摘要：随着我国城市化进程的加快，钢结构建筑快速崛起并得到广泛地应用。然而随着工程规模逐渐变大，结构体系也越来越复杂；钢结构在具体的施工过程中产生了很多问题，如设计较为粗糙、信息传递不明确等。面对这样的问题，建筑信息模型（BIM）开始成为研究钢结构施工可视化研究的重要手段。
关键词：BIM技术；钢结构；施工过程
一、前言
近年来，随着我国经济的快速发展，钢结构在建筑工程中的使用量越来越大。我们所熟知的北京中央电视台、上海环球金融中心、上海金茂大厦以及国家体育场等都是钢结构建筑；这些结构以优美的外观，高大宽阔的造型赢得了国内外人民的称赞。然而随着钢结构形式越来越复杂，出现了如特大高耸结构、大跨度张拉结构以及板壳结构等特殊结构，这些结构在设计、连接、加工以及安装过程中出现了很多问题，进而限制了钢结构的应用和发展。本文从BIM技术出发，将该技术应用于钢结构工程中；通过构建钢结构建筑信息模型，输入结构模型参数，实时指导钢结构工程的关键技术阶段，促进钢结构在建筑行业中的发展。
二、BIM技术概述
BIM的中文含义是建筑信息模型，也称建筑数字模型；强调将建筑模型的所有信息都整合在3D模型之中，这个模型中不仅包括建筑几何，还包括建筑工程本身的相关数据信息，为工程建设各个环节的全生命周期提供了可靠的依据。BIM技术是建筑行业的一种新工具，具有可视性、模拟性、优化性、协调性和可出图性等特征，将其应用到建筑行业的是一次伟大的变革。目前已经广泛应用于工业建筑、民用建筑、道路桥梁工程以及钢结构工程中，实现了理论技术与建筑行业的完美结合。BIM技术能够有效地结合各种专业，进行信息集成，能够有效地加快建筑工业化程度，促进建筑行业的发展。
三、目前我国钢结构发展过程中存在的问题
钢结构是我国建筑结构类型的重要组成部分，因其抗震性能好、耐久性强、施工周期快、节能环保等优点被超高层、大跨度等多种建筑工程广泛采用。钢结构工程包括设计院和施工单位设计出图、工厂进行构件加工以及现场吊装三个阶段。首先，设计院根据设计要求设计施工图，建立并分析计算模型以及完成图纸的绘制；施工单位在准确理解设计要求的基础上，根据现场实际的安装特点、构件加工特点等进一步深化设计，将设计图转化为具体可操作的大样图、零件图等构件加工图。其次，工厂根据图纸进行预制构件的加工和组装。最后，将预制好的构件运至施工现场，由现场安装人员进行组织吊装。
整个过程类似于制造行业产品的生命周期管理；然而不同于产品生产的是钢结构体量浩大、构件复杂，给设计、加工和安装带来了很大的挑战。例如，钢结构施工图总数不多，但是每个构件节点的详图数量较多；车间加工人员以及现场的施工人员需要结合各类图纸才能完成任务；结构构件种类繁多，各零件、螺栓相对应的数量、质量总量大，难于统计；构件数目较多，设计人员、加工人员和现场吊装人员之间如果信息沟通不及时或者不周全将直接影响工程进度。
四、BIM技术在建筑钢结构施工过程中的应用
钢结构工程不仅结构本身零部件较多、施工精度高、施工工艺复杂，而且现场安装过程中，测量放线难度较大，因而需要进行合理的设计。将BIM技术融入钢结构设计能够有效地对信息进行集成、共享，满足钢结构工程的实际需要。BIM技术在钢结构中的应用主要包括三个阶段：钢结构设计阶段、钢结构构件加工阶段和钢结构施工阶段。
（一）BIM技术在钢结构设计阶段的应用
首先，根据钢结构项目的施工预算和设计概算，采用Tekla Structures软件初步建立钢结构工程的BIM三维模型，该模型包括所有的杆件和节点信息；然后结合CAD软件确保数据吻合，根据施工图设置杆件连接、建立整体模型以及采取合适的施工装配方案。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其次，对组建好的钢结构模型进行“碰撞检查”，在3D模型中通过NavisWork功能模拟实际施工情况，分析节点连接、后期构件安装和建筑整体耗能等消除误差，避免因构件冲突而带来的图纸错误、设计变更和工程成本增加等问题。最后，综合考虑建筑的实用性、舒适度等进一步优化设计，将建筑信息模型导入到专业的分析软件中不断优化最终完成图纸和各类明细表输出，包括构件图、布置图、材料清单等；统计总的用钢量，整理构件类型，输出所有材料的数量和表面积等详细数据。
（二）BIM技术在钢结构构件加工阶段的应用
当前，计算机技术、自动化技术日益成熟，数字化生产和加工技术逐渐取代传统的手工作业生产得到了广泛的应用，也为BIM模型与建筑生产结合创造了可能。BIM技术的采用，可以为不同的施工阶段同时共享信息，使钢结构的生产加工变得越来越简单。通过将BIM模型输出的各类数据表输入到生产管理软件中，极大地减少了人为区分材料出错的可能，实现了大批量、高效率的生产。
生产过程中，由操作熟练的相关技术人员，根据构件形式来编制施工工艺流程；在具体的操作过程中，通过计算机控制设备，一步一步地进行指令操作；与加工人员提前沟通衔接好，保证施工效率和生产质量。例如，预制件的生产在钢结构施工中发挥着至关重要的作用，通过BIM技术可以有效地控制预制件的加工质量；在加工人员充分理解预制件足够信息的基础上，根据预制件的材质和形式，将输入的各种零件进行分类，准确完成作业文件后执行加工操作。
（三）BIM技术在钢结构施工阶段的应用
传统的各类建筑工程施工，包括钢结构施工都是单线型的生产；施工进度受很多因素的影响难以确定，施工方、监理方和业主方相互之间信息沟通不畅。而BIM软件不仅可以模拟出拟建钢结构工程的三维结构，还可以模拟整个施工过程；有利于建筑工程各主体方抓住关键信息。例如，在设计阶段进行节点模拟、热能传导模拟和建筑物消防安全疏散模拟等；在施工阶段采用4D建筑模拟，考虑时间因素来模拟实际施工进度；同时也可以考虑5D模型，考虑工程造价因素实现成本控制。其中，建立4D模型进行施工进度模拟可以综合现场条件合理安排施工塔吊、起重机的数量和位置、构件进场和安装顺序以及实际施工作业人员安排等。通过BIM技术，施工方可以实时记录现场情况进行指导；监理方可以准确提出关键问题并且分析具体工程质量情况；业主方可以直观地把控工程总体进展情况；各方主体交流畅通，协同促进工程整体进程。
在钢结构施工过程中，可以利用BIM软件对工程的设计阶段、加工阶段和吊装阶段的所有信息进行整合，实行动态监测，实时监控施工成本和施工质量；可以根据工程实际进度进行调整，对已完工的部分进行工程质量验收，对现有的施工计划及时调整，确保工程的进度目标和成本目标。此外，BIM模型还能够实现隐蔽工程的信息集成和验收；跟踪重要构件的加工和安装进度，既保证了工程成本、质量和进度，又提升了管理水平。
五、结语
总之，针对目前钢结构工程出现的各种问题，可以考虑采用BIM技术进行钢结构模拟仿真，从而实现对施工过程的全方位监测、施工中可能出现的各类问题的模拟以及施工成本的动态控制；全面提升工程质量，进一步推动钢结构工程的快速发展。
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论文作者:宋建辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：钢结构论文; 构件论文; 模型论文; 技术论文; 建筑论文; 加工论文; 过程中论文; 《基层建设》2019年第30期论文;