BIM技術在建筑鋼結構制作中的應用

蔡強

摘要：BIM的技術是中國建筑業信息領域的重要組成部分，加快了建筑產業結構的進步，使得建筑領域更上一層樓。BIM技術的大量應用使得中國建筑業在原有的基礎上發生了巨大的變革。文章重點就BIM技術在建筑鋼結構制作中的具體應用進行略述。

關鍵詞：BIM技術；建筑鋼結構；應用

BIM是建筑信息模型的簡稱，其核心就是通過數據信息建立實體的三維模型，并能通過相關模型研究建筑物的結構、穩固性等。鋼結構是當代建筑結構的主要形式之一，它的獨特性滿足了當代人對藝術、美感、空間等方面的追求，鋼結構中 BIM 的應用集幾何學、空間關系、地理信息等為一體，通過信息集合建立工程數字模型，對建筑物的規劃、設計、建造和運營進行科學的模擬，使建設施工做到胸有成竹。

一、鋼結構BIM的理論

BIM可將建筑物個階段的運作形成模型信息，對于各階段流程進行預測，建立可視的、可協調、可優化的整體數據模型，使各施工各階段的工作能夠緊密銜接，信息交流更加準確、通暢，提高了工程建設的效率和質量。現代化鋼結構工程建設中，充分的應用了BIM的技術理論，第一，BIM技術的可視性，可形成鋼建筑物的實體三維圖形，能直觀的看到建筑物的整體面貌，并能對鋼結構工程的穩固性、安全性等做出評估。第二，BIM 技術的協調性增強了各個部門人員之間的溝通效果，更有利于相關人員直接、形象的表達自己的思路、觀點等，使鋼結構工程建設中的各種問題的溝通更為全面、準確，提高了問題解決的效率，提升了工程效益。第三，BIM技術的模擬性可真實的體現建筑物的外在、內在特點，相關人員可結合三維圖形對其進行進一步的優化、改進。使復雜、繁瑣的工程在現代科技的支持下更為完善、可靠，降低施工的難度，準確把握施工的銜接，以提高施工的速度和效益。

理論上，鋼結構BIM技術的應用可分為四個階段，第一階段，規劃階段，形成工程的大概思路，對工程場地進行策劃、分析，并應用BIM技術進行工程的性能預測、估算工程成本；第二階段，設計階段，這一階段的重點是方案的論證和設計的初步形成，通過可視化設計直觀的參考、分析工程情況，協調各方意見，對工程量進行統計，分析工程性能分及管線設計等；第三階段，施工階段，建立施工進度模擬，將施工環節數字化、直觀化，并對施工進行物料跟蹤，建立施工組織模擬，提高施工現場配合效率，確保工程的按時、按質完工；第四階段運維階段，這一階段的重點是對建筑物的維護管理，應用BIM技術建立工程的空間管理模型，并對建筑物的可能的災害進行分析、研究，建立災害的預防、應急模式，以提高工程的應用效益。總之，BIM理論就是將工程的各個環節以數據信息的形式模擬出來，形成虛擬的建設施工過程，對每個環節可能存在的問題進行細化、深化，盡可能避免實際施工中的問題，降低施工風險，提高施工效益。

二、鋼結構BIM在生產制作過程中的應用

（一）BIM模型產生的數據信息

BIM技術的引人，使鋼結構加工制造流程變得簡單，BIM模型輸出的各類信息除了能快速生成加工清單、工藝路徑設定等進行有效組織生產外，在異形板材自動套料、數控切割及自動化焊接、油漆噴涂等加工工序中的作用顯得尤為顯著。以下是通過BIM模型產生的各類數據格式的文件信息：①CNC：機床G代碼使用格式；②DSTV：數控加工設備使用的中性文件；③SDNF：基于文件的鋼結構軟件數據交換格式；④CIS/2：基于數據庫技術的鋼結構軟件數據交換格式；⑤IFC：建筑產品數據表達與交換的國際標準，是建筑工程軟件交換和共享信息基礎；⑥XML：為互聯網的數據交換而設計的數據交換格式，在因特網發布模型以供查看。

（二）BIM數據和生產組織管理

在傳統鋼結構加工過程中，絕大部分企業通過手工管理圖紙、清單、工藝卡片和工作指令來組織構件和零件的加工，但在整個組織管理中，往往對車間各工位、各設備的實時加工情況很難獲取準確的信息，以致于經常處于被動的計劃調整過程中，為此建立一個適用于鋼結構加工的數字化生產管理平臺顯得尤為重要。數字化生產管理系統的建立將打破原有層層下達指令、層層反饋進度的組織模式，通過扁平化、一體化的生產協同信息平臺（包含模板化的工藝流程、初始化的設備屬性、人員情況等），有序地將加工指令信息直接下達到工位，并在工位完成加工工序后，及時將信息反饋到平臺。這一數字化系統源于由BIM輸出的初始數據信息。

（三）零部件加工自動化

BIM的出現能夠方便地輸出NC數控數據文件（使用DSTV格式創建），數據文件包含了所有關于這個零件的長度、開孔位置、斜度、開槽和切割等的坐標信息，以便設備能夠識別。對于異形板材的切割、鉆孔等加工需要另加人一個套料的動作，以便提高板材的利用率。目前一些自動套料排版軟件，可將BIM輸出的NC文件夾中的多個NC文件進行批量轉人，為前期數據輸人節省大量的時間，并保證所有輸人數據的準確性。同時，在獲取NC文件的零件信息后，將輸人的所有零件按鋼板厚度不同、材質不同自動進行套料分類，完成每組零件的套料任務，大大減少了人為進行鋼板厚度和材質分組的工作，實現了多種鋼板厚度、多種材質的零件同時批量進行套料的功能。

（四）機器人焊接仿真技術與BIM技術

機器人技術是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術。鋼結構焊接軌跡單件多樣性的特點，示教再現型機器人已不能滿足需求，取而代之的是離線編程與路徑規劃技術以及系統仿真技術可作為主要解決方案。機器人在研制、設計和試驗過程中，經常需要對其進行運動學、動力學性能分析以及軌跡規劃設計，而機器人又是多自由度、多連桿空間機構，其運動學和動力學問題十分復雜，計算難度很大。因此，通過IGES和STEP等格式，可方便地將鋼結構BIM與機器人三維仿真系統連接起來，結合機器人焊接工藝數據庫等，完成焊接機器人的"前端數字化"-離線編程系統，最終解決鋼結構機器人焊接的問題。

三、鋼結構BIM在構件檢驗和預拼裝中的應用

現在，有一種計算機模擬實物構件進行檢驗和預拼裝的方法正在悄然興起，在一些重大項目中得到應用，起到了意想不到的效果。這種方法的基本思路是：采用鋼結構BIM模型（以下簡稱理論模型），選擇合適的測量位置，并予以編號形成單一構件的測量圖用于實物測量（如采用全站儀進行測量），然后將構件實測數據輸人三維設計軟件形成實測的三維模型（以下簡稱實測模型），與原始理論模型進行比對，檢驗構件是否滿足設計的要求。然后將合格的構件實測模型導人整體模型中進行構件之間各接口的匹配分析，起到構件實物預拼裝的效果，保證最終構件完全符合現場安裝的要求，確保現場施工順利進行。此類方法可以獲取實物構件的三維數據信息，不但能夠用于檢驗單個構件，而且能夠模擬復雜構件安裝后的真實情況；既方便實物構件數據信息的存儲，還可以提供給現場，作為真實安裝的參考依據。

總之，BIM 的理論發展和應用符合我國信息化發展的總體要求，其應用存在著巨大潛力，是當前工程項目管理的核心技術之一，通過建模、出圖、渲染等實現工程的協同管理，促進設計部門與施工部門的信息交流，提高了施工的安全性、可靠性及效益。

參考文獻

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