BIM技术在装配式钢结构建筑中的应用

郭继业

（中建二局第一建筑工程有限公司）

1 引言

近年来，BIM 技术的应用愈发广泛，因独特的可视化及出图性等特性，帮助许多建设企业提高自身市场竞争力。在实际应用中，BIM技术主要偏向于优化施工方案、缩短施工工期、提高资源配置效率等，并在控制工程质量等方面具有显著成效，对社会效益和企业效益都有着重要作用。

2 概念介绍

2.1 BIM技术概念

2002 年，美 国Autodesk 公 司 提 出 了BIM 概念——以助力建筑信息化管理和信息集成为目的一种信息模拟技术。

对于BIM技术的定义，现在国际上大致分为三种说法：BIM将建筑工程的物理等特性以数字化的形式表达出来；BIM可以动态化地呈现一个建设项目的生命全周期，并在此基础上将资源共享，为参与者提供决策依据；基于建设项目进度的不同，插入BIM 技术的时机也不同，BIM 支持各参与主体维持自身利益，并提升项目内部的协调水平[1]。

2.2 特点

1）数据直观化

BIM 将作业区域的信息进行采集和分析后可以快速出图，有利于工作人员对项目进行了解，更快地制定施工方案。

2）模拟性

通常来说，建设项目分为多个施工节段，而BIM技术可以针对这些分段进行实时模拟，并根据数据库信息制定预案，防止出现紧急事件，发生无法解决的情况。

3）可视化

建设项目涉及内容广泛，运用技术复杂，BIM技术可对项目数据进行3D建模，方便技术人员对项目进行整体分析，及时发现漏洞并进行修复。

3 存在问题

3.1 设计环节

一般来说，传统的建筑设计环节会利用CAD出图。这种出图方式虽然普及性较为广泛，但在准确表达建筑点、线、面以及多维角度整体概念时具有一定局限性，可能会致使建设单位无法明确装配式建筑构件之间的关联，这会影响结构构件加工等重要环节的正常进行。此外，建筑项目通常需要从宏观角度进行统筹和把控，传统设计方法可能无法准确表达各独立设计环节之间的整体关联，这会造成施工团队缺乏沟通，出现构件损坏或尺寸、规格选取错误等问题[2]。

3.2 生产和施工环节

首先，装配式钢结构所需构件必须依照图纸进行预先加工，传统设计图纸可能对构件细节的表达有所欠缺，实际生产出的构件和设计理念可能会有较大偏差；其次，装配式钢结构的组装需要大量构件，对生产人员数量要求较大，如果信息不对称或不准确，可能会出现构件丢失或损坏的问题；最后，在施工时，如果施工人员按照传统设计图纸进行场地划分、材料仓储，可能会出现规划不合理，进场材料堆放混乱的问题等。

4 应用介绍

在建设工程中，综合运用BIM 技术，可以有效提升信息管理程度，并且可以有效提升从设计环节到施工环节的质量，从而达到控制施工成本的目的。

1）拆分

①将工程结构数据导入Revit，获取3D数据模型。模型内含有钢筋等材料的信息，并清晰呈现了建设项目的界面轮廓。

②在Revit 中使用Dynamo 对构件实现可视化操作，将构件进行模拟拆分后依照要求再重新组装，即可视化编程。这一步是为了矫正模型的细节问题，并对结构构件进行拆分。

2）创建

①使用二次开发程序完善钢筋的参数，尤其要依照钢筋拆分和组装的设计理念和要求进行工作流程的布置。

②设计预制梁需要注意：梁端依照最大值进行选择，并参考预制梁钢筋加密范围；在梁跨中，纵筋在后浇段中断开时，其甩开长度必须依照套筒安装的要求进行尺寸选择。

3）布置

布置时，除了要依照布置要求外，还需要注意以下几点：

①位置的选择需要结合埋件内嵌族的构建结果以及模板构件形状的设计结果等；

②建立预制柱族，以合理确定预制柱的布置位置。构建时，需要注意柱和墙的连接参数，设置钢板的高度为实际高度；

③为了获得全局参数，需要将所有布置参数录入Revit软件中。

1）模拟

作为建筑工程最为复杂的环节之一，施工模拟较为不可控。为了达到实际施工和模拟施工的高度一致，需要使用Navisworks中的Timeliner制定3D立体模型，以达到模拟和实际施工两者之间的最大关联，并以4D 效果将项目呈现在技术人员眼前[3]。在这种技术中，人们可以清晰地看到设计理念、施工规划和项目进度，并且在流程模拟工作中对项目进行梳理。在装配式钢结构建筑中运用这项技术，主要展现内容包含场地的布置以及施工实况的模拟。

①在Revit 中，技术人员可以依照实际情况设置施工区、仓储区、办公区、生活区及供电供水系统的具体位置。此外，针对塔吊这种占地面积较大，并且对施工进度十分重要的器械的布置，在Revit 中也可以被不断优化。

②传统施工方法可能与装配式钢结构建筑的施工情况不符合。例如，建筑结构中的消防系统在平面图上的展现往往十分局限，技术人员可能会忽视其中的潜在问题。使用3D 模型对平面图进行转换，可以有效将工程立体化和可视化，便于快速排查问题并进行方案优化。优化过程中，仍然可以使用Navis-works 进行漫游模拟。

2）总结

上述BIM 技术在建筑项目中的具体应用不光顺应了行业发展趋势，还有效激发行业技术的领先发展。

在建筑行业不断成熟的前提下，建筑规模也在不断扩大，像装配式钢结构一样的新型建筑结构层出不穷。这些结构的组装和施工都更为复杂，而互联网和立体模型等新技术不仅可以保证施工人员在材料采购时就提升准确度，降低采购成本，还可以帮助组装工作顺利进行。

同时，BIM技术的独特性保证了它可以在施工现场进行较为精准的信息采集，且数据反馈都经过比对、处理和筛选，具有很高的参考价值。这些数据不仅有利于施工单位把控现有工程项目，还可以“入库”，帮助企业提升市场竞争力[4]。

5 案例分析

5.1 概况介绍

该项目位于陕西某生活办公区。建设项目包含食堂、办公楼、宿舍楼2 栋。建筑主体占地面积约14400m2。本文以综合办公楼为例子进行应用说明。

该办公楼地上7层，地下1层，总建筑高度35m。使用钢框架结构、钢筋桁架混凝土现浇板作为楼板结构。

5.2 实际应用

1）桩基础

桩基础工程设计环节主要运用BIM技术绘制工程桩，并且依照实际情况模拟现场布置工程桩的所需长度，制定混凝土材料供应量和钢筋使用量等。配合各项资源的投入等，将这些数据反馈到模型软件中，有效提升技术人员的分析能力（见图1）。

图1 桩基础示意图

2）基坑开挖

利用BIM技术创建基坑开挖模型，并模拟施工过程，有效提高施工和设计两个部门之间的协调程度，并且及时排查施工过程中可能出现的问题。在这个环节中使用BIM 技术搭建3D 模型，可以提高工作效率，节约资源成本，提高建设容错率，防止各部门沟通不畅等现象发生（见图2）。

图2 基坑开挖示意图

6 结语

虽然装配式钢结构建筑对建设团队的要求很高，并且其设计、拼装及施工等过程都不同于传统建筑结构，但依托BIM技术的特性和技术优势，行业技术人员可以不断提高装配式钢结构建筑的生产和建设效率，以新兴技术和建筑行业的结合为案例，提交了一份满意答卷。