BIM技術在裝配式鋼結構建筑中的應用

郭繼業

（中建二局第一建筑工程有限公司）

1 引言

近年來，BIM 技術的應用愈發廣泛，因獨特的可視化及出圖性等特性，幫助許多建設企業提高自身市場競爭力。在實際應用中，BIM技術主要偏向于優化施工方案、縮短施工工期、提高資源配置效率等，并在控制工程質量等方面具有顯著成效，對社會效益和企業效益都有著重要作用。

2 概念介紹

2.1 BIM技術概念

2002 年，美 國Autodesk 公 司 提 出 了BIM 概念——以助力建筑信息化管理和信息集成為目的一種信息模擬技術。

對于BIM技術的定義，現在國際上大致分為三種說法：BIM將建筑工程的物理等特性以數字化的形式表達出來；BIM可以動態化地呈現一個建設項目的生命全周期，并在此基礎上將資源共享，為參與者提供決策依據；基于建設項目進度的不同，插入BIM 技術的時機也不同，BIM 支持各參與主體維持自身利益，并提升項目內部的協調水平[1]。

2.2 特點

1）數據直觀化

BIM 將作業區域的信息進行采集和分析后可以快速出圖，有利于工作人員對項目進行了解，更快地制定施工方案。

2）模擬性

通常來說，建設項目分為多個施工節段，而BIM技術可以針對這些分段進行實時模擬，并根據數據庫信息制定預案，防止出現緊急事件，發生無法解決的情況。

3）可視化

建設項目涉及內容廣泛，運用技術復雜，BIM技術可對項目數據進行3D建模，方便技術人員對項目進行整體分析，及時發現漏洞并進行修復。

3 存在問題

3.1 設計環節

一般來說，傳統的建筑設計環節會利用CAD出圖。這種出圖方式雖然普及性較為廣泛，但在準確表達建筑點、線、面以及多維角度整體概念時具有一定局限性，可能會致使建設單位無法明確裝配式建筑構件之間的關聯，這會影響結構構件加工等重要環節的正常進行。此外，建筑項目通常需要從宏觀角度進行統籌和把控，傳統設計方法可能無法準確表達各獨立設計環節之間的整體關聯，這會造成施工團隊缺乏溝通，出現構件損壞或尺寸、規格選取錯誤等問題[2]。

3.2 生產和施工環節

首先，裝配式鋼結構所需構件必須依照圖紙進行預先加工，傳統設計圖紙可能對構件細節的表達有所欠缺，實際生產出的構件和設計理念可能會有較大偏差；其次，裝配式鋼結構的組裝需要大量構件，對生產人員數量要求較大，如果信息不對稱或不準確，可能會出現構件丟失或損壞的問題；最后，在施工時，如果施工人員按照傳統設計圖紙進行場地劃分、材料倉儲，可能會出現規劃不合理，進場材料堆放混亂的問題等。

4 應用介紹

在建設工程中，綜合運用BIM 技術，可以有效提升信息管理程度，并且可以有效提升從設計環節到施工環節的質量，從而達到控制施工成本的目的。

1）拆分

①將工程結構數據導入Revit，獲取3D數據模型。模型內含有鋼筋等材料的信息，并清晰呈現了建設項目的界面輪廓。

②在Revit 中使用Dynamo 對構件實現可視化操作，將構件進行模擬拆分后依照要求再重新組裝，即可視化編程。這一步是為了矯正模型的細節問題，并對結構構件進行拆分。

2）創建

①使用二次開發程序完善鋼筋的參數，尤其要依照鋼筋拆分和組裝的設計理念和要求進行工作流程的布置。

②設計預制梁需要注意：梁端依照最大值進行選擇，并參考預制梁鋼筋加密范圍；在梁跨中，縱筋在后澆段中斷開時，其甩開長度必須依照套筒安裝的要求進行尺寸選擇。

3）布置

布置時，除了要依照布置要求外，還需要注意以下幾點：

①位置的選擇需要結合埋件內嵌族的構建結果以及模板構件形狀的設計結果等；

②建立預制柱族，以合理確定預制柱的布置位置。構建時，需要注意柱和墻的連接參數，設置鋼板的高度為實際高度；

③為了獲得全局參數，需要將所有布置參數錄入Revit軟件中。

1）模擬

作為建筑工程最為復雜的環節之一，施工模擬較為不可控。為了達到實際施工和模擬施工的高度一致，需要使用Navisworks中的Timeliner制定3D立體模型，以達到模擬和實際施工兩者之間的最大關聯，并以4D 效果將項目呈現在技術人員眼前[3]。在這種技術中，人們可以清晰地看到設計理念、施工規劃和項目進度，并且在流程模擬工作中對項目進行梳理。在裝配式鋼結構建筑中運用這項技術，主要展現內容包含場地的布置以及施工實況的模擬。

①在Revit 中，技術人員可以依照實際情況設置施工區、倉儲區、辦公區、生活區及供電供水系統的具體位置。此外，針對塔吊這種占地面積較大，并且對施工進度十分重要的器械的布置，在Revit 中也可以被不斷優化。

②傳統施工方法可能與裝配式鋼結構建筑的施工情況不符合。例如，建筑結構中的消防系統在平面圖上的展現往往十分局限，技術人員可能會忽視其中的潛在問題。使用3D 模型對平面圖進行轉換，可以有效將工程立體化和可視化，便于快速排查問題并進行方案優化。優化過程中，仍然可以使用Navis-works 進行漫游模擬。

2）總結

上述BIM 技術在建筑項目中的具體應用不光順應了行業發展趨勢，還有效激發行業技術的領先發展。

在建筑行業不斷成熟的前提下，建筑規模也在不斷擴大，像裝配式鋼結構一樣的新型建筑結構層出不窮。這些結構的組裝和施工都更為復雜，而互聯網和立體模型等新技術不僅可以保證施工人員在材料采購時就提升準確度，降低采購成本，還可以幫助組裝工作順利進行。

同時，BIM技術的獨特性保證了它可以在施工現場進行較為精準的信息采集，且數據反饋都經過比對、處理和篩選，具有很高的參考價值。這些數據不僅有利于施工單位把控現有工程項目，還可以“入庫”，幫助企業提升市場競爭力[4]。

5 案例分析

5.1 概況介紹

該項目位于陜西某生活辦公區。建設項目包含食堂、辦公樓、宿舍樓2 棟。建筑主體占地面積約14400m2。本文以綜合辦公樓為例子進行應用說明。

該辦公樓地上7層，地下1層，總建筑高度35m。使用鋼框架結構、鋼筋桁架混凝土現澆板作為樓板結構。

5.2 實際應用

1）樁基礎

樁基礎工程設計環節主要運用BIM技術繪制工程樁，并且依照實際情況模擬現場布置工程樁的所需長度，制定混凝土材料供應量和鋼筋使用量等。配合各項資源的投入等，將這些數據反饋到模型軟件中，有效提升技術人員的分析能力（見圖1）。

圖1 樁基礎示意圖

2）基坑開挖

利用BIM技術創建基坑開挖模型，并模擬施工過程，有效提高施工和設計兩個部門之間的協調程度，并且及時排查施工過程中可能出現的問題。在這個環節中使用BIM 技術搭建3D 模型，可以提高工作效率，節約資源成本，提高建設容錯率，防止各部門溝通不暢等現象發生（見圖2）。

圖2 基坑開挖示意圖

6 結語

雖然裝配式鋼結構建筑對建設團隊的要求很高，并且其設計、拼裝及施工等過程都不同于傳統建筑結構，但依托BIM技術的特性和技術優勢，行業技術人員可以不斷提高裝配式鋼結構建筑的生產和建設效率，以新興技術和建筑行業的結合為案例，提交了一份滿意答卷。