基于BIM的鋼結構車間可視化施工技術研究

韓凱中

渤海石油航務建筑工程有限責任公司

1 引言

在科學技術的革新下，建筑行業也正向精細化、智能化方向所轉變。工程項目中含有的專業知識面較廣，且各類建筑工藝之間的銜接度較高，為現場作業提出更高的施工要求。對于鋼結構建筑項目而言，由于其結構的輕便性、操控性、經濟性等，被廣泛應用到各個建筑體系中，傳統的鋼結構施工設計時，一般以二維平面圖形展現形式，對鋼結構嵌接工藝進行多角度分析，其在某些細節中展現時，并不能精準地體現出結構特性，且繁雜的數據解釋增加系統的冗余性。BIM 技術的運用，可將鋼結構整體映射到系統中，同比例的展現出鋼結構特性，且系統內部的信息同步功能，可有效實現建筑體系的可視化施工，為我國建筑行業的發展提供有效助力。

2 BIM技術特性論述

建筑信息模型（BIM）是基于數字信號、虛擬仿真相結合的軟件系統，在各類數據信息的整合下，依據設定的信息模型，可將各類數據展現到平臺中，同時在內部參數的設定下，如某一類數據信息出現變化，則與之聯動的信息數據也將同步變化，此類信息運算模式極大提升項目運行效率。

從技術本質而言，BIM技術貫穿于整個建筑項目體系中，如施工前期統計、施工過程信息更新、施工后期運營管理等，均可由數據信息的同步出來與精準計算來實現。BIM技術功能特性可分為下列幾點。

第一，可視化功能。建筑行業最顯著的特點為實體化，其需施工人員經由實際操作來完成某一環節的建設，而決定施工人員建筑方向則是圖紙文件，施工人員通過圖紙文件進行規范化施工，當建筑參數與現場作業情況相一致，則代表此項施工環節符合基準需求。可視化則是將圖紙文件的信息映射到系統中，其有效將二維信息轉變為三維立體化信息，通過信息模型的展示可精準展現出用戶的思想。同時，BIM 可視化功能可展現出每一類建筑結構的互動性，在全過程可視化下，實現項目設計、建造與決策的一體化運營。

第二，協調化功能。建筑工程中涉及的專業點較多，為確保整體施工項目的連續性，各個建筑部門之間的工作應有效協調，令建筑項目中出現的問題及時得到解決。BIM的協調化功能可有效解決施工部門的專業碰撞問題，信息模型內部具有獨立的操作系統，其將各部門的操控形式轉變為系統運行程序，部門在執行某一項工序前，在軟件上完成認證，經由系統的同步傳輸功能，可精準的接收到完工信息，進而令其他部門或專業設計等不會出現重復動工的現象。

第三，模擬化功能。BIM技術的模擬化功能，是基于虛擬仿真而實現的，在相關參數的設定下，可進行模擬化實驗。對于建筑行業來講，如技術人員對某一項建筑參數存在疑問時，可在軟件中輸入相應的數據信息，令軟件進行模擬運行，技術人員可依據模擬后的結果進行認證，此過程可有效實現成本管控，提升實際建筑質量。

3 鋼結構車間施工特點

目前，鋼結構因其簡便性、操控性、經濟性等優勢，被廣泛應用于建筑領域中，特別是一些大面積的低層、平層建筑體系中。鋼結構車間建筑作為一項系統性工程，項目動工前期的準備工作較多，如結構穩定參數、徐變力特性、內應力、抗震性等。但在實際施工過程中，由于鋼結構部件的尺寸參數具有一致性，安裝過程中只需依據型號進行嵌套施工即可，極大縮減施工周期。從車間整體布局來看，體積大、支撐點少是其主要特征，在保證整體結構穩定的前提下，施工人員只需按照相應的技術文件操作便可。

在技術、材料的更新換代下，鋼結構材料的研發是以國家倡導的綠色、環保、節能為前提，且大部分鋼材已經達到工業化、回收化的用工需求，在秉承著持續發展的信念下，鋼結構施工必然是建筑體系未來發展的核心。如圖1所示，為鋼結構嵌套形式。

圖1 鋼結構嵌套組合形式

4 BIM技術在鋼結構車間可視化施工中的具體應用

4.1 深化設計的可視化應用

在鋼結構車間中，對鋼結構構件的深化設計應對每項工作進行細化，以確保后續生產工作的順利開展。BIM 技術在鋼結構車間可視化施工中進行應用時，往往要應用到諸多不同的軟件，例如Tekla Xsteel、Star-CAD 等，在此過程中，就需要完成對應的工作來確保準備充分。在對鋼結構構件的詳圖進行設計時，設計人員可通用BIM 技術中的可視化界面來對鋼結構構件的三維模型按照真實大小來進行設計，從而實現對鋼結構構件乃至整個工程的可視化展現。在實施工程建模過程中，需要設計人員能夠按照不同角度來檢查設計工作中可能遇到的問題，在檢查階段中需要對BIM技術相關軟件中所涉及的檢查功能進行充分利用，借助于軟件檢查功能，以便于將檢查結果反饋給設計人員，從而使設計人員能夠根據檢查結果來對深化設計中所存在的問題進行可視化查看，然后根據觀察結果來制定出對應的解決策略，從而實現對這些問題的針對性解決，進一步降低了設計錯誤的發生概率。當建模工作完成且確認無誤時，便需要通過BIM 技術相關軟件來對工程詳圖進行可視化生成，以保證工程實際能夠達到用戶的使用要求。

4.2 在構件加工環節的應用

BIM技術在鋼結構車間可視化施工中的應用還體現在構件加工環節，其一是利用BIM技術來建立可視化模型，然后和車間數控設備進行協同化合作，在此過程中，需要結合信息技術軟件與BIM 技術的應用，以確保鋼結構車間實現數字化生產制造。通常來說，在鋼結構的詳圖設計以及軟件中的數據信息，均是采用BIM 模型中的設計數據，兩者在數據方面是具有高協調性和高度一致性的，并且BIM模型扣的設計數據精度極高，通過在建筑活動中實現對這些數據的高度共享，能夠實現鋼結構車間及鋼結構工程的可視化施工。現階段，在鋼結構車間中均是利用數控機床來進行生產加工的，因此能夠將BIM 模型中的設計信息以CNC、DSTV、DWG、DXF、DGN 等圖形或文件的格式來進行可視化展現與利用，通過在管理軟件中導入上述數據信息，然后由生產管理軟件將這些數據信息傳輸至數控機床之中，便可使數控機床按照BIM 模型中的信息來對鋼結構構件進行焊接、鉆孔以及切割等。利用該方式能夠使鋼結構車間的構件詳圖需求得到有效降低，并且可節省時間成本，同時也能減少鋼結構加工時所產生的錯誤發生概率；其二是利用BIM 技術相關軟件能夠將數據傳輸至車間的套料排版軟件，BIM 技術能夠以不同的文件格式將數據傳輸至套料排版軟件之中，以便于套料排版軟件能夠自動整理鋼結構構件的形狀、尺寸和各種特征，并且還能夠按照鋼結構構件的材質、規格來實施套料分組，進而使不同材質、不同板材規格的鋼結構構件能夠進行批量化套料，從而全面提高鋼結構構件的生產效率，并且實現鋼結構構件的自動化生產與制作。在對構件進行套料排版以后，車間人員可利用軟件來對鋼結構構件的排版套料統計結果進行可視化查看，例如可對不同規格、不同材料的鋼結構構件數量、圖形、面積以及切割距離等進行可視化查看，甚至還能對原材料的使用率、廢料產生率、廢料重量等內容進行查看。

4.3 在結構吊裝環節的應用

對鋼結構構件的吊裝同樣可以利用BIM 技術來實現可視化，人們可以按照施工時間來劃分4D 模型，通過BIM 平臺的應用，借助于Teklastructure 軟件可實現對4D 進度模型的構建，進而使大型塔吊、履帶起重機等大型設備的布置位置和具體施工得以被可視化模擬出來，從而使吊裝設備在位置及分工上所存在的沖突問題得到有效解決，并且也能幫助工程人員更好地確定吊裝設備的種類及數量，從而使鋼結構工程的造價得以有效控制。并且，還能利用可視化施工模擬來優化施工進度，進而減少施工錯誤的發生概率，這可大幅提高鋼結構工程的經濟效益。鋼結構車間還可利用BIM技術來進行4D虛擬，以此全面展示生產制造中存在的各種問題，以便于對這些問題進行相應的修改，并制定出具有針對性的解決方案，從而在提高車間生產效率的同時，也能實現對工程施工方案的進一步優化，進而更加高效的控制工程施工進度。利用BIM 技術可指導車間進行生產，并可對生產制造流程進行相應簡化，從而使工程施工效率大幅提升。由此可見，BIM 技術在鋼結構車間可視化施工中發揮著巨大的作用。

5 BIM系統下的鋼結構車間可視化施工技術研究

鋼結構車間可視化施工可看成是整個建筑體系的設計過程，BIM系統在應用過程中，主要是利用信息模型將設計參數進行三維化、四維化的轉變，此過程不僅可展示出建筑結構，還可對車間各個結構的力學參數進行計算。同時BIM信息模型的同比例縮放模式，可令技術人員精準對每一個鋼結構嵌套形式進行細節查驗，以及時找出設計中存在的問題。信息模型運轉過程中，由于系統本身屬于固定類框架，即便是技術人員的某一項參數設定錯誤，系統也可及時找出參數的異常信息，極大節省設計時間。

以鋼結構車間可視化施工為例，BIM系統運行下，技術人員可對鋼結構進行一體化監控，即前期設計一直到建筑完工階段。如圖二所示，其為BIM 系統下的施工工序。相比于傳統的施工程序，以BIM系統為主的施工設計階段，在內部參數信息的輸入下，內部信息模式可依據參數來進行變化，此過程中技術人員可對信息模型的變化趨勢，查證預期施工后的模型是否滿足技術基準。

圖2 BIM系統下的施工工序

在現象施工中，鋼結構車間的建設一般由多個工程點位同時開工，此過程內，如各個項目部門未能的信息把控形式未能達成一致，將加大項目工程建設的冗余性。在BIM系統的應用下，技術人員可依據系統軟件實現中央調控，各個部門在現場施工期間，將部門建筑信息及時上傳到系統中，在平臺數據信息的反饋作用下，技術及管理人員無須到現場，便可依據系統參數的改變，對鋼結構車間的施工進度、施工細節等進行分析，如技術人員在此過程中發現隱性施工問題，可在系統軟件上進行參數調整，令現場映射的模式實現虛擬仿真化運轉，此時技術人員可對建筑結構進行全局化分析，并可依據平臺將數據信息實時下達到各個施工部門，在信息的實時傳遞下，現場施工人員可及時接收到正確的施工指令。但應注意的是，技術人員在下達更改指令時，不應過度依賴于BIM系統，而應結合現場管理人員的意見來對數據更改形式進行多角度分析，在理論與實踐都達到技術參數基準時，才可正確下達規范化操控質量。鋼結構車間建造過程中，每一個鋼結構部件的嵌套形式即存在一致性，也存在一定的冗余性，受到施工人員技術水平的限制，不同結構部件組合過程中都將存在一定的誤差，在多個環節誤差的集成下，將間接加大整體結構的誤差數值，為此，BIM 平臺的可視化仿真運用，可依據數值的變化，精準的模擬出某一數據段下的建筑結構變化，以此令技術人員及時制定出解決方案，確保鋼結構車間的建造符合技術參數要求。

6 結語

綜上所述，BIM 技術研發，可將圖紙文件進行三維化、四維化的轉變，其對于建筑項目來講，信息參數的同步更新模式，令技術人員、管理人員等可對建筑參數進行細部解讀，明晰各項建筑環節的工作特性，并可依據建筑參數變動范圍，作出適當調整，以保證整體建筑工序在技術參數范圍內。期待在未來發展過程中，科研人員加大BIM技術的應用范疇，令其與建筑項目進行深層次融合，令建筑體系實現智能化發展，推動建筑行業的發展。