論BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的應(yīng)用

宋曉玉 李翔

中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 西安 710000

建筑鋼結(jié)構(gòu)施工具有工程量大、工序復(fù)雜、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，對(duì)施工人員及設(shè)備要求較高。BIM技術(shù)作為一種新的信息集成平臺(tái)，它不僅能夠有效降低建筑鋼結(jié)構(gòu)的建造成本，而且還能提升施工效率與質(zhì)量。但目前我國(guó)大部分建筑工程都采用粗放式的管理模式，導(dǎo)致許多問(wèn)題的出現(xiàn)。而BIM技術(shù)的引入則有助于解決這些問(wèn)題，其優(yōu)點(diǎn)在于利用該技術(shù)能夠快速獲取設(shè)計(jì)結(jié)果，同時(shí)也能夠節(jié)約人力、時(shí)間成本，最終達(dá)到優(yōu)化整個(gè)建設(shè)工程的目的。

1 BIM技術(shù)概論

BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中提供的數(shù)字化方案，具有極高的實(shí)用性和適用性。通過(guò)建立建筑鋼結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字模型，BIM技術(shù)提供了一種便捷、精準(zhǔn)的工具，可應(yīng)用于施工計(jì)劃的制定、分析和優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)可以協(xié)助施工團(tuán)隊(duì)預(yù)估施工量和規(guī)劃進(jìn)度，優(yōu)化施工流程，減少人力物力浪費(fèi)，提高施工效率與質(zhì)量，確保施工能夠按時(shí)按質(zhì)完工。

對(duì)于合作企業(yè)而言，BIM技術(shù)亦可實(shí)現(xiàn)信息的共享和協(xié)同工作。例如，BIM技術(shù)提供的數(shù)字模型可以分享至施工工地，輔助現(xiàn)場(chǎng)工人更好地理解施工任務(wù)和計(jì)劃，并提高整個(gè)項(xiàng)目的執(zhí)行效率，有效降低溝通成本。同時(shí)，BIM技術(shù)還可以監(jiān)控使用設(shè)備的狀態(tài)，隨時(shí)生成關(guān)鍵數(shù)據(jù)，更好地解決部分需求及咨詢過(guò)程需要，確保建筑鋼結(jié)構(gòu)施工的順利進(jìn)行。此外，BIM技術(shù)可結(jié)合現(xiàn)有建筑鋼構(gòu)物的情況，精準(zhǔn)地維護(hù)其結(jié)構(gòu)，避免隨意的加固或更改對(duì)原結(jié)構(gòu)造成不可逆的損失。通過(guò)對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的監(jiān)控和管理，BIM技術(shù)可以精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題點(diǎn)并快速定位，有助于及時(shí)進(jìn)行維護(hù)或修復(fù)，保證建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性[1]。

總之，BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中提供一站式的數(shù)字化平臺(tái)，幫助施工人員提高工作效率、降低成本、減少誤差、提高施工質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)更為高效精準(zhǔn)的建筑鋼結(jié)構(gòu)施工服務(wù)，助力行業(yè)發(fā)展。

2 BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)和制作

BIM可以以三維數(shù)字模型形式呈現(xiàn)出完整的建筑鋼結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)地表達(dá)出建筑鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)細(xì)節(jié)和部件，并將產(chǎn)品信息、工藝信息和施工信息整合在一起。采用BIM技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和制作能使相關(guān)人員在建立數(shù)字模型時(shí)，在模型中檢查施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高精度，減少誤差、消除更新的成本或需求，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)糾錯(cuò)，從根本上考慮到施工過(guò)程中鋼結(jié)構(gòu)的制造和安裝，避免了后期施工過(guò)程中的問(wèn)題，提升整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目的效率。

2.2 可視化施工效果

BIM技術(shù)建立的三維數(shù)字模型不僅可以提供建筑鋼結(jié)構(gòu)的幾何形狀和構(gòu)件之間的連通關(guān)系，還能將其轉(zhuǎn)化為可視化效果，從而直觀地展現(xiàn)出建筑鋼結(jié)構(gòu)在三維空間中的狀態(tài)，使工人在實(shí)際施工時(shí)更容易辨認(rèn)。不僅可以快速識(shí)別模型中的各個(gè)構(gòu)件位置和狀態(tài)，還可以在模擬環(huán)境下進(jìn)行施工方案的模擬和調(diào)整，使施工人員能夠快速直觀地確認(rèn)質(zhì)量和精度，從而避免了不當(dāng)、損壞等不良的施工行為。

2.3 協(xié)同工作流程

在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工中，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)部門之間的協(xié)作和信息共享，幫助施工人員更高效地完成建筑項(xiàng)目，提高生產(chǎn)率。尤其是在建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中，BIM技術(shù)為施工人員提供了快速獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的途徑，極大地方便了工程施工[2]。

2.4 預(yù)測(cè)施工效益

BIM技術(shù)可以利用數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)仿真等方法，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，并幫助制定優(yōu)化方案，以提高施工效率和減少施工風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)施工來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)的預(yù)測(cè)能力尤為重要。具體來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)可以提供多種施工方案，并使用預(yù)測(cè)模型評(píng)估每個(gè)方案的優(yōu)劣，從而幫助施工人員選擇最適合的方案，使鋼結(jié)構(gòu)施工具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，這對(duì)于建筑工程的發(fā)展有十分重要的意義。

3 鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的難點(diǎn)

3.1 鋼材加工

鋼材是實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的重要材料，但鋼材在施工之前需要進(jìn)行加工。加工過(guò)程中的難點(diǎn)包括切割、鉆孔和焊接等，并且必須控制誤差在允許范圍內(nèi)，以保證加工后的構(gòu)件符合設(shè)計(jì)要求。

切割是鋼材加工過(guò)程中一個(gè)非常重要的步驟。傳統(tǒng)的切割方式是火焰切割，通過(guò)氧氣或其他氣體，在高溫下加劇氧化反應(yīng)，從而切割鋼材，這種方法在施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量火花和副產(chǎn)品，嚴(yán)重污染施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。而激光切割逐漸成為主流加工技術(shù)，激光切割精度更高，切割速度更快，能夠降低切割過(guò)程中的誤差，使整個(gè)鋼材切割過(guò)程更加環(huán)保安全。

鉆孔也是鋼材加工過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，常常涉及大量的鉆孔操作。在鉆孔過(guò)程中，需要加強(qiáng)對(duì)鉆頭和設(shè)備的維護(hù)以及鉆孔機(jī)床的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性控制，以保證鉆孔的精度和效率。同時(shí)，各種型號(hào)、規(guī)格的鉆頭要與設(shè)備相適應(yīng)，保證鉆孔的穩(wěn)定。

焊接是鋼結(jié)構(gòu)制造最常見和重要的工藝。鋼結(jié)構(gòu)施工需要大量的焊接，焊接的合理度和合格率對(duì)于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生決定性的影響，需要考慮多種要素，包括鋼材、電極、參數(shù)、技術(shù)等等。同時(shí)焊接材料的質(zhì)量也是一個(gè)重要的問(wèn)題，需要根據(jù)焊接方式、施工環(huán)境等多個(gè)因素綜合考慮，選擇最適合的焊接材料來(lái)保證焊接質(zhì)量。

3.2 結(jié)構(gòu)制作和安裝

鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)制作和安裝對(duì)于建筑的穩(wěn)定性和美觀性有著很大的影響。在制作結(jié)構(gòu)時(shí)，工人必須先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上記錄的尺寸和結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行加工和零件制作，嚴(yán)格按照工藝流程來(lái)操作，確保加工精度和零件質(zhì)量。在結(jié)構(gòu)制作完成后，需要確定一個(gè)合適的安裝位置進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的安裝，安裝過(guò)程中還需進(jìn)行多個(gè)關(guān)鍵步驟，包括：連接件的安裝、預(yù)裝配、調(diào)整精度以及拆卸等。在這一過(guò)程中，需要考慮材料的強(qiáng)度、空間的大小、重量的分布等因素，以保證安裝精度和安全性。因此在安裝過(guò)程中，工人必須熟練掌握這些操作，根據(jù)具體情況決定所需的設(shè)備和工具，并注意事前準(zhǔn)備工作，保證鋼結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定[3]。

3.3 施工過(guò)程安全隱患較多

鋼結(jié)構(gòu)建筑施工大多在高空和狹窄的空間進(jìn)行，并且需要進(jìn)行大量的機(jī)械作業(yè)，如不嚴(yán)格把控，就容易出現(xiàn)許多安全隱患。

墜落：鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工往往需要在高空或高處作業(yè)，一旦工人沒(méi)有正確佩戴防護(hù)用具或錯(cuò)誤操作，就可能會(huì)從高處墜落，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

碰撞：在鋼結(jié)構(gòu)建筑的安裝過(guò)程中，各種機(jī)械設(shè)備和物料在運(yùn)輸和裝卸時(shí)，極易發(fā)生意外碰撞，再加上施工現(xiàn)場(chǎng)狹小的空間，工人的行動(dòng)受限，極易導(dǎo)致人與物之間發(fā)生碰撞，會(huì)造成設(shè)備損壞和人員傷亡。

爆炸：在焊接、切割等處理工序中，如操作不當(dāng)，很容易引起氧氣、酯類物質(zhì)泄露，形成易燃爆炸的潛在隱患。

吊裝：鋼結(jié)構(gòu)的吊裝往往需要借助吊車進(jìn)行吊運(yùn)作業(yè)。如果在吊裝時(shí)受重力作用及外力沖擊等因素的影響，可能產(chǎn)生局部應(yīng)力集中而使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至倒塌事故，對(duì)施工人員生命安全構(gòu)成極大威脅。

3.4 施工質(zhì)量難以把握

鋼結(jié)構(gòu)建筑施工質(zhì)量是影響建筑效益和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。然而在鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，由于材料的特點(diǎn)和要求非常高，施工質(zhì)量的難度也會(huì)較大。

焊接質(zhì)量：鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，焊接是關(guān)鍵工藝之一。但由于焊接操作的難度較大，很容易造成焊縫的質(zhì)量低下，比如出現(xiàn)脆性、夾雜和氣孔等問(wèn)題，進(jìn)而影響鋼結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量和安全性。

焊點(diǎn)的精度和位置：鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程對(duì)焊點(diǎn)的精度和位置要求特別高，但往往在施工過(guò)程中由于各種因素的影響，很難達(dá)到應(yīng)有的精度和位置精度，這可能會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的不牢固或者變形，最終影響鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

承載能力：鋼結(jié)構(gòu)在施工中需要經(jīng)過(guò)可靠的承載，工人需要正確安裝鋼結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件，但干擾因素如天氣、暴雨等，也許會(huì)對(duì)安裝造成干擾，進(jìn)而造成承載問(wèn)題。

安裝精度：建筑鋼結(jié)構(gòu)施工標(biāo)準(zhǔn)要求非常高，一旦施工過(guò)程中出現(xiàn)了偏差，就有可能對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體的安裝精度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致后期維護(hù)難度大。

4 BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的具體應(yīng)用

4.1 在建筑鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的深化設(shè)計(jì)中有兩個(gè)方面的應(yīng)用。一是在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用BIM技術(shù)，可以將草圖和手工設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的建筑模型。二是進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)，可以模擬鋼結(jié)構(gòu)在不同負(fù)載下的受力及應(yīng)力分布。具體來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)可以在建筑鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，主要涉及以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：

數(shù)字化設(shè)計(jì)與可視化方案：通過(guò)BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以創(chuàng)建一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)模型，并且在這個(gè)模型上進(jìn)行可視化的方案設(shè)計(jì)。這樣，設(shè)計(jì)人員可以直觀地看到每個(gè)構(gòu)件的位置和連接方式，并且可以使用各種工具進(jìn)行構(gòu)件的定位、調(diào)整和修改。通過(guò)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員能夠更好地協(xié)同工作，快速地驗(yàn)證和迭代設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

應(yīng)力模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)：在模型設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)人員可以使用BIM技術(shù)來(lái)模擬鋼結(jié)構(gòu)在不同負(fù)載下的受力和應(yīng)力分析。通過(guò)模擬結(jié)果，可以確定合理的支撐位置、構(gòu)造材料、梁的尺寸和連接方式等，達(dá)到優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。

可視化施工計(jì)劃：BIM技術(shù)可以將深化設(shè)計(jì)的成果用于建筑施工計(jì)劃中，相關(guān)人員可以在施工前預(yù)測(cè)施工過(guò)程中的安全隱患，更好地計(jì)劃和控制鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程。

4.2 在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，就是利用BIM軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析并優(yōu)化其施工工藝，可實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行信息化管理和智能化操作，其應(yīng)用主要可以有以下幾個(gè)方面。

構(gòu)件參數(shù)計(jì)算：BIM技術(shù)可以根據(jù)圖紙中的參數(shù)自動(dòng)生成構(gòu)件的三維模型，包括尺寸、位置、材質(zhì)、數(shù)量等，避免計(jì)算誤差，提高施工準(zhǔn)確性。

鋼材代碼自動(dòng)選?。築IM技術(shù)可以根據(jù)國(guó)內(nèi)外鋼材規(guī)范庫(kù)自動(dòng)匹配最優(yōu)的鋼材規(guī)格和數(shù)量，減少人工選擇的時(shí)間和錯(cuò)誤。

制造和加工過(guò)程可視化：BIM技術(shù)可以將預(yù)制構(gòu)件的制造和加工過(guò)程進(jìn)行三維動(dòng)畫模擬，幫助生產(chǎn)工人了解每個(gè)構(gòu)件的制造、加工過(guò)程和要求。這有利于降低工作誤差率和提高加工效率，減少制造成本。

智能化管理：BIM技術(shù)可以將實(shí)際加工過(guò)程向3D虛擬環(huán)境中轉(zhuǎn)換，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行智能化監(jiān)控管理。通過(guò)使用實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理問(wèn)題，提高施工的安全性、質(zhì)量和效率。

進(jìn)度管理：BIM技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際預(yù)制構(gòu)件的加工情況，實(shí)時(shí)更新施工進(jìn)度和排產(chǎn)表，以調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃和現(xiàn)場(chǎng)施工，使施工過(guò)程的協(xié)調(diào)和安排更加科學(xué)和精確。

4.3 在建筑鋼結(jié)構(gòu)印記管控中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑鋼結(jié)構(gòu)印記管控中的應(yīng)用就是利用BIM技術(shù)對(duì)不同階段建造完成后的建筑物進(jìn)行痕跡檢查。其目的是發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，及時(shí)提出整改建議，從而達(dá)到有效地控制建筑鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量和成本。具體而言，主要包括以下幾個(gè)方面。

三維模型與印記綁定：在建模時(shí)，BIM技術(shù)可以將每個(gè)構(gòu)件的印記與三維模型綁定，通過(guò)BIM的信息管理系統(tǒng)來(lái)保證印記的完整和正確性。

印記信息記錄：在制造過(guò)程中，BIM技術(shù)可以自動(dòng)生成或手動(dòng)錄入每個(gè)構(gòu)件的印記信息，包括制作單位、日期、序號(hào)、材質(zhì)等，并關(guān)聯(lián)構(gòu)件的三維模型。

印記數(shù)據(jù)分析：使用BIM技術(shù)對(duì)印記信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題，例如，缺少印記或生產(chǎn)日期不正確等。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件定位：BIM技術(shù)可以通過(guò)與傳感器技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)吊裝構(gòu)件的定位，以更好地控制構(gòu)件的移動(dòng)和安裝，保證精度和安全性。

印記異味檢測(cè)：通過(guò)采樣、分析和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)印記產(chǎn)生的異味，BIM技術(shù)可以評(píng)估施工現(xiàn)場(chǎng)條件是否符合健康和環(huán)境要求。

4.4 在提高建筑鋼結(jié)構(gòu)精度中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在提高建筑鋼結(jié)構(gòu)精度中的應(yīng)用就是通過(guò)利用先進(jìn)的信息技術(shù)來(lái)改善工程結(jié)構(gòu)建造過(guò)程中出現(xiàn)的偏差，從而達(dá)到控制誤差、保證工程質(zhì)量的目的。

建模精度：BIM技術(shù)可以幫助建筑設(shè)計(jì)師在建模時(shí)預(yù)測(cè)和避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，也可以通過(guò)多種技術(shù)手段，例如激光掃描、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理等，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)，提高建模精度。

精確鋼構(gòu)件制造：BIM技術(shù)可以將設(shè)計(jì)模型和施工圖紙無(wú)縫對(duì)接，提供精確的鋼構(gòu)件制造指導(dǎo)，以確保鋼構(gòu)件制造的精確性和一致性。

精確定位：BIM技術(shù)可以將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置、方向和高程坐標(biāo)等數(shù)據(jù)預(yù)先計(jì)算和設(shè)定，以確保施工時(shí)的精確定位。

智能監(jiān)控：BIM技術(shù)可以添加傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以保證鋼構(gòu)件在安裝、拼接、吊裝等過(guò)程中的精確性。

精準(zhǔn)拼接：BIM技術(shù)可以提供精確的構(gòu)件拼接方式、尺寸和位置等信息，確保構(gòu)件在拼接時(shí)的精準(zhǔn)度和安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑鋼結(jié)構(gòu)施工具有周期長(zhǎng)、工序多、影響因素復(fù)雜等特點(diǎn)，BIM技術(shù)的引入不僅可以減少人工操作帶來(lái)的誤差，還能幫助設(shè)計(jì)師們快速高效地制定出合理有效的施工方案，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤管理，保證施工進(jìn)度與成本目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，在未來(lái)建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，BIM技術(shù)將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，有必要將其廣泛推廣應(yīng)用到其他行業(yè)中去，為人們提供更好更全面的建筑施工服務(wù)。