BIM技术在钢筋结构工程建设中的应用

  摘 要：解释了 BIM 技术的概念及工作原理，从深化设计、加工制作、现场安装三个环节，介绍了 BIM 技术在钢结构中的应用，并分析了 BIM 技术在建筑领域的发展方向，有利于促进建设工程的信息化管理。

  关键词：BIM 技术，钢结构，信息化

 

  0 引言

  2015 年全国建筑钢材价格持续走低，产能严重过剩，对钢结构的推广产生了积极有利的推动。但在中国人口红利逐渐消失的今天，人工费占总价的比例正在逐渐上升，降低成本是建筑企业目前最为迫切的需求。随着住建部对建筑产业的工业化和信息化推动，BIM 技术的发展迎来了一个黄金发展期，技术方面正在不断完善，应用领域从大型复杂的公共建筑（例如：鸟巢）逐渐向常规的工业厂房扩展。

  1 BＩＭ 理念概述

  BIM（Bｕｉｌdｉng Infｏrmａtｉｏn Mｏdeｌ）即建筑信息模型，它并不是指某一款软件，而是一个包含技术和管理的行业概念，软件只是BIM 技术的应用平台。BIM 技术通过可视化界面将每个部件的基本信息都录入到数字化三维模型中，利用软件对相关信息进行统计处理，为设计、施工、运维等不同阶段提供数据支撑。在钢结构建筑中，BIM 技术的应用目前主要集中在详图深化和制作安装方面。在钢结构深化设计方面，BIM 技术主要是通过对三维参数化模型赋予几何、材料、进度、价格等相关信息，在出图过程中对信息进行整合，自动生成设计详图和准确的材料信息报表，为加工提供图纸、为采购部门提供依据。同时参数化建模可以保证模型发生变动，图纸和报表也能自动更新，极大提高出图效率和报表准确性。在后期制作和安装环节，软件导出的排料清单可以导入 CNC 切割机，免去了手动输入造成的二次误差。

  2 BＩＭ 在钢结构中的具体应用

  2. 1 深化设计环节 
  深化设计是钢结构从设计图到工厂加工中间必须要完成的一项细化工作，是后续加工制作和现场拼装的指导文件。BIM 技术在详图设计方面有多款软件支持，其中比较优秀的有：TekｌａＸsteeｌ，Strｕ-CAD 等。详图设计人员可以在可视化界面中根据设计图纸真实尺寸将钢结构模型在三维界面中创建出来。建模过程中，设计人员就可以通过调整视角及时检查建模过程中的误操作。同时，软件本身也具有碰撞检查功能，可以提醒设计人员，避免低级错误。模型创建完成确认无误后，软件根据用户需要自动生成相应的钢结构施工详图。相比之前的平面 CAD 翻样，绘图效率得到了质的提高。以 Ｘsteeｌ 软件为例，其可以完成设计详图主要包括：3D 布置图、平面布置图、构件图、零件图、节点详图等。同时，软件还可以生成相关材料统计表，如：地锚螺栓用量表、不同厚度板材用量表、钢材表面油漆涂刷面积等。

  2. 2加工制作环节

  相比于机械制造企业，大部分钢结构加工制作企业在生产管理方面几乎完全依靠工人现场经验对图纸、加工流程、制作工艺等环节进行把控 错。而且企业管理人员无法对材料供 ，往往会造成加工过程混 应、机器运行、 乱，出现一些人为的差工人加工等情况进行时时跟踪，工厂管理成本增加。因此在钢结构制作企业建立一套适合钢结构加工的数字化生产管理系统显得非常关键。而 BIM 技术的出现对企业信息化生产提供基础数据，BIM 软件在终端数据以网络云平台的形式进行存储，每个工序需要的数据资料都能在机器操作终端读取。该模式打破了以往加工企业生产指令逐级传达的模式，直接将生产所需数据传输到工位，并且加工过程的信息也能及时反馈给终端平台，完成数据的传递与反馈［2］。BIM 软件（以 Ｘsteeｌ 软件为例）能读取模型中各个构件的详细尺寸（包括开孔位置等信息），并能将其输出为多种数据格式，如 CNC，IFC，DSTＶ 等［2］。并且 BIM 软件根据钢板的不同厚度、不同材质自动进行套料分类，导出 NC 格式文件，传输给 CNC 数控机床，完成自动切割、钻孔。BIM 软件自动套料功能可以节约大量人工排版时间，并且最大程度的提高板材的利用率，提高了钢结构自动化加工的生产效率。

  2. 3现场安装环节

  钢结构以其特有材料性质被越来越多的用在了一些跨度大、体型复杂的公共建筑上，这就对钢结构的安装精确度提出更高的要求。由于大尺寸的钢构件在运输和吊装时存在诸多不便，所以大型钢构件的现场拼接不可避免。钢结构在选择拼接点位置时非常关键，需要考虑多方面因

素，如：运输车辆空间大小、吊车起重吨位、安装现场条件以及构件吊装时的稳定性等。以往钢结构拼接点的选择主要依靠工程师经验，给后期安装带来了诸多不确定性。BIM 软件（以 Nａvｉswｏrks 为例）可以在施工阶段对安装过程进行 4D 仿真模拟（即 3 维空间 + 时间），将整个吊装过程按照先后顺序在虚拟场景进行预安装，检查安装过程中可能出现的一些

安装操作空间不足的问题。问题出现后可以及时调整模型拼装节点，修改施工详图，避免返工造成费工费料。该软件其核心工作原理是将 Revｉt 建好模型以 NWC 格式输出，并在 Nａvｉswｏrks 中打开，在 Tｉmeｌｉner 功能模块中导入施工进度计划 Prｏject 文件，并利用选择集功能将各个构件与Prｏject 文件中的WBS 子项连接，完成 4D 模型的创建［3］。在施工模拟过程中软件可以对每个关键节点的施工进度数据进行统计，为施工现场安装提供参考数据。

  3 BＩＭ 技术的总结与展望

  目前，由于企业管理层重视程度不够、技术本身还不完善、市场氛围没有形成等原因，BIM 技术的推广和应用仍然处于探索阶段。但 BIM 技术在降低深化设计费用、缩短工期、准确预算工程量等方面有着不错经济效果。而且后期在制造和安装环节对加工环节的监管、减少信息传递过程中的错误率等方面都有着巨大的发展空间。BIM 技术对建筑行业的发展无疑是一次信息化革命，在变革的过程中遇到的问题是多种多样的。根据企业调研和行业资讯，本文对 BIM 技术在钢结构领域的发展提以下几点建议：1）钢结构加工的信息化和自动化不仅需要软件平台的搭建，同时加工机械的硬件配套也是必不可少的。信息模型与钢结构加工机器的对接数据尚未形成一套行业技术标准，给 BIM 技术的普及和推广带来了不小的困难，因此制定一套适合企业生产的数据接口标准是当务之急。2）BIM 技术的发展目前仅仅依靠几家软件公司的创新和推广是远远不够的，整个行业的从业人员的BIM 理念的提升同样非常重要。任何一项新技术的普及都不是一蹴而就的，需要一个反复的过程。BIM 技术的研发需要一定的周期，企业需要市场的反哺，否则无法生存。3）BIM 技术的应用应覆盖整个工程项目的设计、施工、运维阶段，是项目信息集成的中枢神经。BIM 技术的发展应从行业格局着眼，从技术细节着手，结合目前已经比较成熟的云数据平台，实现企业管理、生产组织、自动化控制、机器人焊接和信息化预拼装等方面的信息化，将BIM 技术真正转化为生产力。

参考文献：

［1］黄子浩. BIM 技术在钢结构工程中的应用研究［D］. 广州：华南理工大学，2013

［2］贺明玄，沈 峰. BIM 技术在建筑钢结构制作中的应用［A］. 钢结构技术与工程应用新进展———2014 中国建筑金属结构协会钢结构分会年会和建筑钢结构专家委员会学术年会论文集［C］. 北京：中国建筑工业出版社，2014：79-106.

［3］周慧恩，王乾坤，梅婷婷. 适用于工业化钢结构的 4D BIM 虚拟建造方法研究［Ｊ］. 钢结构，2016，31（2）：120-125.

曹晓罗 印晨曦   洪尹楠    沙洲职业工学院