简析BIM技术在钢结构工程中的应用

孙志伟　孟瑜　王勇

摘要：文章主要在结合笔者实践基础上，并在基于某工程例子情况下对对BIM技术在钢结构工程中的应用谈一谈自己的认识，以供广大同行参考。

关键词：BIM技术；钢结构工程；施工；应用

1.BIM技术概述

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的简称，它不是指某一款软件，而是一个包含技术和管理的行业概念，软件只是它的应用平台。BIM实际上是通过数字化技术，建立一座虚拟建筑，它的实施是为业主提供设计、施工、销售、运营等的专业化服务。

BIM技术实现：（1）三维设计、不同专业设计之间的信息共享、虚拟设计和智能设计，设计碰撞检测、能耗分析、成本预测等。（2）建设项目施工阶段工程进度、人力、材料、设备、成本和场地布置的动态集成管理及施工过程的可视化模拟，项目各参与方信息共享。（3）在计算机上执行建造过程，虚拟模型可在实际建造之前对工程项目的功能及可建造性等潜在问题进行预测，包括施工方法实验、施工过程模拟及施工方案优化等。

2.BIM技术在钢结构工程施工中的应用

2.1工程概况

以会议中心为例，根据本工程结构特点，钢结构安装工作配合土建施工进度进行安装。以钢结构安装为主导线路，从地下室钢结构预埋件安装开始，主楼钢结构的安装从下到上连续进行，直至安装屋顶部分钢结构，完成所有构件的安装，钢结构安装主要采用塔吊进行高空散件安装。工程为钢柱支撑钢桁架而成，呈雏鹰形，建筑物结构复杂，并且外形尺寸较大，钢构件分布较广，空间坐标测控复杂，有些部位以及构件容易被遮挡，不容易进行观测。

2.2施工重点难点的管理及实施方案

2.2.1施工关键技术、工艺

钢结构制作技术：工程的构件主要有箱形钢柱、钢管柱、H型钢构件、H型钢桁架、钢管桁架等，节点连接主要采用焊接和高强度螺栓连接。加工中的关键技术主要有箱形和H形构件的组对和变形控制、螺栓孔加工质量及精度控制、节点处的异形钢板的下料切割质量和精度控制、節点加工组装的质量控制、高强螺栓连接的摩擦面加工质量控制、抛丸除锈及涂装的质量控制、箱形和H型构件加工的焊接技术等。

2.2.2施工重点、难点

（1）深化设计难。深化设计直接关系着钢构件的制作以及安装。本工程结构复杂，构件繁多，深化设计时需用专业的钢结构深化设计软件进行三维空间建模，合理确定每个构件的分段方式以及每个连接节点的形式，准确计算每根构件的尺寸，保证结构体系的合理与稳定。只有进行合理的深化设计，才能保证构件的制作和安装。所以，深化设计是工程一个重点、难点。

BIM技术在详图设计方面有多款软件支持，其中比较优秀的是Tekla Structures别名Xsteel。Tekla Structures是Tekla公司出品的钢结构详图设计软件，Tekla Structures的功能包括3D实体结构模型与结构分析完全整合、3D钢结构细部设计、专案管理、自动shop Drawing、BOM表自动产生系统等。钢结构公司使用Tekla Structures创建一个三维BIM模型，详图设计人员可以在可视化界面中根据设计图纸真实尺寸将钢结构模型三维界面创建出来，建模过程中，设计人员就可以通过调整视角及时检查建模过程中的错误，同时软件也有碰撞检查功能，可以提醒设计人员纠正错误。

建模过程包括两部分：首先，根据结构施工图建立轴线布置和搭建构建模型。保证BIM构件的定位和拼装的精度。其次，对一些较为细小和复杂的节点进行布置。由于通常这些节点的布置具有规律性，因此可以编写一个构件的插件，从而实现该类节点的自动布置。

（2）节点制作及安装难。结构相似，都是由型钢柱支撑钢桁架而成，主要节点形式是H型钢对接、厚板钢柱对接、杆件连接等。多杆节点采用相关连接、节点板连接或铸钢节点，因杆件之间夹角小，焊缝多，焊接变形大，因此，节点焊接难，变形控制难，空间准确拼装难。整个工程中，施工采用的柱一梁连接以及桁架结构大量采用高强螺栓临时固定以及连接，因此螺栓孔的加工精度、摩擦面要求是本工程重点之一。

2.3 BIM建模后形成的效果

第一，钢结构BIM三维实体建模出图，其本质就是进行电脑预拼装、实现真实的过程。首先，所有的钢杆件、装饰材料，节点连接、螺栓焊缝等信息都通过三维实体建模进入整体模型，该BIM三维实体模型与以后实际建造的建筑完全一致。其次，所有设计图（包括布置图、构件图、零件图等）均是利用三视图原理投影生成，图纸中所有尺寸，包括杆件长度、断面尺寸、杆件相交角度等均是从三维实体模型上直接投影产生，完全实现电脑预拼。第二，通过建立实体模型，可以再模型中任意进行旋转和查看材料属性，并可以任意剖面，软件并可以自动碰撞校核检查，解决了结构与结构，结构与其他专业碰撞问题。

3.结语

BIM技术的应用无疑对钢结构建筑发展带来福音，充分运用BIM技术，结合钢结构设计与放样的相关软件，并贯穿于设计、制造及安装的施工流程中，解决了钢结构专业异型和曲面复杂结构系统的设计建模、深化设计和施工，逐步展示了在未来建筑BIM概念的强大优势而努力。