建筑信息模型软件或应用于建筑工程施工的特定工艺，而是随着时代的发展逐步形成的综合性技术。

2.1 提高项目的设计效率

异形钢结构项目的设计难度相对较大，主要是因为其形状和结构的复杂性。借助BIM 技术，可以通过三维建模和可视化工具，在快速、精确的环境下实现设计方案，并在不同场景下进行修改和调整。该技术能够将设计方案以更加直观的方式呈现给设计师，使得他们更好地理解和评估方案。同时，BIM 技术还能够减少因设计错误而导致的重复工作和时间延误。通过预先模拟和检查完整的设计方案，可以及早发现潜在问题，并在施工前进行必要的调整，从而提高工程的质量和效率。综上所述，BIM 技术对于异形钢结构项目的设计具有十分重要的作用，能够帮助设计师更好地处理项目中的复杂问题，并获得更好的设计成果[2]。

2.2 提高钢结构制造和施工的精确度

首先，通过BIM 技术，设计团队可以在三维模型中精确地标注每个钢结构元素的尺寸、形状和位置，帮助生产线上的工人清晰了解每个构件的规格和要求，避免因图纸标注不清楚而导致的制造错误，从而减少误差和损耗。此外，BIM 技术还可以帮助优化构件的布置和排列，减少不必要的材料浪费。

其次，BIM 技术可以将物理特性和材料信息嵌入模型。通过模拟材料的力学性能，设计师可以更好地评估结构的强度和稳定性。BIM 技术还可以提供构件之间的连接方式和施工顺序等重要信息，为施工人员提供准确的制造和施工指导，确保施工过程中的安全性和一致性。

最后，BIM 技术可以提高施工进度和质量。通过在模型中预先识别并解决潜在的冲突和问题，可以减少现场施工过程中的修改和调整，从而加快施工速度。BIM 技术还可以帮助监测施工进度和质量，及时发现和解决问题，确保工程的顺利进行，从而降低项目的风险和成本。

2.3 改善项目的协调和沟通

在大跨度异形钢结构项目中，涉及多种专业和复杂的构件连接，需要不同专业之间密切协调和配合。而BIM 技术的应用可以将各个专业整合到一个模型中，提供更全面、准确的信息和数据。

首先，通过BIM 技术，设计团队可以将土建、结构、机电等专业的模型融合在一起，形成一个综合模型。这样一来，项目团队成员之间可以直观地看到各个专业的设计和施工信息，并能够实时交流和协作。同时，各专业之间可以共享模型信息，提前发现和解决潜在的冲突和问题，避免影响现场施工。

其次，BIM 技术可以提供更准确的构件连接方案。通过模型可以清晰地了解每个构件之间的连接方式和要求，这有助于保证施工过程的准确性，避免因连接问题导致结构安全隐患。

最后，BIM 技术还能够模拟和分析不同连接方式的性能和影响。它可以模拟荷载和变形，评估连接点的强度和稳定性，使得设计团队可以在施工前预先优化连接方案，提供更安全、高效的解决方案。基于BIM 技术的全新协调及沟通平台，如图1 所示[3]。

图1 基于BIM 技术的全新协调及沟通平台（来源：网络）

2.4 项目的可视化和仿真分析

BIM 技术可以进行模拟和分析，预测可能出现的问题，如构件之间的碰撞、施工顺序的冲突等。通过提前发现和解决这些问题，可以减少现场施工中的意外和延误，降低项目风险。通过BIM 技术，项目团队可以进行多种方案的比较和优化，选取最佳的设计和施工方案，不仅可以提高项目的效率和质量，还能节约资源和成本。

3 BIM 技术在大跨度异型钢结构项目中的应用

3.1 BIM技术在设计中的应用

在大跨度异型钢结构项目中，运用BIM 技术可以有效提升技术方案的协调性，确保施工质量的提升。为了实现这一目标，需要在BIM 技术的设计过程中做好以下几个方面的工作：

1）设计人员应使用适合大跨度异型钢结构的软件，如Tekla、Xsteel等，结合钢结构项目的特点深入分析可视化的软件图纸。通过对每个构件和组件进行三维建模，可以确保模型的准确性和可靠性。设计人员应根据施工要求和设计意图，在BIM 软件中设置相应的参数信息，以保证施工过程中的材料和尺寸等参数准确。

2）为进一步提升模型制作的效果，设计人员可以利用软件进行碰撞检查。大跨度异型钢结构项目往往具有复杂的构件和组件布置，容易发生碰撞和冲突问题。通过运用BIM 技术进行碰撞检查，可以及时发现并解决设计偏差问题，确保施工过程的顺利进行，提升施工质量。

3）设计人员可以构建参数化建模流程，如图2 所示。通过设置参数化的模型，能够实现对各项设计参数的快速调整和优化。设计人员可以根据用户需求和施工要求，自动生成详细的参数图和施工图，提高软件系统的使用效果和材料的运用效果。

图2 参数化建模流程（来源：网络）

通过以上措施，设计人员能够充分利用BIM 技术的优势，在大跨度异型钢结构项目中进行全面而准确的设计工作。BIM 技术的运用能够帮助设计人员更好地协调各项技术方案，减少误差和冲突；除此之外，还可以支持项目方与承包商之间的协同工作，实现信息共享互通，进一步提升项目的整体效率[4]。

3.2 BIM技术在施工管理中的应用

BIM 技术在施工管理中的应用非常广泛。首先，BIM 技术在施工前期的平面规划中发挥着重要作用。通过BIM 软件中的建模功能，施工团队可以创建精确的场地模型，从而规划现场各个施工阶段的作业内容和周期。这样可以提前预测施工过程中可能出现的问题，并采取相应的措施进行解决，避免施工冲突和延误。其次，BIM 技术在平面布置优化方面具有显著效果。利用BIM 技术，施工人员可以准确规划钢结构施工现场的平面布置，包括设备、材料和人员的合理安排。通过虚拟建模，能够确保平面布置的合理性和可行性，不仅提高了施工效率，还可以降低施工现场的混乱和拥堵。最后，BIM 技术在施工资源管理方面也发挥着重要作用。通过建立准确的物料和设备模型，施工人员可以全面管理施工资源。他们可以准确计算物料和设备的需求量，并进行合理的配送和使用，从而避免资源浪费和成本增加。此外，BIM 技术还可以与供应链管理系统进行集成，实现自动化的物料采购和供应，进一步提高施工资源的管理效率[5]。

3.3 BIM技术在施工安全与质量管理中的应用

在大跨度异型钢结构的施工现场安全和质量管理方面，BIM 技术与传统的计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）模式相比，具有较大的差异性。通过BIM 技术的应用，可以实现对施工现场的全面管理和监控，提高施工效率和质量，降低施工风险。在大跨度异型钢结构施工过程中，BIM 技术能够及时准确地发现危险源，从而减少材料和机械设备等的损失，并能实时隔离危险源，有效保障施工人员的人身安全。

通过BIM 技术，施工团队可以在施工现场设置3D 模型，模拟优化吊装和拼装过程，避免发生设备碰撞和构件拼装不精准等问题。在施工质量管理方面，BIM 技术可以校正和测量大跨度异型钢结构的拼装接口，并整合数据与模型基础数据，以确保拼装结果符合施工要求，实现施工过程的精细化和标准化，提高施工的质量水平。此外，可进行焊接节点的质量控制，以满足焊接质量要求。

3.4 BIM技术在施工进度管理中的应用分析

在传统的施工进度管理活动中，常常依靠技术人员的个人经验结合网格图等手段来设定工期或进度。但是这种方式不仅缺乏合理性，而且难以达到时间节点的精确性。对于建筑规模较小的项目，可以使用传统的施工进度管理系统进行管理工作。而对于大跨度钢结构工程这种具有复杂性和高风险性的项目，传统的管理方式已经无法适应。所以，在大跨度异型钢结构工程中，可以利用BIM 技术建立建筑信息模型。通过数字化的计算方式，促使设计人员实时更新数据模型，并且能够精确分析施工进度中关键节点的动态。

BIM 技术的应用使得施工进度管理工作更加科学、高效。首先，通过建立建筑信息模型，可以将施工计划与设计模型相结合，实现进度的可视化。其次，BIM 技术可以细致分解施工过程中的各项任务，明确每个任务的开始时间、持续时间以及结束时间，从而形成一个完整的施工进度计划。最后，通过模拟和仿真，BIM 技术能够预测和分析施工过程中可能的延误，提前制定应对措施，以保证工期。

4 结语

在大跨度异型钢结构项目中，运用BIM 技术可以提升设计水平，优化工程方案，提高施工质量。BIM 技术可以帮助设计人员进行可视化的软件图纸分析，建立准确的三维模型，确保参数信息的准确性。通过应用BIM技术，大跨度异型钢结构项目可以更加精确、高效地进行设计和施工，为建筑行业的发展带来新的机遇和挑战。因此，应充分重视BIM 技术的学习和应用，不断探索和创新，推动大跨度异型钢结构项目的智能化发展。