鋼結構加工中BIM數(shù)字化加工技術的應用研究

曹 元

(甘肅省科工建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730300)

1 BIM數(shù)字化技術在鋼結構中應用的重要意義

鋼結構根據(jù)其自身優(yōu)勢在現(xiàn)代工程施工過程中占據(jù)著非常重要的位置，極大程度上推動了現(xiàn)代工程施工在高層建筑施工過程中的進程。因其自身重量較輕，施工方式非常簡便，得以廣泛應用，其強度高、質量好也讓鋼結構在現(xiàn)代施工中獲得好評。現(xiàn)階段，這種施工結構已經(jīng)成為了我國建筑工程中最為重要的結構支撐方式，提升了我國現(xiàn)代化建筑工程的質量和水平。我國城市化進程的不斷加快，導致國民對建筑工藝和技術的要求不斷升高。因此，現(xiàn)代建筑工程也對鋼結構的加工技術提出了更高的要求。傳統(tǒng)的鋼材焊接技術已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會對于鋼結構加工的需要，其加工的成本非常高。針對這種情況，我國鋼結構加工面臨著非常巨大的挑戰(zhàn)，相關企業(yè)和專家學者致力于提升鋼結構的質量與生產(chǎn)效率，在一定范圍內(nèi)合理控制成本就成為了現(xiàn)階段亟待解決的問題。BIM加工技術簡單來說就是建筑信息的一種模型。這種模型是依托數(shù)字三維技術形成的，能夠很好的輔助當前建筑工程設計施工工作，并為其提供重要參數(shù)。這種技術能夠將所有工程項目中的信息進行加工和處理，并構建出模型，為整個工程施工提供一定的數(shù)據(jù)指導，能夠幫助所有的工程建設部分進行建模，并為其提供相應數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)能夠很好的為鋼結構的加工和制作提供參考，準確的預測出鋼結構在工程施工過程中的實際數(shù)據(jù)，減少鋼材原料和成本損耗。與此同時，將BIM融入到現(xiàn)代數(shù)字化鋼結構加工過程中，能夠通過這一技術的數(shù)據(jù)模型對鋼結構的數(shù)字加工進行操作，對整個加工過程中的數(shù)據(jù)進行標準化和多元化的操作，使得加工質量更加標準，能夠很好的控制加工流程。不僅如此，應用這種技術也能進一步優(yōu)化鋼結構設計的可行性和結構性能。簡而言之，BIM技術在鋼結構加工中的應用不僅能夠改善整個生產(chǎn)加工流程，還能夠提升鋼結構設計和生產(chǎn)過程的信息化水平。因此，這種技術在鋼結構加工中得到廣泛應用，已經(jīng)成為現(xiàn)代工程施工過程中的一個重要趨勢，對我國工程施工的發(fā)展起到一定的促進作用。

2 BIM技術在鋼結構加工中的基本應用原理

首先，BIM技術能夠根據(jù)鋼結構需求進行設計，在整個鋼結構加工的設計階段，相關工作人員要整合施工過程中對鋼結構的實際需求，對符合需求的數(shù)據(jù)進行鋼結構的建模。此時應用BIM技術能夠準確的輸出鋼材的屬性參數(shù)以及具體的施工圖紙，并將這些數(shù)據(jù)資料進行整理、保存和標準化管理。其次，工作人員可以利用數(shù)字化加工技術從 BIM模型中獲取到符合需求的鋼材參數(shù)，與企業(yè)的物料數(shù)據(jù)庫進行鏈接，通過數(shù)據(jù)庫調取物料庫中的信息，并進行相應的排版和套料操作。最后，技術人員可以通過數(shù)控設備對鋼材進行數(shù)字化加工，并且將加工的結構和數(shù)據(jù)同步到BIM模型當中，這樣能夠對整個工程的施工信息進行及時的更新和調整。

另外，為了滿足BIM技術的實際需求，要對BIM數(shù)字化加工技術的原理機械進行合理分析。上文已經(jīng)基本闡述了該項技術原理，為了實現(xiàn)該項技術的合理運用，需要在鋼結構加工中，做好相應技術研究，確保BIM數(shù)字化加工技術的合理運用，從而全面提升數(shù)字化加工效果。因為BIM技術是一項十分實用的技術類型，在建筑工程施工中，使用BIM技術，能夠進一步提升施工效果，因BIM技術中包括所有建筑工程的基本信息，包括施工信息、設計圖紙和施工圖紙等內(nèi)容。鋼結構數(shù)字化加工階段，可以直接以BIM技術為基礎，從BIM技術中獲取相應的建筑模型，然后完成模型的直接獲取，進而再按照模型的基本情況，了解具體施工中所要使用的材料、設備和工藝等。這些操作有效節(jié)省了鋼結構加工的繁瑣程度，全面提升了施工效率，確保了鋼結構的加工效果。

3 BIM技術在鋼結構加工過程中的應用方式

BIM技術在具體的應用中涉及鋼結構加工的多個階段，具體可以分為鋼結構的設計階段、鋼結構的物料管理階段、鋼結構的制作階段和鋼結構的現(xiàn)場組裝階段。

3.1 鋼結構的設計階段

在這一階段，工作人員的主要工作是要對鋼結構進行整體的三維建模。在進行三維實體建模之前，工作人員要根據(jù)工程施工項目的具體要求，做好工期的安排和生產(chǎn)批次的劃分，再將每一個批次的設計圖紙上傳審核。在上級對圖紙審核完成之后，工作人員會利用Auto CAD等軟件進行三維建模，并形成3D圖紙，以便于后期制作進行參考。

3.2 鋼結構的物料管理階段

經(jīng)過鋼材的設計階段之后，要根據(jù)設計時生成的清單進行物料的采購和管理。相關工作人員要制定出清晰的鋼材采購計劃，并將整個采購計劃導入數(shù)據(jù)管理軟件，作為后期驗收和材料購買管理的依據(jù)。與此同時，采購驗收工作結束之后，也要將驗收成果的文件錄入到軟件中，使原材料的信息來源能夠一目了然，方便后期工作的開展和進行。

3.3 鋼結構的制作階段

在鋼結構的制作階段，相關工作人員要嚴格按照BIM模型信息來進行操作和鋼材的數(shù)字化加工。首先，要利用數(shù)字化手段將模型當中的具體數(shù)據(jù)提取出來，進行嚴格記錄；其次，要將管理軟件中的物料數(shù)據(jù)進行提取，在數(shù)控設備上加以操作，進行實際的鋼結構生產(chǎn)加工(見圖1)。

圖1 BIM數(shù)字化加工原理

3.4 鋼結構的現(xiàn)場組裝階段

在鋼結構的現(xiàn)場組裝階段，為了保持數(shù)據(jù)的準確性和組裝的順利進行，工作人員需要根據(jù)BIM 模型對整個安裝過程進行嚴格控制。這種操作能夠讓施工人員直觀的看到鋼結構的參數(shù)和安裝步驟，能夠極大程度的提高安裝效率，保持安裝的準確性。還能對整個安裝過程進行動態(tài)把控，確保工程施工的安全性。可視化是BIM技術的主要特點之一，故而在鋼結構現(xiàn)場安裝時能夠實現(xiàn)可視化，主要是因為安裝操作時，可以采用BIM平臺綁定參建人員、機具及原材料等諸多信息，進而實現(xiàn)動態(tài)掌控等工程要素，工人結合進度規(guī)劃情況管理以上項目信息，及時探查到鋼結構現(xiàn)場存在的問題，及時采用適宜的方法處理。從某種程度上分析，BIM技術為鋼結構安裝過程中的追蹤管理創(chuàng)造了新途徑，更加直觀、立體的呈現(xiàn)出相關工序的完成情況，為管理人員管理決策等提供可靠依據(jù)。

3.5 建立BIM施工現(xiàn)場管理信息系統(tǒng)，調整傳統(tǒng)管理流程

按照實施項目的不同，可以把B1M管理系統(tǒng)細分成七個分項管理系統(tǒng)與二大技術支持。

七大系統(tǒng)有現(xiàn)場、人員、材料、機械設備、進度、安全以及質量管理系統(tǒng)。這種系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要有靜態(tài)與動態(tài)兩種類型，其中前者是依照設計資料、施工組織方案分別制作而成的B1M設計、B1M施工組織二維模型數(shù)據(jù)。動態(tài)數(shù)據(jù)即是依照每天現(xiàn)場施工進度報告表形成情況制作而成的進度二維模型數(shù)據(jù)。

現(xiàn)場施工人員可以依照設計規(guī)定程序，利用移動端設備采集存有安全隱患或施工質量病害的圖片，并附以必要的文字信息闡述，也可以通過語音、視頻進行解說，采用文檔圖釘及音頻文件的形式傳送到現(xiàn)場管理信息系統(tǒng)內(nèi)，這樣工程參建方均可以利用該系統(tǒng)共享各種項目信息，動態(tài)查看項目推進過程中質量、安全及成本等方面存在的不足，并且定時組織現(xiàn)場尋查問題處理研究會，確定好問題后，追究相關責任人，明文要求其在限定期限內(nèi)做出整改，力求盡早解除隱患因素，使項目施工質量得到一定保障，將部分工序的返工率降到最低。

3.6 具體應用分析

為了實現(xiàn)對BIM數(shù)字化加工技術的合理運用，需要對應用點進行研究，詳細內(nèi)容分析如下。

(1)模型自動化處理。為了滿足實際需求，要對模型的結構節(jié)點、預留管洞等進行碰撞研究，判斷設計中是否存在碰撞問題，如果存在碰撞問題，需要由系統(tǒng)進行碰撞問題的自動化處理，從而保證系統(tǒng)的可靠性。促使其滿足鋼結構的數(shù)字化加工需求。

(2)資源集約化管理。鋼結構的BIM數(shù)字化加工過程中，需要合理的對資源進行配置，如此一來，保證資源的合理利用，就能符合實際工作需求。同時，信息在BIM數(shù)據(jù)系統(tǒng)中實現(xiàn)實時上傳，并生成各種類型的材料清單報表，從而提高材料應用的合理性和時效性。

(3)工程可視化管理。BIM數(shù)字化加工技術的合理運用，不僅能夠實現(xiàn)對鋼結構加工效率的提升，同時還能有效提升加工的管理水平，因為它能實現(xiàn)可視化管理，這樣就能實現(xiàn)對加工、運輸和安裝等過程進行實時監(jiān)控，了解現(xiàn)場的實際情況，以此提升工程的管理效果，促使管理滿足工程的建設需求，全面提升工程的建設質量，最終促使工程能夠滿足項目的基本需求，全面提升鋼結構的利用效果。

4 BIM數(shù)字化加工技術在鋼結構加工中的應用優(yōu)勢

BIM技術有著可視化、數(shù)據(jù)化、協(xié)同化的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢都能夠在現(xiàn)代施工過程中發(fā)揮非常大的作用。因此，將BIM數(shù)字化加工技術應用在鋼結構加工中，能夠進一步促進鋼結構加工和現(xiàn)代化工程建設水平。BIM技術在鋼結構加工中的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三方面。

4.1 BIM技術的碰撞檢測功能促進鋼結構設計的優(yōu)化

對于任何生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)而言，設計階段都至關重要。關系到整個生產(chǎn)加工項目的成敗，影響著產(chǎn)品的質量和企業(yè)的生產(chǎn)成本。在鋼結構的生產(chǎn)和加工過程中也是如此，在設計階段，BIM技術就可以對鋼結構建模中的相關結構節(jié)點、預留管洞等信息實施碰撞檢測，從而進一步的調整模型。BIM技術利用現(xiàn)代科技軟件，在計算機上對鋼結構加工和組裝信息進行檢驗，確定其科學合理性，能夠有效的保障鋼結構質量，提升整體的加工和安裝水平。

4.2 資源管理的集約化幫助企業(yè)和施工單位降低成本

相較于傳統(tǒng)的人工加工過程，數(shù)字化管理能夠減少人工生產(chǎn)帶來的誤差。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，人工生產(chǎn)對材料的計算沒有數(shù)字化技術計算精準，非常容易造成材料浪費。利用BIM技術與數(shù)字化技術的數(shù)字化加工平臺能夠讓鋼結構資源管理更加集約化，在一定程度上幫助企業(yè)和施工單位降低生產(chǎn)成本。此外，還可以對生產(chǎn)加工過程中的具體位置和生產(chǎn)狀態(tài)進行實時動態(tài)監(jiān)測，不僅降低了工作人員的工作壓力，還能夠提升生產(chǎn)的效率和質量。這種數(shù)字化的管理統(tǒng)計方式，能夠很好的保證材料的充分利用，極大程度的提升了管理效率以及施工的準確性。

4.3 安裝過程的可視化提升施工效率和安全性

在鋼結構加工與組裝過程中，工作人員可以利用BIM平臺對施工人員以及設備材料等進行可視化的監(jiān)測，進一步的了解和掌握施工過程。相關工作人員根據(jù)工程施工的具體工期規(guī)劃對這些信息進行有效管理，能夠保障工程施工的順利進行，也能及時發(fā)現(xiàn)施工中的問題并加以調整。簡言之，BIM技術的可視化能夠對整個鋼結構的生產(chǎn)和施工過程進行跟蹤管理，能夠幫助相關工作人員全面的掌握工程進度，為管理人員的科學決策提供相應依據(jù)。

5 發(fā)展趨勢的預測

在信息化社會中，BIM是建筑行業(yè)管理工作推進過程中的一種可靠支撐，其不單純是一種新技術，也是一種主流管理模式，為建筑行業(yè)創(chuàng)造了十分理想的效益。其發(fā)展趨勢主要有：

(1)基于建筑產(chǎn)品三維模型，進一步添加構件制造、物流、裝置信息及相應工期、成本等信息，利用三維立體可視化方法，促進BIM技術和數(shù)字化加工行業(yè)的有效融合過程。

(2)加大BIM技術和數(shù)字化科技的集成力度，實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展與應用。

6 結 語

現(xiàn)代科技水平不斷發(fā)展，我國建筑施工中的新技術也不斷涌現(xiàn)出來。在建筑工程領域，BIM數(shù)字化技術的應用具有非常大的優(yōu)勢，尤其是在鋼結構的生產(chǎn)和加工過程中能夠發(fā)揮出巨大作用。將這種技術和鋼結構的數(shù)字化加工相結合，能夠有效的提升鋼結構生產(chǎn)效率和整體質量，降低鋼結構生產(chǎn)成本，并且為鋼結構在施工過程中的安裝階段提供重要的技術保障。將BIM技術科學的應用到鋼結構的加工過程中，是現(xiàn)代工程建設領域發(fā)展的重要趨勢。相關研究人員和企業(yè)應加緊對此方面的研究，進一步加強實踐和探索，推動我國現(xiàn)代工程的持續(xù)健康發(fā)展。