BIM与数字化加工技术在钢结构中的应用

范学宁，汤 杰，郑爱武，曾凡奎

(西安工业大学 建筑工程学院,陕西 西安 710021)

BIM与数字化加工技术在钢结构中的应用

范学宁，汤 杰，郑爱武，曾凡奎

(西安工业大学 建筑工程学院,陕西 西安 710021)

将BIM与数字化加工技术集成应用于钢结构生产，实现构件自动化加工，能有效缩短项目工期，实时掌握项目进度。本文介绍了BIM 与数字化技术的集成原理及其在钢结构加工中的具体应用，这对钢构件的加工过程具有指导性作用。

BIM技术；数字化加工；集成应用；钢结构

钢结构作为现代化工程的引领者，因其自重轻、施工简便、强度高等特点，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等建筑领域。迄今为止，我国采用钢结构的建筑项目不在少数，且多被誉为建筑奇观。但由于现代化建筑的外观奇特、造型复杂，国产型钢及钢管的型号、品种和质量很难满足建筑要求，且钢材焊接性能差、成本高，制约了我国钢结构建筑的发展。

在建筑信息化和数据共享化的大时代发展趋势下，运用BIM和数字化加工技术辅助钢结构生产和施工，能有效解决传统钢结构建筑面临的问题[1-2]。本文主要探讨了BIM与数字化加工集成技术在钢结构中的应用情况，这对提高钢材生产率和质量、降低项目成本有重要意义。

1 BIM与数字化技术集成原理

BIM技术集成了工程项目各相关信息，是设施物理和功能特性的数字化表达。数字化加工是利用生产设备对已经建立的数字模型进行产品加工。BIM与数字化加工的结合就是将BIM模型中的数据转换成数字化加工所需的数字模型，生产设备根据该模型进行数字化加工[3]，其集成应用主要体现在BIM模型的深化设计和钢结构数字化加工两个阶段，数字化加工原理如图1所示。

图1 数字化加工原理

在BIM模型的深化设计阶段，要求数据的标准化、多元化和关联化。标准化是模型深化设计的基本要求，能确保数据的有效性，主要对钢材牌号、截面、零构件属性以及图纸的输出、存档进行标准化过程管理。多元化能提供查看多种信息的途径，如CAD图纸可提供构件的设计数据，材料清单可查看施工所需资源。BIM与数字化加工结合，通过BIM模型将安装图、制造图关联起来，各类数据的有机结合，突破了传统信息交流模式中信息传递的障碍，可以直观地向施工人员展示工程的相关信息[4]。

钢结构数字化加工阶段，可直接从BIM模型中提取零件的属性信息(材质、型号)、可加工信息(尺寸、孔洞)等原始数据信息，同时从企业物料数据库中提取所需的材料信息，通过二次开发链接企业的物料数据库，调用物料库存信息进行排版套料，并根据实际使用的数控设备选择不同的数控文件格式，对结果进行输出。其加工的结果可以反馈到BIM模型中，对施工信息进行添加和更新操作。

2 BIM与数字化技术在钢结构加工中的应用

2.1 应用阶段

BIM与钢结构数字化加工技术集成应用主要体现在深化设计、材料管理、构件制造和现场安装4个流程阶段。

深化设计阶段，先按照项目要求进行批次划分和工期计划编制，并据批次对图纸文件送审，审核合格后利用Tekla Structures和Auto CAD软件对钢构件进行三维实体建模，如图2所示。钢结构细部设计3D展示如图3所示。钢结构深化设计如图4所示。

图2 钢构3维模型图

图3 细部3D图

图4 钢结构深化设计图

材料管理阶段。根据上述生成的清单文件编制材料采购计划，将计划文件导入施工过程管理软件中生成材料采购订单，进行订单发放并组织材料采购。材料进场后，对订单材料进行验收入库，并将材料检验表文件上传到管理软件内，与原材料信息进行绑定。

构件制造阶段。利用数字化加工软件SionCAM从BIM模型中提取原始加工数据信息，从企业物料数据库中提取所需的材料信息，根据实际使用的数控设备对构件进行生产加工。

现场安装阶段。使用BIM模型对施工过程进行控制，从图纸文档管理模块中下载文档查看构件信息，并在生产管理模块及时更新构件的发运和到场信息以及在安装现场的最新施工状态，形成最终竣工模型。

2.2 具体应用点

(1)模型自动化处理。

利用Revit软件对深化设计模型的结构节点、预留管洞等信息进行碰撞检测，根据检测结果进行模型二次优化与调整。例如在桁架层位置建模时，应调整各杆件之间的碰撞，并对连接节点进行优化，保证安装施工的精确定位[5]；在管线线路与钢梁的交叉位置，预留孔洞并保证安装精度。深化设计模型确定后，无损导入钢结构BIM平台丝线模型数据、清单、详图等文件，为后续施工管理提供精细化模型支持。

(2)资源集约化管理。

所谓资源集约化管理，主要体现在材料快速盘点管理、建立常备材料库以缩短材料周转周期，以及使用混合排料提高材料利用率。在钢结构BIM数字化加工平台中，通过使用物联网无线射频识别技术(扫描材料二维码)，实时检查和更新项目材料的精确位置和状态，减少人工统计工作量，避免人工统计误差，实现快速、准确、高效材料盘点管理，并将信息及时上传BIM数据系统中，可自动生成各类材料清单报表，提高材料使用的准确性和时效性。

(3)工程可视化管理。

通过对施工人员、机械、材料的施工过程信息进行绑定，结合项目工期计划，形成全方位数据库，为过程管理提供数据支撑。用扫描机进行数据采集，实现建造全过程跟踪管理。同时还可利用BIM平台的拓展功能，进行制造和安装阶段的工序拆分、细化编码，实现施工全生命期的工序管理。并可以将所采集的构建加工、运输、安装情况等以不同的颜色在BIM模型上进行显示，使工程进度更加直观。通过对施工全过程可视化管理，将施工现场各阶段信息同步到BIM平台，有利于管理者实时掌握项目施工状态，建立工期计划和过程纠偏机制，确保项目顺利实施。

3 BIM与数字化技术在钢结构加工中的应用意义

3.1 提升建设效率和经济效益

BIM技术与数字化加工的集成应用，能对信息进行实时、快速、精细化管理和准确传递，实现了建筑业的工业化发展。基于BIM模型对钢构件3维设计和装配模拟，全程追踪材料的采购、制造、运输、存放和安装[6]，为建筑工业化过程管理提供了良好的方法。利用BIM模型数据和数字化加工的自动集成，替代传统的“平面图纸——深化设计——加工制造”流程，提高了建筑构件的加工效率。

3.2 促进建筑业信息化发展

BIM技术与钢结构的有机结合，将使现阶段钢结构建造进入全面信息化管理模式，通过各方在协作信息平台上的全过程参与，改变传统管理方式。使钢结构建筑市场的发展向自动化、工业化、信息化和集成化迈进。同时，钢结构工程以绿色、低碳和节能为显著优势，逐步替代混凝土、砌体等传统结构形式。由于传统管理模式难以满足钢结构行业发展的规模与需求，促使必须通过信息化技术研发进行管理革新，创造核心价值，要不断开拓创新思维，吸取相关行业的经验，加快整个建筑行业工业化、信息化的发展步伐。

3.3 改变加工模式助推协同创新

钢结构数字化加工的过程，需要工程师、设计人员和制造商之间的合作以完成钢构件的设计、生产制造和安装。传统的生产方式是先设计，再详图设计，最后制造，浪费时间而且变更复杂。在BIM技术条件下，这3个环节可以并行展开，将BIM的3维模型直接用于设计环节，使制造商与设计人员更直观地对钢构件的外形、细节等进行交流[7]，在设计中提前考虑制造问题，能够节约时间，提高协调能力，降低钢结构安装成本。

4 结 语

将BIM 与数字化加工技术集成应用于钢结构生产，辅以Tekla Structures、AutoCAD、SionCAM和Revit等软件处理技术，为钢结构数字化加工建立模型基础，并在BIM平台中及时反馈加工结果，实时对施工信息进行添加和更新。在钢构件加工中按照本文的方法进行实际操作和应用，不仅能改变钢结构加工的模式和方法，提高加工效率、降低加工成本，还能有效地提高钢构件的生产质量，促进钢结构建筑的发展。

[1] 孙澄，杨阳，韩昀松.数字化加工制造P-BIM技术框架研究——以钢结构建筑为例[J].新建筑，2014，14(04)：136-140.

[2] 李建宏，李定山，张明.BIM技术对钢结构制造厂管理水平的提升[J].钢结构，2014，29(06)：75-77.

[3] 王朝阳，刘星，张臣友.以BIM打通钢结构建造信息壁垒[J].施工企业管理，2015，5(05)：76-78.

[4] 姬丽苗，张德海，管梽瑜.建筑产业化与BIM的3D协同设计[J].土木建筑工程信息技术，2012，4(04)：41-42+63.

[5] 赵金龙.BIM技术在钢结构工程建设阶段的应用[D].长春工程学院，2016：36-37.

[6] 王朝阳，刘星，张臣友.BIM技术在武汉中心项目钢结构施工管理中的应用[J].施工技术，2015，44(06)：40-45.

[7] 尚超宏，苗兴光.BIM技术在钢结构中的应用[J].钢结构，2016，31(07)：104-107.

Application of BIM and Digital Machining Technology in Steel Construction

FAN Xuening,TANG Jie,ZHENG Aiwu,ZENG Fankui

(Xi′an Technological University,Xi′an 710021,China)

With the development of information technology and the wide application of steel structure building,in the paper BIM and digital machining technology into steel production are integrated,and the automatic processing are implemented,and the project duration is effectively shorten and the schedule is easily control. The integration principle of the BIM and digital technology in the application of steel structure processing stage are introduced in paper and the specific application point are introduced in detail,which has a guiding role on the process of steel components.

BIM technology;digital machining;integrated application;steel construction

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.03.006

TU688

A

1674-5403(2017)03-0020-04

2017-05-10

范学宁(1993-)，女，陕西商洛人，在读硕士研究生，主要从事土木工程管理方面的研究.

商洛市2015年科技计划项目(SK2015-45).