中国工程物理研究院
摘要：本篇文章对BIM技术在国家某重点工程项目钢结构施工中的应用方法和内容进行了探究，详细的讨论了其中二维码的应用方法及利用BIM技术对钢结构吊装模拟的应用方法，并阐明了其意义，对今后的钢结构施工中BIM技术应用可以起到指导性作用。
关键词：BIM技术；钢结构二维码应用；钢结构施工模拟；有利于运输和后期运维；指导意义
ABSTRACT：This paper explores the application of BIM technology and content in the construction of steel structure engineering，which details is recorded in the two-dimensional code of BIM technology in steel structure engineering.Using application method of BIM technology in steel structure engineering can play the hoisting simulation，and be expounded its significance in this paper.These applications of steel structure construction can play the guiding role in field of BIM technology in the future.
KEYWORD：BIM technology；two-dimensional code；construction simulation；steel transporting；construction maintain；play the guiding role.
引言
BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目全周期的各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点。
目前，我国各工程项目的钢结构施工仍沿用的是传统管理模式，钢结构施工中的深化设计、制作、安装等各环节信息相对孤立，过程中的信息反馈不及时、不准确，导致了大量的人力、物力、财力的浪费。
若将BIM技术引入钢结构施工过程中，通过BIM技术提高项目各方的协调性以及信息整合能力，将大大改观传统钢结构施工的模式。通过利用二维码记录信息的特性，给钢结构赋予它独特的身份信息，既能从钢构件生产、运输过程中就开始钢构件的信息录入及过程跟踪，也能在竣工时、方便钢构件的竣工验收及竣工后的后期运维管理；运用BIM技术对钢结构吊装进行动画模拟，也可以更好的指导施工，使钢结构吊装的安全、质量、进度得到保证，使施工技术交底变得更加直观、简洁。
1.二维码在钢结构中的应用
二维码拥有信息储藏量大，编码范围应用性广，容错纠错功能强，译码可靠性高，可引入加密措施，成本低，易制作，持久耐用等特点。基于二维码的特性，将钢结构相关信息记录于二维码内，可大大提高钢结构施工管理及后期运维的效率。
1.1 钢结构中二维码应用目的
按照钢构件生产厂家深化图纸的编号，对每个构件进行编号，同时也给每个钢构件赋予二维码，使每个钢构件拥有了可识别性。可以在生产过程当中对产品和部件进行编码管理，按产品生产流程进行系统记录。也可以在生产过程中避免错误，提高生产效率。同时可以进行产品质量问题追溯，比如生产日期，加工班组，质检人员，焊接班组，原料采购等，使每个钢结构都处于受控状态。
1.2 钢结构中二维码应用过程
由施工总包对钢结构分包在合同上约束，配合项目BIM小组实施二维码在钢结构中的应用；钢结构厂商在生产加工钢结构构件前进行图纸深化，以便达到钢结构加工的需求，在通过设计单位审核后由BIM应用小组根据深化后的图纸建立钢结构BIM模型；BIM小组根据深化图纸的编号在模型中对构件进行编码，同时生成二维码；生产厂家在加工过程中提供生产信息，包括构件材料采购日期、采购厂商、构件加工日期、加工班组、焊接班组、喷漆班组、打磨班组、质检员等，BIM小组将这些信息录入到二维码中，打印到不干胶标签上，由生产厂家将二维码粘贴到构件上，并由监理工程师在出厂前核对二维码信息与实际是否一致，人员的证件是否一致等。所有程序就绪后开始运输构件到项目现场。
1）将所有构建进行标准化编号
所有构件在创建三维模型时会被赋予一个固定的ID识别号，这个号在整个系统中是唯一的，它可以被电子设备识别，但在这个过程中也不可避免地需要加入工程师的活动，所以需要编列同时便于人识别的构件编号。通过构件编号可以让工程师快速找到该构件的所在位置或者相邻构件的识别信息。由此本项目特别引入了“二维码”管理。“二维码”是用某种特定的几何图形按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息。它的信息存储容量大、编码范围应用性广、容错纠错功能强、译码可靠性高、可引入加密措施、成本低、制作易、持久耐用。二维码包含以下基础信息：
①建筑区块；
②轴线位置
③高程区域；
④结构类型（主结构、次结构、临时连接等）
⑤构件类型（梁、柱、支撑等）
⑥油漆工艺（品牌、喷涂工艺、厚度等）
⑦加工信息（人员、质检、班组等）
⑧安装信息（人员资质、安装时间、安装单位等）
2）利用关键坐标数据记录
虽然经过三维建模已经可以得到所有构件的空间关系，但如果能在构件信息列表里加入控制点理论坐标，那么既便于工程师快速识别，又能够辅助后续工作。坐标点的选取应根据实际情况的需要而确定，例如，规则的梁和柱往往只需要记录端部截面中点即可，而复杂节点就比较适合选择与其他构件接触面上的点。这些坐标数据需要被规范的排列以便于调取。
图1 钢结构生产期间对二维码执行情况抽查
3）数据平台的架设
BIM应用与深化设计的融合不单是建立模型和数据应用，还需要在管理上体现融合的优势。建立一个数据平台，这个数据平台不仅要作为文件存储的服务器，也要为团队协作和参建单位信息交流提供服务。
现在钢结构深化设计常用的BIM软件为Tekla，该软件与本项目使用的BIM5D软件有对应的模型接口，可以将深化的BIM模型与土建模型相结合，方便整个项目的协同管理与数据提取。
图2 Tekla转换BIM模型
4）二维码应用界面的划分
钢结构二维码的应用，主要在施工图阶段、深化设计阶段和验收阶段中进行。施工图阶段主要包括施工图制作和BIM模型制作两项内容；深化设计阶段主要包括施工图交底、深化设计、深化校核和二维码应用这四项工作内容；验收阶段的主要工作内容是现场验收。
而项目的各参与方，包括业主、BIM小组、设计单位、监理、施工总包、钢结构分包，在上述三个阶段中，对二维码的应用如下所述：
业主方在验收阶段，通过二维码可以对钢结构构件进行抽查、验收。
BIM小组的主要职责是在施工图阶段就对钢结构进行BIM模型的制作，然后在深化设计阶段对钢结构的位置、尺寸等进行校核，并且将印有二维码的标签一一对应粘贴到每个钢构件上。
设计单位不仅需要制作施工图纸，还需要对BIM小组提出的深化校核的问题进行答复、修正，使图纸在施工前达到最优。
监理方不仅在深化设计阶段需要向施工总包方进行施工图交底，还需要参与二维码制作、现场粘贴的监督管理，为二维码实施做质量保证。在现场验收阶段需会同业主利用二维码进行钢结构验收。
施工总包方则是同钢结构分包方一起进行深化设计阶段的施工图交底及钢结构的深化设计，并且参与二维码的制作、粘贴及应用，参与验收阶段的现场验收。
只有项目各参与方的相互协同，才能让二维码高质量的应用到钢构件中，使后期的竣工验收及产品的运维真正变得方便起来。
5）二维码的应用流程
从钢材进入工厂开始加工至出厂后的二维码的制作，再到钢结构入场、拼装的顺序，通过图3的应用流程图可以清楚的说明。
图3 钢结构应用流程
1.3 钢结构中二维码应用意义
二维码技术的应用改进了传统的工程现场管理，将具体数据明确化、责任人关联化，使工程管理人员在现场监督检查的过程中可以及时发现问题并找到相关责任人。其应用不仅节省了大量查找通知的时间，也提高了管理工作的效率，同时方便业主及相关单位进行施工过程中的管控，使钢结构施工管理更加公开透明。
二维码应用在前期的目的是控制质量，后期在竣工阶段，BIM小组现场人员记录钢结构安装的节点、安装人员等信息，将二维码信息完善后排版打印，竣工后在对应的位置张贴二维码，方便后期保养维护与追溯。
2.BIM技术在钢结构吊装中的应用
2.1 用BIM模拟吊装方案的目的
为了使技术交底更加直观，有效的管控钢结构吊装的安全、质量、进度，检验钢结构吊装公司的吊装方案是否最优，各项措施是否达到相关规范要求，BIM小组在吊装前将吊装方案用动画模拟的方式，直观的展示出来，方便各方讨论。
2.2 模拟吊装过程
BIM小组根据监理审核通过的《钢结构专项施工方案》制作模拟吊装方案动画。
动画制作前，BIM小组先与业主、监理、施工单位进行充分沟通。业主需要动画对钢结构吊装施工有实际指导作用，能够对钢结构吊装过程进行整体展示（如图4），监理希望能在动画中体现对安全和质量的整体控制，施工单位方面希望通过动画展示技术交底。
图4 材料堆放位置展示
根据施工方案和沟通结果，拟定钢结构动画展示的步骤内容。将拟定的步骤与相关工程师进行沟通细化，根据相关工程师的指导以及业主、监理、施工单位的进一步需求，对步骤中的细节部分进行深化，新增安全员位置、节点细节展示、安装准线展示、空间关系展示等内容。
内容确定后，正式进入动画制作阶段。使用3DS MAX、Photoshop、Revit等软件制作模型与场景。按照施工方案的指导进行设备等设施的搭建。完成搭建后，在3DS MAX中对场景进行合并，并添加对应的灯光和材质。然后对已完成的场景进行渲染测试，检测模型是否有问题。完成检测后，根据每个步骤所需要的时间，进行关键帧的设置，安排动画镜头的数量，之后将对应镜头渲染出图。场景出图后，利用视频处理软件After Effects进行后期合成，完成视频素材制作。根据钢结构方案动画演示的需求对视频素材进行剪辑，并结合photoshop等软件，为该视频加入后期素材。对剪辑好的钢结构方案动画视频进行校色并添加适合的背景音乐。最后使用After Effects对视频进行后期渲染，并配合格式工厂软件将视频压缩成指定格式。
钢结构正式吊装前给施工人员进行动画交底，各方所确认吊装过程应该注意的每个细节，全部都体现在动画模拟吊装中。
在钢结构吊装开展的过程中，现场拍摄节点安装的过程，技术处理后插入动画中，最终形成一个完整的吊装动画。
2.3 模拟吊装的意义
通过动画模拟钢结构吊装的施工过程，可以更直观的在施工前明确施工工艺和顺序，在施工的时候更好的指导钢结构的吊装，从而有效的管控其安全、质量、进度，保证了钢结构的吊装方案及各项措施达到相关规范要求。
3.结束语
近年来，钢结构相比于砖混结构建筑，采用先进的设计和加工工艺以及大规模的生产方式，在环保、节能等方面具有明显优势。其性能、造价等也优于传统的钢筋混凝土结构。钢结构的施工中运用BIM技术，通过给构件赋予二维码，能更好的从生产、运输过程中就开始记录和跟踪构件的信息，使每个钢构件有了自己独特的“身份”，在构件的生产、运输、施工及后期维护上，节约了人力物力及缩短工期。结合钢结构施工吊装的模拟，则能更好的控制造价和施工质量，在BIM技术与施工管理结合的领域上起到指导性作用。
论文作者:吉翔,向鹏,苏鸥,余霞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/4
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