Application of BIM Technology in Steel Structure Construction Process
王凯 WANG Kai；郁永星 YU Yong-xing；王帅 WANG Shuai
（中国建筑第八工程局有限公司，济南 250000）
（China Construction Eighth Engineering Division Co.，Ltd.，Ji'nan 250000，China）
摘要：钢结构工程是以钢材为预制构件原料，在施工现场采用特定连接方式，将构件拼装连接起来，这种结构质量轻、强度高、力学性能好且可再次利用，具有良好的环保性能。因此，在现代建筑施工中，钢结构的应用相当广泛。而在其施工中，BIM技术运用具有良好的技术性，进一步深化设计、优化管理，保证工程的建设效益。本文主要就BIM技术在建筑钢结构施工过程中的应用进行分析探讨，充分利用该技术，促进施工效率和质量的提升。
Abstract: Steel structure engineering uses steel as the raw material of prefabricated components. The joints are assembled and connected at the construction site. This structure is light in weight, high in strength, good in mechanical properties and reusable, and has good environmental performance. Therefore, in modern building construction, the application of steel structures is quite extensive. In its construction, the use of BIM technology has a good technical, further deepen the design, optimize management, and ensure the construction efficiency of the project. This paper mainly analyzes and discusses the application of BIM technology in the construction process of building steel structure, making full use of this technology to promote the improvement of construction efficiency and quality.
关键词：BIM技术；建筑钢结构；施工过程；应用；价值
Key words: BIM technology；building steel structure；construction process；application；value
中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0237-03
0 引言
在建筑行业发展中，科技的发展也可为其提供重要支持，将两者结合对于建筑行业的发展是具有积极意义的，可以更好地保障其施工质量。当前，在建筑施工中，钢结构工程相当重要，对建筑工程的建设质量也有很大影响，是建筑行业实现可持续发展的关键。在其施工中，通过对BIM技术的应用，在设计、施工等环节都可发挥较大价值，保证工程的建设效率和品质，可使企业更具竞争力。
1 BIM技术概述
BIM技术也被称之为三维建模技术，这种技术软件的应用广泛，其自身应用要比信息模型软件平台更多，实现界面可视化，从而录入各个部件间的基本信息，经过软件处理、统计，将数据提供给设计人员和施工方，可以减少施工中的失误，使施工顺利进行。该技术具有如图1所示特性。
在钢结构工程施工中，应用BIM技术主要对设计进行深化，并指导后期的制作和安装工作，通过构建起三维模型，组合各个模型中的信息，可以得到详细的工程设计图以及精准的模型，其中的内容和数据更新也可实时更新，保证了出图的效率、报表精度。
具体在钢结构工程中，BIM技术的运用具有以下三方面作用：第一，构建起建筑工程的三维模型，对钢结构进行碰撞检测，分析其构件安装和整体能耗，来优化设计钢结构工程，使设计更具合理性和可靠性；第二，实现施工信息的共享，利用BIM技术建立起BIM平台，可以共享不同专业信息，由于信息流通得以加强，因此可以高效传递其中的各项数据和信息，及时优化更改施工流程，保证施工管理成效；第三，对钢结构预制件进行优化，在具体的钢结构施工中，预制件发挥着显著作用，要保障其质量就要利用BIM技术进行信息共享，在企业获取到足够的预制件信息基础上，来进行其构件生产，提高项目施工效率和生产质量。
2 钢结构BIM的建立
通常情况下，要制作钢结构，要先建立起钢结构BIM模型，通过3D实体建模对设计进一步深化。该过程就是利用电脑进行预拼装，将所有的杆件和节点连接等信息，都通过三维实体模型进入钢结构整体模型中，该三维模型与之后的建造建筑一致。然后利用三视图原理投影生成布置图和构件图等加工详图，查找设计中不合理的地方进行改进和优化。在其设计深化中主要有四个阶段，各个阶段都需要校对人员参与实施控制，经过审核之后才可出图，然后进行下阶段工作。
在第一个阶段，就是根据其施工图，建立起轴线布置、搭建杆件的实体模型，导入AutoCAD中单线布置，并对其校核、检查，确保两套软件中导出的设计数据吻合，提高构件定位、拼装精确度。创建轴线系统，并选择工程中使用的截面类型和相关几何参数，建立起整体的三维实体模型，并对其进行编辑。
第二个阶段，就是根据工程设计图纸，安装和处理模型中的杆件连接、构造和加工安装工艺等，建立起整体模型后装配其中的各个节点，根据工程制作调价、现场拼装和土建条件等，采取合适的装配方案。
第三个阶段，就是对搭建起来的模型执行碰撞校核，审核人员对其进行整体校核和审查。装配完成各个连接节点后，运用BIM技术中的碰撞校核功能，来校核其中各项细微碰撞，检查其设计、建模中存在的误差。系统可以将各项碰撞情况自动列出，设计人员核实也更加方便，然后对模型进行更正，在多次执行校核后将样图设计误差有效消除。
第四个阶段就是在3D实体模型的设计基础上，最终出图。BIM建模软件的图纸功能，可以自动产出图纸并对其进行调整，以及产生加工和安装的辅助数据等，比如材料清单和油漆面积等。完成节点装配工作后，按照设计准则中编号原则，来对构件、节点等编号。然后产生布置图和构件图等，根据设计准则进行图纸修改，包括图纸的类别、大小和比例等。这些加工详图是利用三视图原理投影和剖图来生成深化图纸的，在杆件模型上直接投影即可产生杆件长度、断面尺寸和杆件的相交角度等。从理论上来讲，其生成的钢结构深化图不存在误差，其精度比较理想。最后统计用钢量等资料，按照构件类别、材质等进行排序整理，输出其数量和表面积等信息，便于后续施工的顺利进行。
3 BIM技术在建筑钢结构施工过程中的应用
3.1 钢结构生产制作中的应用
当下，信息技术、自动化技术发展迅猛，数字化加工和生产管理逐渐取代传统手工加工技术、人为生产组织。应用BIM技术，可以使钢结构的加工制造更加简单，BIM模型可以输出相关信息，不仅可以快速生成加工清单和工艺路径，在数控切割和油漆喷涂等工艺中也可发挥积极作用。BIM技术的应用有助于建立起数字化的生产管理系统，改变了以往指令需层层下达反馈的状态，其生产协同信息平台具有一体化、扁平化特性，可以将加工指令信息有序下达到工位，在加工工序完成后及时反馈信息到平台。其数字化生产管理系统，可以提高标准的数据接口，将相关文件清单导入而生成初步加工清单。
生产组织的重要基础，就是工艺流程的规划，需要熟悉相关设备和工艺技术的人员，根据工艺流程等编制设定各结构形式工艺流程，合理配置其各个流程的参数，并优先指定其使用设备，便于选定其工艺路径。完成各项生产数据准备后，系统中指挥人员发挥生产指令，系统会自动匹配零件清单与生产流程，结合车间工位、设备负载反馈信息等，将指令快速下达到系统指定工位、终端计算机，然后各工位开始进行加工。仓库人员可根据生产计划，得到使用的材料信息，事先准备好使用的材料。
在各项生产流程指定工位、设备旁，会设置计算机控制台，以及时获得流转过来的待加工指令。生产人员可在计算机上操作，选择构件和运行状态，同时系统可以将其过程状态及时记录，便于管理人员对生产情况确切掌握，及时进行合理调整。
以异形板材加工为例，在其切割和钻孔等加工中，需要加入套料冻胀使其利用率得以提高。具体可采用一些自动套料排版软件，批量转入BIM输出的多个NC文件，其数据输入的效率高、准确性好。在得到NC文件零件信息后，根据钢板的厚度和材质，将输入零件进行自动套料分类，完成作业文件后，按下执行按钮，即可完成零件的套料加工。
3.2 施工阶段应用
在钢结构施工中，项目的成本控制、施工质量和施工进度等方面都还存在一些问题，由于工程的变更而引发造价波动，或者其安装工艺使用不当会导致工程延期等，以及由于安全意识薄弱，而导致安全事故的发生等。这些问题都不利于保证工程建设效率和质量安全。
应用BIM技术，通过参与管理其3D模型中构件，并关联3D模型和时间轴，然后进行4D模拟施工，并模拟其施工场地布置等，从而实现施工前对施工计划的审查确保安装工艺的合理性，避免工序间出现冲突，以及埋下安全隐患等，及时纠正存在偏差，才能更好地确保施工目标的实现。
利用BIM 新品库、软件插件，可以二次开发更高效、智能建模。在4D模型基础上，对具体施工进行模拟，并综合各专业完成碰撞检查，对施工中的重点部分可以模拟，从而优化项目施工方案。并且应用BIM技术可以模拟建筑节点构造模型，对其进行精准展现，促进设计质量提升，减少了工程变更则其施工效率也可有效提高。在实际施工中，其信息流转中可以利用模型进行计划制定，信息共享效率提升，更高效指导施工现场。不仅保证了工程施工质量、进度和成本，且提升了管理水平。
在施工中，利用BIM平台可以对施工成本变化和施工质量等，进行实时跟踪，并将具体信息录入3D模型与原计划进行对比，及时调整施工计划等，确保工程按时按质完成。并且数据模型的更新是动态的，可以跟进部分完工工程的验收，各方可及时追踪项目建设情况，并且进行沟通交流来确保其成本目标和安全目标等的实现。
3.3 运用阶段BIM技术应用
在建筑钢结构工程全生命周期中，运营阶段的周期最长，且该阶段也需要花费更大的成本。在传统建筑运营维护中，是根据其图纸由人工进行数据采集，并与表格中设备系统数据结合来监控工程建设情况的。这种方式直观性较差，且无法保证其时效性，在传输数据的过程中也容易发生丢失等情况。而利用BIM技术，可以保证设计阶段、施工阶段中各项数据资料在传输到运维阶段中的完整性、全面性，建立起项目全生命周期档案，其中的数据可以实时、动态更新，对于运维管理来说，保证了管理质量和效率。
当前，对BIM技术在钢结构工程运维管理中的应用研究较少，虽然对其应用功能，当前实际应用中存在问题等有一定的认知，但在其空间管理、物业管理和能耗管理方面的研究还存在一定程度缺失。但在一些大型项目中，建筑钢结构工程在运维管理阶段，对BIM技术进行高效应用，可以借鉴相关经验。比如北京凤凰传媒中心，在其运维阶段就进行了FM调度与分析的强大信息模型，其总面积达到6.5万平方米，采用的是非线性型体，项目团队也采用新的工作方法来建设。应用BIM技术减少了施工风险、提高了施工效率，在其运维计算创建其信息模型，可以进行FM调度与分析，其中的FM数据要素包括安保控制和能耗等，将其在信息模型中得以整合，工程竣工后交付业主，提升了其运维管理成效。
4 结束语
在现代建筑中，钢结构建筑是重要的结构类型，这种建筑的稳定性良好、资源消耗少、耐久性强。在其设计、施工和运维等各个阶段，要合理运用BIM技术，使其价值充分发挥，通过碰撞检查和构件制作控制等，提升其施工效率，保证施工质量安全，达到工程效益目标，推动钢结构工程进一步发展。
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