BIM技术在装配式钢结构建筑施工过程中的应用研究

阙荣

（1.中国建筑第二工程局有限公司华南分公司；2.中建二局阳光智造有限公司）

1 引言

随着社会经济的腾飞，科学技术的飞速发展，信息技术在建筑业领域的运用越来越广泛。目前应用最多的是装配式钢结构建筑领域，它既可以满足人们对建筑的传统功能的需求，又可以在一定程度上减少施工过程对环境的损害，是一种节能、环保技术。而通过BIM技术在装配式钢结构建筑施工中的运用，可以实现对工程的整体把握与控制，既能满足工程的主要技术需求，又能从根本上提高工程施工质量。目前，装配式钢结构建筑建设过程中，BIM技术在预测构件制作进度化管理、施工过程有限元分析、工程质量的保障等方面已有了广泛运用。

2 BIM技术的特点

BIM技术最大的优势在于它的可视化。运用现代信息技术和计算机技术，可以将装配式钢结构建筑建立为三维、四维、五维模型，使其具有更多的直观特征，通过技术手段找出隐藏的问题和细节上的不足，并预测可能出现的问题，从而进行最优方案设计，以此体现方案的合理性。

3 BIM技术应用在钢结构工程的优势

3.1 可视化信息管理

利用BIM技术建立钢结构三维模型，对钢结构进行可视化信息管理，可以增强构件精度。施工单位通过BIM技术，可以实时共享施工进度，提高施工信息的传递。将钢结构工程的具体参数信息加入BIM管理软件中，使模型数据与附加数据的变化保持一致，便于实时调整。同时，三维建模也可以让设计师更直观地看到不同结构和部件之间的联系，以便在后期解决问题。另外，平面、立面、剖面三个部分可以利用三维模型连接，保证设计者在考虑到这些因素对总体结构的影响时，可以及时修改[1]。

3.2 工程协调管理

由于钢结构工程的复杂性和专业知识深度，利用BIM技术构建三维模型，可以更加直观地观察到相关构件和节点与不同专业的关系，了解在施工中出现的问题，辅助设计人员与现场实施人员进行沟通，打破各专业技术人员交流过程中的壁垒，而且能快速传输数据，搭建信息桥梁，提高工程执行效率，达到项目最佳化。此外，装配式钢结构建筑施工可通过BIM技术的应用对不同工况进行有限元模拟分析，及时发现施工技术壁垒，有效降低设计人员的劳动强度，这对提高工作效率有很大作用。

3.3 帮助项目优化

BIM技术的应用不仅可以使整个工程信息资料更加安全，在设计与施工方案的探讨中更加清晰地得到最佳施工方案，保证施工安全性、合理性、经济性。

4 BIM技术在项目实际施工过程中的应用

4.1 项目概况

工程位于东莞市生态产业园区，占地面积2.7万㎡，总建筑面积5.3万㎡。结构形式为钢框架结构。整个结构外观由一圆环形主体及三个大倾角筒体网壳裙塔组成，外形为飞碟圆盘状，结构内圆半径32.9m，外圆半径为58.9m，整体结构平面尺寸为149m×185m。三个裙塔标高13.5m以下为钢管网壳结构，以上为圆形框架结构。总用钢量为6500t，主要材质为Q345B，结构形式新颖（见图1）。

图1 项目效果图

本工程施工过程主要有几个难点。①该项目主要由圆管构件组成，相贯线节点圆管杆件相交复杂，杆件众多，最多时有8根杆件相贯连接，相关节点的深化设计难度大。②裙塔1层～4层是由三个编织筒体曲面网壳组成的圆盘状结构，均由钢管杆件组成，作为上部5层～6层钢框架结构的支撑。编织筒体网壳平面尺寸最大宽度约25.6m，最小宽度约10m，倾斜角度为60°，曲面网壳地面拼装精度不易控制。③网壳分片单元在吊装过程中变形不易控制，网壳的吊装方案与质量和安全的保障是重点。

4.2 装配式钢结构建筑BIM模型建设与实际结构转换

BIM技术的最大特点就是可以在施工前对项目整体结构进行有效建模，根据模型的建立状况，仿真具体施工过程，并根据模型的仿真结果对构件加工参数进行修正，保证所采用的构件制造工艺符合现场施工要求。同时，在模型构建过程中，建筑公司还可以结合项目的实际情况进行仿真，根据仿真结果完善和优化设计图纸与施工，提高设计与施工的合理性，减少工程问题的发生。该项目裙塔1层～4层三个编织筒体曲面网壳结构类型复杂，按照传统方式很难完成构件组装工作。为保证结构的拼装精度和进度，深化设计人员利用BIM技术在软件中将网壳三维模型进行分块，选择合适的参考点，再根据模型确定网壳构件各端口与参考点对应的三维定位坐标，从而确定网壳地面拼装坐标，同时根据得到的坐标制作专用的拼装胎架，大大提高了网壳结构拼装精确度和效率[2]。

4.3 装配式钢结构建筑施工过程管控

利用BIM技术可以在装配式钢结构建筑施工中有效保障项目的质量和安全。该项目为保障网壳结构在吊装过程中的质量和安全，并选择合理的吊装方案，在实际施工之前，根据模型的建立，对施工过程进行模拟仿真，从而实现对项目工期的预报。通过提前验算施工过程中结构自重状态下的应力与变形，同时对构件安装偏差控制进行指导，并利用BIM软件提前对特定工况下的最大变形量和最大应力进行验算，进行钢结构安装过程的施工模拟，通过不同工况下结构的变形量和应力值对方案进行比选。

4.4 装配式钢结构建筑成本控制

BIM技术应用于装配式钢结构建筑建设，可以实现对工程造价的有效管理与控制。在实际应用BIM技术时，利用BIM技术，通过相关的技术软件，统计各个工序使用量，建立施工模型，然后根据工程模型精确预算工程造价，保证工程造价与投资的一致性，并通过技术软件，有效减少工程建设中超出预算的费用，实现对资金的使用和流动的精确掌握，从而控制和管理钢结构工程造价，避免在施工中造成资金浪费。

4.5 装配式钢结构建筑施工全生命周期管理

在钢结构工程中，深化设计、构件加工、现场吊装是三个主要环节，而有效的信息传递可以保证三个环节的顺利进行，因此传达信息对钢结构整体建设具有十分重要的意义。而BIM技术则可以建立起传递施工管理信息的桥梁，保证施工过程中各环节之间的联系。比如，在建立BIM模型时，将所有深化、采购、加工、运输、安装等数据都及时同步输入模型中，使施工单位在实施项目过程中迅速获取所需资料，可按照各项环境完成进度精细划分，动态调整所有人力、材料、机械等资源的计划，防止资源分配不足，影响施工进度。因此，该项目中构建了信息协同管理平台（见图2），通过BIM技术与公司钢结构管理系统协同管理，从下单、提料、下料、质检、生产、运输各环节实时跟踪生产进度、质量，为项目履约保驾护航，实现设计、工艺的提质增效[3]。

图2 BIM协同管理平台

5 结语

BIM技术在该项目深化设计、加工厂预制、现场安装等实施过程中的应用极大地提高了工作效率、缩短了项目建设周期，经科学测算，该项目共节约成本60余万元，工期节约22d。BIM技术在装配式钢结构建筑施工过程中的应用研究具有较为重要的作用和意义，对提高我国建筑行业发展水平有重要的推动作用，是实现建筑行业管理的有效途径。