Project Management Practice of Steel Structure Engineering Based on BIM Technology
彭轶群① PENG Yi-qun；吴丽芬② WU Li-fen
（①三江学院土木工程学院，南京 210012；②南京迹航交通科技有限公司，南京 210000）
（①College of Civil Engineering，Sanjiang University，Nanjing 210012，China；
②Nanjing Jihang Traffic Technology Co.，Ltd.，Nanjing 210000，China）
摘要：本文结合某车站站房钢结构项目的工程实例，详细叙述了 BIM 技术在钢结构加工制作阶段、运输管理阶段和现场安装阶段中的应用。BIM技术的引入显著提高了钢结构工程建设质量和项目综合管理水平。体现出 BIM 技术在复杂钢结构项目中应用的强大优势，为BIM在建筑行业的推广应用提供经验和思路。
Abstract: This paper describes the application of BIM technology in the steel structure processing stage, transportation management stage and field installation stage in combination with the engineering example of a station building steel structure project. The introduction of BIM technology has improved the quality of steel structure construction and the overall management level of the project. It reflects the strong advantages of BIM technology in complex steel structure projects and provides experience and ideas for the promotion and application of BIM in the construction industry.
关键词：钢结构；BIM技术；项目管理；应用
Key words: steel structure；BIM technology；project management；application
中图分类号：TU17；TU391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）27-0175-03
0 引言
BIM全称为Building Information Modeling即建筑信息模型，BIM的出现是自上世纪九十年代出现“甩图板”之后，工程建设行业出现的第二次产业革命。该技术包含了：建筑设计、工程量统计、物业管理、结构设计、成本计算、管线设备设计等各方面与建筑工程有关的信息数据，是优化建设结构、推动建筑行业快速发展的重要手段[1]。钢结构作为建筑行业中最重要的建筑结构形式之一，将BIM技术应用到钢结构工程中，对于强化钢结构在工程建筑过程中的优势最大化的发挥钢结构的作用，具有重要的意义。本文以某火车站站房改扩建工程为例，说明BIM技术在钢结构项目管理中的应用。该项目使用的深化设计软件为BIM系统中专门针对钢结构深化的Tekla Structures软件，以下简称TS。
1 BIM技术在加工制作阶段的应用
1.1 材料采购
材料采购是影响项目的重要环节之一。项目的工程量较大，如果一次性采购大量材料，会造成材料的积压，占用项目大量资金。而如果采购量不足，会造成无法满足现场施工进度，导致延长工期的严重后果。所以材料采购一定要适时、适量。适时，即在合适的时候采购。控制工期是三大控制项目之一，一旦工期无法满足合同要求，会造成大量的经济损失。可以根据施工方案将工程分区，结合施工时间反推出每个分区需要采购材料的时间，采用分批采购的方式来满足采购需求。适量，即采购合适数量的材料。不论是过量采购还是过少采购都会对工程造成一定的影响。此时需要提前预估出各个分区中每种材料的重量。TS软件可以帮助采购人员快速、准确地导出预查询分区中的每种材料的信息。利用信息中规格、宽度、长度、重量等数据，可以实现快速提料，为精确采购提供依据。
1.2 零件加工
图纸是加工厂生产零构件的基本依据，因此，一套精确、详细、完整的深化图纸是指导加工厂正常生产的重要因素。利用BIM系统中TS软件可以精确、高效地绘制深化图纸，为加工工期节约大量宝贵的时间，并为工厂得以准确无误地加工所需零件奠定了坚实的基础。
1.3 杆件加工
该车站站房为网架结构，其施工方式为工厂加工网架杆件，以散件形式发往项目部，由现场施工人员拼装成片，采用超大型液压同步滑移技术，将结构逐榀累积滑移到位。网架杆件全部为钢管，钢管之间的相贯口切割是传统钢结构加工制作的重点、难点。利用TS软件与数控设备结合的方式，可以有效地解决此类问题。利用软件导出数控设备所需CAD格式的杆件线模，并将线模导入数控设备，再利用数控设备自带的编辑软件将线模赋予管径、编号等信息，最后生成相贯口数据文件，达到杆件一次性切割成型的要求。
用TS软件导出含有杆件加工需要全部信息的NC文件。数控设备直接读取NC文件内信息，一次性切割完成杆件所需的长度、相贯口形状以及相贯口部位的焊接坡口。这样可以省略导出CAD线模的步骤，更加省时省力。BIM技术的应用可以为工厂加工制作节约了大量的人力和时间，大幅提高生产效率，有效地节约生产成本。
1.4 工厂组装
该车站项目中不止有网架这类以散件形式加工运输的构件还有大量需要在工厂拼接的构件，例如支撑整个屋盖的Y型柱。Y型柱作为整个站房结构的重要结构之一，其焊接工艺较网架来说更为复杂，因此其焊接质量成为工作中的重中之重。由于焊接质量以工厂焊接为最佳，工地焊接次之，因此，Y型柱做为结构承重的重要构件之一，应优先选择在工厂组装焊接。然而，由于工厂焊接人员并不了解组装后构件的实际形状，若是只通过二维图纸，很难想象出构件的具体形状，对构件的拼接造成一定的困难，也可能会有零件拼错位置或者方向错误的情况发生，若发生此类问题校正起来会消耗大量的人力物力，造成较大损失。采用BIM技术之后，可以较大程度的避免发生此类错误。BIM技术可以提供构件的三维效果图（图1、图2），在构件焊接之前，工厂管理人员组织操作工人进行交底工作，向其展示预拼装构件的三维模型，从各个位置、角度讲解拼装时的注意事项。这样可使得操作人员通过视觉更加全面的了解预拼装构件的整体效果，为以后拼装工作的顺利进行打下坚实基础。
1.5 掌握加工顺序和进度
该车站站房网架分为一、二、三、四共四个单元，每个单元再分为a、b、c、d、e共五个分块，即共分为20个分块。根据施工要求，加工顺序由一至四单元。工厂管理人员利用BIM技术，通过信息模型可以精确地掌握各个分块的构件信息，将各个分块以不同颜色区分，也可将已加工构件和未加工构件采用不同颜色区分，不需要像以往采用多张二维平面图纸对应的方法来明确构件。此做法使得加工顺序以及加工进度更为具体化、精细化。
1.6 工厂内部成本核算
加工厂内部需要进行成本核算，核算所需的零件名称、零件数量、零件重量、构件名称、构件数量、构件重量等数据均可以快速从BIM模型中提取导出。
2 BIM技术在运输管理阶段的应用
该项目钢结构构件的重量、体积均较大，如果前期分段工作没有做好，就会对后期运输工作甚至到达现场之后的安装工作造成巨大困难。技术人员使用BIM技术，能够快速得到构件的宽度、长度、重量、面积等各种信息，再根据运输部门提供的运输能力的基本要求以及项目部提供的吊装能力等信息，在国家规范要求的范围内合理分段，以同时达到规范、运输、吊装的要求。运输部人员可以快速导出构件信息，根据车辆运输能力来合理分配运输构件，并且可以在三维模型中实现预装车，确认构件是否可以摆放在车中，合理确定构件装车的位置、方向、叠压情况，有效避免出现实际装车时超载、超宽、超长等情况。运输部门可以根据导出的构件信息快速制作运输清单，合理安排运输顺序，有效地掌握运输进度和控制运输成本。
3 BIM技术在现场安装阶段的应用
3.1 实现可视化交底
传统的项目部交底只是在二维图纸的基础上，对工人进行交底，交底效果有限，工人面对二维图纸缺乏对工程的整体认识，依旧可能导致安装错误。使用BIM技术可以实现可视化交底，工人对不同构件的施工注意事项以及构件之间的安装关系更为具象化，大大减少由于工人施工经验不足导致安装错误的概率。
3.2 为现场拼装提供便利
该项目屋盖网架施工采用工厂散件发货至现场，再由现场拼装焊接成块。因此，控制现场拼接质量应作为关键步骤之一，拼接质量又分为安装质量和焊接质量，其中安装质量理解为拼接时零件的安装位置误差。焊接质量是由场地、环境、人工等因素来控制，安装质量主要取决于现场胎架组拼质量。网架分块中，焊接球作为关键节点，只要精确定位球的位置，整个分块的整体形状就较容易精确控制。利用BIM技术将预拼装分块中所有焊接球的坐标导出，转化为相对坐标，再把数据导入到全站仪中，利用全站仪精确控制每个球的位置，这样可以在地面上精确制作此分块的拼装胎架，为分块的精确拼装提供重要基础，为保证网架的整体安装质量提供重要保障。
3.3 为现场吊装提供重要数据
现场吊装是钢结构施工的重点，吊装前最重要的准备工作就是确定预吊装构件的重心位置，再根据重心位置合理设置构件吊点。只有吊点设置合理，才能保证安全的将构件吊装到位。另外，现场机械设施起重量有限，计算构件重量是否可以满足机械吊装要求也是施工重点之一。利用BIM技术可以精确、快速的查询构件的重心、重量等信息，相比以往采用项目部人员手工计算结果的方式，BIM技术省略掉大量繁琐的而且缺乏技术附加值的工作，而且得到的结果既精确又高效。
3.4 掌握施工进度并快速制作各类报表
项目部进行施工管理时必须完全掌握工程进度情况，并且同时需要制作项目施工生产周报、月报、季报，项目进度表，成本核算表等大量报表。报表作为工程施工过程中重要的数据保存形式，必须都做的非常精准。由于报表种类及数量较多，所以制作报表的时候需要大量的数据支持。在传统工作模式下，项目部人员需要消耗大量的时间来统计每一种数据，不仅工作效率上大打折扣而且准确性也不能做到百分百正确。BIM即建筑信息模型，其中储存了模型中所有信息以供快速调用。工作人员只需选择预查询的构件，即可快速查询出所有构件的相关信息，再将信息导出至Excel表格并加以整合，这样便可以快速得到制作报表所需的构件名称、长度、宽度、数量、重量、材质、体积、甚至表面积等各类数据。有了精确、充足的数据支持，可以大大提高项目工作人员工作效率和工作准确性。
3.5 进度模拟和实时漫游
利用BIM技术，可以根据工程实际施工进度，将工程施工流程按照时间的推移演示出来，给人以更加直观的工程进度概念，如图6所示。BIM技术同样支持4D模拟，即在模型中以第一人称视角实时行走，用模型模拟现实，在里面行走随时发现问题随时记录，以便快速修改。
4 结语
BIM技术是工程项目管理中划时代的标志，代表了建筑业应用信息技术的新方向。BIM技术在该车站钢结构项目的运用，较好的体现了其在钢结构领域的优势与特性。在项目的加工制作阶段、运输管理阶段、现场安装阶段，BIM技术保障了结构的安全性和信息传递的准确性，保证了构件加工的准确性；既能提高项目各环节的工作效率，又能避免传统二维图纸施工构件、管线碰撞而导致的返工情况；在减少工期的同时，亦可节约成本。与传统管理方法相比，BIM技术在该工程中的管理实践有更为显著的优势，对BIM技术在今后复杂钢结构工程项目管理中的应用有一定的参考价值。
参考文献：
[1]周淳，赵峰，陈敏.BIM技术在大跨度异形桁架钢结构项目中的应用研究[J].施工技术，2016，45（21）：78-81.
[2]彭轶群.基于BIM技术的钢结构工程深化设计应用探究[J].价值工程，2019.
[3]刘海东.BIM技术在钢结构拱圈施工管理中的应用[J].价值工程，2018，37（01）：114-116.
[4]李东海，倪娟.基于BIM技术在工程管理中的实践研究[J].价值工程，2017，36（18）：38-40. |
