BIM簡介

20世紀70-80年代，隨著電腦的普及，建筑業(yè)完成了由CAD電子圖紙逐漸替代手繪圖紙的革命里程。如今，在信息化高速發(fā)展的大數(shù)據(jù)時代，二維CAD圖紙已很難表達日益復(fù)雜的新型建筑，為了更加直觀、方便、高效的建設(shè)工程項目，BIM技術(shù)的應(yīng)運而生。BIM，（Building information Modeling）建筑信息化模型，以三維建筑模型為基礎(chǔ)，融入建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM技術(shù)被稱為建筑業(yè)的第二次革命。

鋼結(jié)構(gòu)效率提升方案背景

  鋼結(jié)構(gòu)作為一種綠色建筑產(chǎn)業(yè)、具有結(jié)構(gòu)形式新穎、造型優(yōu)美、輕便、便于安裝等特點，是國家大力發(fā)展的建筑結(jié)構(gòu)。隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的廣泛應(yīng)用，結(jié)構(gòu)形式也日趨復(fù)雜，如超高層結(jié)構(gòu)、豎向收進、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、連接結(jié)構(gòu)和懸挑結(jié)構(gòu)等，很多結(jié)構(gòu)甚至綜合了多種復(fù)雜情況。

  但目前我國的鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)工程階段仍然存在諸多問題，成為制約鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的瓶頸。首先，由于傳統(tǒng)的平面設(shè)計形式的沿用，使得國內(nèi)大部分鋼結(jié)構(gòu)建筑的外觀呆板，守舊，無法突破傳統(tǒng)的“方圓”；也無法滿足建筑周邊環(huán)境及日照率等自然條件等諸多要求。

  其次鋼結(jié)構(gòu)的加工階段也是制約鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要因素之一。由于鋼結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展年限短，大部分鋼結(jié)構(gòu)加工工廠屬于粗放式的加工模式，加之受到加工設(shè)備、加工技術(shù)的限制，會導(dǎo)致鋼材加工精度低，浪費嚴重，成本造價高等問題。最后，鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場吊裝焊接階段也存在一些問題，比如框架結(jié)構(gòu)在進行安裝的時候，由于柱梁連接不及時，無法形成受力體系，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形；焊接精度不高，焊縫不符合探傷等級要求；鋼構(gòu)件在現(xiàn)場拼接過程中就位精度低，偏差位移大等問題。

  將BIM技術(shù)的整合優(yōu)化、仿真模擬、BI數(shù)據(jù)分析等功能引入到鋼結(jié)構(gòu)工程建施工中，將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)、安裝三大階段整合優(yōu)化，設(shè)計指導(dǎo)施工現(xiàn)場場地布局、規(guī)避構(gòu)件碰撞、融入焊接安裝工藝、杜絕信息孤島等。研究如何結(jié)合BIM技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)階段核心技術(shù)，是本文討論的重點。

BIM技術(shù)特點

BIM技術(shù)符合以下四個特點

1.三維動態(tài)模型

圖1 模型視圖

  三維建筑信息模型是建筑行業(yè)第三次革命，通過模型直觀的反映出建筑全貌，結(jié)構(gòu)特點，建筑特點，將二維平面轉(zhuǎn)化為三維空間，這在項目管理前期的項目策劃階段和施工階段、以及后期運維階段的作用都是非常大的（見圖1）。通常，施工現(xiàn)場人員在拿到施工圖之后，經(jīng)過研讀圖紙中各種線條繪制所表達的內(nèi)容，只能在大腦中將平面圖紙進行拉伸還原3維的結(jié)構(gòu)原貌。所以，利用BIM技術(shù)提供的可視化三維信息模型可高效解決在項目決策及施工組織設(shè)計階段中容易忽視和判斷錯誤的關(guān)節(jié)施工節(jié)點，也大大減低了技術(shù)交底時的時間成本。

2．BI數(shù)據(jù)+多專業(yè)集成

這個方面是BIM技術(shù)在建筑業(yè)中的重點內(nèi)容，上至業(yè)主、下至各分包工程單位、包工隊，中間涵蓋了總承包、監(jiān)理、各分包單位等多達十幾家甚至幾十家公司在為同一個項目進行服務(wù)，要達到整合、協(xié)調(diào)各分包單位的施工進度、施工條件、施工人員等信息以及最大限度的優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本，控制施工工期的目的，在如今越來越復(fù)雜、涉及專業(yè)越來越多的工程項目中，傳統(tǒng)的項目管理模式已無法勝任。而BIM技術(shù)提供的多專業(yè)集成將各分包工程單位模型、進度、人員、資金、以及變更、質(zhì)量安全等信息整合匯總，以各種BI數(shù)據(jù)圖表的形式進行展示（見圖2），使項目進展清晰透明，便于管理和協(xié)調(diào)；并且BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期對各專業(yè)的碰撞問題進行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，提供出來，杜絕各專業(yè)在集成時由于碰撞而造成的返工及資源浪費。

圖2 BI數(shù)據(jù)分析

3．動畫仿真模擬

動畫仿真模擬是BIM技術(shù)一大特色功能，不僅可以模擬項目建筑的施工過程，它涵蓋了項目施工管理從初步設(shè)計到后期啟用和運維階段全過程的的仿真模擬，在項目施工準備階段進行4D動畫模擬，也就是三維模型再加上項目的進度時間，根據(jù)施工組織設(shè)計模擬實際施工，制定更加合理的施工方案（見圖3）。在4D模擬的基礎(chǔ)之上加入成本、預(yù)算的信息，形成5D模型，對項目全生命周期進行成本控制；期運營階段可以模擬日常緊急情況的處理方式的模擬。

圖3 場地布置

4．整合優(yōu)化

BIM技術(shù)做到將建筑項目中各專業(yè)設(shè)計，材料生產(chǎn)、加工、運輸，施工，運維等階段整合并進行不斷地優(yōu)化調(diào)整。可以發(fā)現(xiàn)，在信息化時代下由BIM進行的大數(shù)據(jù)優(yōu)化比起傳統(tǒng)人為管理和協(xié)調(diào)更加有效、快捷。

BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

1、利用 4D 模型劃分精確施工時間

基于 BIM 平臺，運用 Tekla Structure 軟件軟件建立 4D 進度模型，并利用BIM仿真軟件進行安裝前吊車、起重機等吊裝設(shè)備詳細位置及分工細節(jié)的模擬，以便解決吊裝設(shè)備時間、用工量的沖突問題，避免不必要的成本浪費；以及對主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)以及圍護結(jié)構(gòu)進行安裝順序模擬，在施工初步方案設(shè)計階段提供直觀、全面的動畫模擬方案（見圖4），降低錯誤發(fā)生概率，縮短工期。

圖4 流水段施工

2、4D 虛擬建造的進度管理技術(shù)

基于 BIM 的 4D 虛擬施工過程模擬。將施工進度時間與BIM信息化模型結(jié)合起來，形成4D模型，通過BIM模擬軟件展示出來，進行進度計劃與實際施工的實時對比，對比結(jié)果由圖表以及模型顏色的變化情況反饋，使項目進展情況清晰、準確、及時的跟蹤報道，以便提前制定相應(yīng)的解決措施和進行方案的再優(yōu)化（見圖5）

圖5 模擬優(yōu)化流程示意圖

BIM技術(shù)的關(guān)鍵在于建筑信息模型，它又被稱之為5D模型，其包含了完整的建筑信息數(shù)據(jù)。5D模型由一個或多個三維模型整合加上工程時間信息、預(yù)算成本信息、人員組織信息等匯總而成，它包含了這個建筑結(jié)構(gòu)中所有的尺寸、材料、數(shù)量、重量以及場地布局、施工工藝等信息。因此通過BIM模型進行模擬及項目管理，可由計算機數(shù)據(jù)分析生成更優(yōu)化的材料供應(yīng)計劃及資金供應(yīng)計劃，確保施工過程中計劃合理，信息及時，避免因資金和材料不足等問題對施工進度產(chǎn)生影響。(見圖6、圖7)

圖6 施工模擬流程示意圖

圖7 施工模擬

3、利用 BIM 模型提高工程質(zhì)量

基于 BIM 實施質(zhì)量管理的優(yōu)勢。在施工階段的工程質(zhì)量管理中，不同的參建主體對質(zhì)量信息的不同關(guān)注各有側(cè)重點，BIM 技術(shù)輔助下的質(zhì)量管理為工程各參建方都能提供很多便利。取代利用全站儀、經(jīng)緯儀等儀器進行二維平面圖紙放樣，將BIM模型導(dǎo)入到BIM放樣機器人的移動終端中，進行放樣原點設(shè)置，由放樣機器人進行現(xiàn)場測繪、放樣并指導(dǎo)安裝（見圖8）。比較傳統(tǒng)的放樣設(shè)備及放樣方式，BIM放樣機器人解決了放樣人員不專業(yè)，誤差大，空間點難以找到的問題，解放多余勞動力并縮短工期。

圖8 BIM放樣機器人

4、利用 BIM 技術(shù)實現(xiàn)信息實時共享提高合同管理效率

BIM 模型不僅僅是項目信息的集成，對這些數(shù)字信息的應(yīng)用更是重中之重，可以應(yīng)用于規(guī)劃、設(shè)計、施工的信息集成化方法。首先，BIM 模型包含著完整的項目信息，能夠支持與服務(wù)項目從規(guī)劃、設(shè)計、施工等各階段的穩(wěn)定進行，提高了效率和準確性；其次，BIM 技術(shù)能夠解決鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)前建筑業(yè)信息瓶頸的問題，實現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)工程中項目信息資源全體參與者共享。BIM 模型以項目為中心，BIM 模型包含單一項目數(shù)據(jù)源，項目各參與方使用單一信息源，確保信息的準確性和一致性。實現(xiàn)項目各參與方間的信息交流和共享，從根本上解決項目各參與方因其他交流方式形成的“信息 斷層”和應(yīng)用系統(tǒng)之間“信息孤島”問題（圖9）；最后，在鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)階段，在信息模型中進行 信息共享，相同的信息 無需重復(fù)輸入，能夠合理的解決鋼結(jié)構(gòu)項目中一系列復(fù)雜數(shù)據(jù)間的一致性和共享問題。

圖9 任務(wù)審批和現(xiàn)場反饋

總之，將 BIM 技術(shù)應(yīng)用到工程項目中，不僅可以有效地縮短施工周期，還可以加強對工程項目在建設(shè)過程中的整體掌控能力，最終實現(xiàn)提高項目的經(jīng)濟效益的目的。

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