论BIM技术在建筑钢结构施工过程中的应用

宋晓玉 李翔

中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西 西安 710000

建筑钢结构施工具有工程量大、工序复杂、周期长、风险高等特点，对施工人员及设备要求较高。BIM技术作为一种新的信息集成平台，它不仅能够有效降低建筑钢结构的建造成本，而且还能提升施工效率与质量。但目前我国大部分建筑工程都采用粗放式的管理模式，导致许多问题的出现。而BIM技术的引入则有助于解决这些问题，其优点在于利用该技术能够快速获取设计结果，同时也能够节约人力、时间成本，最终达到优化整个建设工程的目的。

1 BIM技术概论

BIM技术在建筑钢结构施工中提供的数字化方案，具有极高的实用性和适用性。通过建立建筑钢结构的三维数字模型，BIM技术提供了一种便捷、精准的工具，可应用于施工计划的制定、分析和优化。具体来说，BIM技术可以协助施工团队预估施工量和规划进度，优化施工流程，减少人力物力浪费，提高施工效率与质量，确保施工能够按时按质完工。

对于合作企业而言，BIM技术亦可实现信息的共享和协同工作。例如，BIM技术提供的数字模型可以分享至施工工地，辅助现场工人更好地理解施工任务和计划，并提高整个项目的执行效率，有效降低沟通成本。同时，BIM技术还可以监控使用设备的状态，随时生成关键数据，更好地解决部分需求及咨询过程需要，确保建筑钢结构施工的顺利进行。此外，BIM技术可结合现有建筑钢构物的情况，精准地维护其结构，避免随意的加固或更改对原结构造成不可逆的损失。通过对建筑钢结构进行全方位的监控和管理，BIM技术可以精准发现问题点并快速定位，有助于及时进行维护或修复，保证建筑钢结构的稳定性和安全性[1]。

总之，BIM技术在建筑钢结构施工中提供一站式的数字化平台，帮助施工人员提高工作效率、降低成本、减少误差、提高施工质量，从而实现更为高效精准的建筑钢结构施工服务，助力行业发展。

2 BIM技术在建筑钢结构施工过程中的优势

2.1 优化设计和制作

BIM可以以三维数字模型形式呈现出完整的建筑钢结构，精准地表达出建筑钢结构的各个细节和部件，并将产品信息、工艺信息和施工信息整合在一起。采用BIM技术进行优化设计和制作能使相关人员在建立数字模型时，在模型中检查施工过程中可能出现的问题，进行优化设计，提高精度，减少误差、消除更新的成本或需求，实现精准设计纠错，从根本上考虑到施工过程中钢结构的制造和安装，避免了后期施工过程中的问题，提升整个钢结构建筑项目的效率。

2.2 可视化施工效果

BIM技术建立的三维数字模型不仅可以提供建筑钢结构的几何形状和构件之间的连通关系，还能将其转化为可视化效果，从而直观地展现出建筑钢结构在三维空间中的状态，使工人在实际施工时更容易辨认。不仅可以快速识别模型中的各个构件位置和状态，还可以在模拟环境下进行施工方案的模拟和调整，使施工人员能够快速直观地确认质量和精度，从而避免了不当、损坏等不良的施工行为。

2.3 协同工作流程

在建筑钢结构施工中，BIM技术可以实现多个部门之间的协作和信息共享，帮助施工人员更高效地完成建筑项目，提高生产率。尤其是在建筑钢结构的设计和制作过程中，BIM技术为施工人员提供了快速获取准确数据的途径，极大地方便了工程施工[2]。

2.4 预测施工效益

BIM技术可以利用数学建模和计算机仿真等方法，对建筑钢结构在施工过程中的各项指标进行预测和分析，并帮助制定优化方案，以提高施工效率和减少施工风险。对于钢结构施工来说，BIM技术的预测能力尤为重要。具体来说，BIM技术可以提供多种施工方案，并使用预测模型评估每个方案的优劣，从而帮助施工人员选择最适合的方案，使钢结构施工具有更好的经济效益，这对于建筑工程的发展有十分重要的意义。

3 钢结构施工过程中的难点

3.1 钢材加工

钢材是实现钢结构的重要材料，但钢材在施工之前需要进行加工。加工过程中的难点包括切割、钻孔和焊接等，并且必须控制误差在允许范围内，以保证加工后的构件符合设计要求。

切割是钢材加工过程中一个非常重要的步骤。传统的切割方式是火焰切割，通过氧气或其他气体，在高温下加剧氧化反应，从而切割钢材，这种方法在施工过程中会产生大量火花和副产品，严重污染施工现场环境。而激光切割逐渐成为主流加工技术，激光切割精度更高，切割速度更快，能够降低切割过程中的误差，使整个钢材切割过程更加环保安全。

钻孔也是钢材加工过程中的一个重要环节，常常涉及大量的钻孔操作。在钻孔过程中，需要加强对钻头和设备的维护以及钻孔机床的准确性和稳定性控制，以保证钻孔的精度和效率。同时，各种型号、规格的钻头要与设备相适应，保证钻孔的稳定。

焊接是钢结构制造最常见和重要的工艺。钢结构施工需要大量的焊接，焊接的合理度和合格率对于结构的长期稳定性和安全性产生决定性的影响，需要考虑多种要素，包括钢材、电极、参数、技术等等。同时焊接材料的质量也是一个重要的问题，需要根据焊接方式、施工环境等多个因素综合考虑，选择最适合的焊接材料来保证焊接质量。

3.2 结构制作和安装

钢结构建筑的结构制作和安装对于建筑的稳定性和美观性有着很大的影响。在制作结构时，工人必须先根据设计图纸上记录的尺寸和结构要求进行加工和零件制作，严格按照工艺流程来操作，确保加工精度和零件质量。在结构制作完成后，需要确定一个合适的安装位置进行钢结构的安装，安装过程中还需进行多个关键步骤，包括：连接件的安装、预装配、调整精度以及拆卸等。在这一过程中，需要考虑材料的强度、空间的大小、重量的分布等因素，以保证安装精度和安全性。因此在安装过程中，工人必须熟练掌握这些操作，根据具体情况决定所需的设备和工具，并注意事前准备工作，保证钢结构安全、稳定[3]。

3.3 施工过程安全隐患较多

钢结构建筑施工大多在高空和狭窄的空间进行，并且需要进行大量的机械作业，如不严格把控，就容易出现许多安全隐患。

坠落：钢结构建筑的施工往往需要在高空或高处作业，一旦工人没有正确佩戴防护用具或错误操作，就可能会从高处坠落，造成人员伤亡和财产损失。

碰撞：在钢结构建筑的安装过程中，各种机械设备和物料在运输和装卸时，极易发生意外碰撞，再加上施工现场狭小的空间，工人的行动受限，极易导致人与物之间发生碰撞，会造成设备损坏和人员伤亡。

爆炸：在焊接、切割等处理工序中，如操作不当，很容易引起氧气、酯类物质泄露，形成易燃爆炸的潜在隐患。

吊装：钢结构的吊装往往需要借助吊车进行吊运作业。如果在吊装时受重力作用及外力冲击等因素的影响，可能产生局部应力集中而使结构失稳甚至倒塌事故，对施工人员生命安全构成极大威胁。

3.4 施工质量难以把握

钢结构建筑施工质量是影响建筑效益和稳定性的关键因素。然而在钢结构施工过程中，由于材料的特点和要求非常高，施工质量的难度也会较大。

焊接质量：钢结构施工过程中，焊接是关键工艺之一。但由于焊接操作的难度较大，很容易造成焊缝的质量低下，比如出现脆性、夹杂和气孔等问题，进而影响钢结构的整体质量和安全性。

焊点的精度和位置：钢结构焊接过程对焊点的精度和位置要求特别高，但往往在施工过程中由于各种因素的影响，很难达到应有的精度和位置精度，这可能会导致焊点的不牢固或者变形，最终影响钢结构的质量和稳定性。

承载能力：钢结构在施工中需要经过可靠的承载，工人需要正确安装钢结构的各个构件，但干扰因素如天气、暴雨等，也许会对安装造成干扰，进而造成承载问题。

安装精度：建筑钢结构施工标准要求非常高，一旦施工过程中出现了偏差，就有可能对钢结构整体的安装精度产生影响，导致后期维护难度大。

4 BIM技术在建筑钢结构施工过程中的具体应用

4.1 在建筑钢结构深化设计中的应用

BIM技术在建筑钢结构施工过程中的深化设计中有两个方面的应用。一是在设计过程中使用BIM技术，可以将草图和手工设计转化为数字化的建筑模型。二是进行深化设计时，可以模拟钢结构在不同负载下的受力及应力分布。具体来说，BIM技术可以在建筑钢结构施工过程中进行深化设计，主要涉及以下几个方面的应用：

数字化设计与可视化方案：通过BIM技术，设计人员可以创建一个钢结构模型，并且在这个模型上进行可视化的方案设计。这样，设计人员可以直观地看到每个构件的位置和连接方式，并且可以使用各种工具进行构件的定位、调整和修改。通过实现数字化设计，设计人员能够更好地协同工作，快速地验证和迭代设计方案，提高设计的质量和效率。

应力模拟和优化设计：在模型设计完成后，设计人员可以使用BIM技术来模拟钢结构在不同负载下的受力和应力分析。通过模拟结果，可以确定合理的支撑位置、构造材料、梁的尺寸和连接方式等，达到优化钢结构设计的目的。

可视化施工计划：BIM技术可以将深化设计的成果用于建筑施工计划中，相关人员可以在施工前预测施工过程中的安全隐患，更好地计划和控制钢结构施工过程。

4.2 在钢结构构件预制生产中的应用

BIM技术在建筑钢结构预制生产过程中的应用，就是利用BIM软件对结构进行模拟分析并优化其施工工艺，可实现对其进行信息化管理和智能化操作，其应用主要可以有以下几个方面。

构件参数计算：BIM技术可以根据图纸中的参数自动生成构件的三维模型，包括尺寸、位置、材质、数量等，避免计算误差，提高施工准确性。

钢材代码自动选取：BIM技术可以根据国内外钢材规范库自动匹配最优的钢材规格和数量，减少人工选择的时间和错误。

制造和加工过程可视化：BIM技术可以将预制构件的制造和加工过程进行三维动画模拟，帮助生产工人了解每个构件的制造、加工过程和要求。这有利于降低工作误差率和提高加工效率，减少制造成本。

智能化管理：BIM技术可以将实际加工过程向3D虚拟环境中转换，对现场施工进行智能化监控管理。通过使用实时视频监控及数据收集系统进行实时数据分析，以便及时发现处理问题，提高施工的安全性、质量和效率。

进度管理：BIM技术可以根据实际预制构件的加工情况，实时更新施工进度和排产表，以调整生产计划和现场施工，使施工过程的协调和安排更加科学和精确。

4.3 在建筑钢结构印记管控中的应用

BIM技术在建筑钢结构印记管控中的应用就是利用BIM技术对不同阶段建造完成后的建筑物进行痕迹检查。其目的是发现存在的问题，及时提出整改建议，从而达到有效地控制建筑钢结构质量和成本。具体而言，主要包括以下几个方面。

三维模型与印记绑定：在建模时，BIM技术可以将每个构件的印记与三维模型绑定，通过BIM的信息管理系统来保证印记的完整和正确性。

印记信息记录：在制造过程中，BIM技术可以自动生成或手动录入每个构件的印记信息，包括制作单位、日期、序号、材质等，并关联构件的三维模型。

印记数据分析：使用BIM技术对印记信息进行数据分析，以便及时发现和处理问题，例如，缺少印记或生产日期不正确等。

钢结构构件定位：BIM技术可以通过与传感器技术结合，实现对吊装构件的定位，以更好地控制构件的移动和安装，保证精度和安全性。

印记异味检测：通过采样、分析和实时监测印记产生的异味，BIM技术可以评估施工现场条件是否符合健康和环境要求。

4.4 在提高建筑钢结构精度中的应用

BIM技术在提高建筑钢结构精度中的应用就是通过利用先进的信息技术来改善工程结构建造过程中出现的偏差，从而达到控制误差、保证工程质量的目的。

建模精度：BIM技术可以帮助建筑设计师在建模时预测和避免设计错误，也可以通过多种技术手段，例如激光扫描、点云数据处理等，对现场数据进行三维重构，提高建模精度。

精确钢构件制造：BIM技术可以将设计模型和施工图纸无缝对接，提供精确的钢构件制造指导，以确保钢构件制造的精确性和一致性。

精确定位：BIM技术可以将钢结构构件的位置、方向和高程坐标等数据预先计算和设定，以确保施工时的精确定位。

智能监控：BIM技术可以添加传感器监控系统，对施工过程进行实时监测，以保证钢构件在安装、拼接、吊装等过程中的精确性。

精准拼接：BIM技术可以提供精确的构件拼接方式、尺寸和位置等信息，确保构件在拼接时的精准度和安全性。

5 结语

综上所述，建筑钢结构施工具有周期长、工序多、影响因素复杂等特点，BIM技术的引入不仅可以减少人工操作带来的误差，还能帮助设计师们快速高效地制定出合理有效的施工方案，对项目进度进行实时跟踪管理，保证施工进度与成本目标的实现。因此，在未来建筑钢结构领域中，BIM技术将会发挥越来越重要的作用，有必要将其广泛推广应用到其他行业中去，为人们提供更好更全面的建筑施工服务。