BIM数字化加工技术在钢结构加工中的应用研究

冷新中

1.BIM数字化技术在钢结构加工中应用的重要性

在现代工程领域，钢结构依靠其自重轻、施工简便、强度高的优势得到广泛应用，并且推动现代工程在超高层建筑的建设上实现了巨大突破。目前，钢结构已经成为国内建筑工程领域的主要结构支撑，为现代建筑工程事业发展做出巨大贡献。不过随着我国城市建设的逐步发展和现代建筑工艺水平的日渐提升，现代化建筑开始对钢的质量、性能提出更高要求，同时传统钢材焊接的较高成本也成为现代建筑事业发展的重要制约[1]。在此情况下，钢结构的生产加工如何提升质量与效率、降低成本，就成为一个关键问题。

BIM技术即建筑信息模型是依托数字三维技术而产生的一项辅助现代建筑工程设计施工的重要技术。其通过集成建筑工程项目的所有信息来进行工程数据模型的建构，能够形成对工程建设全过程的数据指导，使得工程建设各专业部分都可以以建筑信息模型作为参考。在钢结构制作加工中，BIM技术则可以对钢结构生产加工的信息进行收集，然后构建出钢结构的数据模型。同时，现代数字化加工则可以与BIM技术相结合，依据BIM技术构建出的数据模型来操作设备进行钢结构的数字化加工。由于BIM数字化技术在钢结构设计加工中能够按照需求不断对BIM 模型的数据进行标准化、多元化、关联化，所以钢结构的生产加工则有了更多的控制环节。同时可视化的模型设计和数据深化也为工作人员对钢结构设计的可行性和结构性能参数的打磨提供了有利条件[2]。可以说，这种生产加工技术改变了传统的生产加工流程，也提升了钢结构生产加工信息化水平。所以在现代钢结构生产加工中，BIM数字化技术的应用已经成为一个重要趋势，同时也影响着我国未来工程建设事业的走向。

2.BIM数字化技术在钢结构加工中的基本原理

BIM数字化技术是BIM技术与数字化技术的集成，两者共同应用于钢结构加工之中主要基于以下原理来操作的。

（1）利用BIM 技术对钢结构进行设计。在设计阶段，设计人员需要根据钢结构的使用需求来对其数据模型进行设计，然后输出钢材的各种属性参数和图纸，并对这些资料进行存档和标准化过程管理。

图1 BIM数字化加工原理

（2）数字化加工从BIM 模型中提取钢材的各种属性参数信息，然后再通过二次开发链接企业物料数据库，并调用物料库存信息排版套料操作。

（3）利用数控设备对钢结构进行数字化加工。同时加工的结果可以进一步反馈至BIM模型中，以便工作人员对施工信息进行更新。

整个BIM数字化加工原理如图1所示。

3.BIM数字化加工技术在钢结构加工中的具体应用

BIM数字化加工技术在实际应用中涉及多个应用阶段，依此为深化设计阶段、材料管理阶段、构件制造阶段以及现场安装阶段。

3.1 深化设计阶段

深化设计阶段的工作主要是进行钢构件的三维实体建模。但在进行具体建模之前，还需要根据项目要求做好批次划分与工期计划的编制工作，然后再对每个批次的图纸文件进行送审。只有图纸文件审核合格后才可以进行实际建模。三维实体建模需要用到Tekla Structures 和 Auto CAD软件。三维实体建模部分不但需要构建其三维模型，还需要形成细部3D图。

3.2 材料管理阶段

这一阶段主要是依靠深化设计阶段所生成的清单文件来进行材料的采购与管理。工作人员需要根据清单文件来编制采购计划，然后将采购计划导入至管理软件中用以生成采购订单。采购订单是采购人员进行材料采购和后续入库验收的依据。同时采购验收完成之后的文件也需要录入管理软件内以完成原材料信息的绑定，从而方便后续管理工作的开展。

3.3 构件制作阶段

这一阶段中工作人员需要依据BIM模型信息来进行实际的数字化加工。一方面工作人员需要运用数字化加工软件如 SionCAM等将BIM模型中的数据信息提取出来。另一方面则需要根据信息在前期采购并上传到管理软件内的物料库中将材料提取出来，然后再利用数控设备展开实际的生产加工。

3.4 现场安装阶段

现场安装阶段主要是继续利用BIM模型来进行安装施工过程的控制。由于BIM模型可以为施工人员提供可视化的钢结构参数信息和安装施工的信息，所以有助于提升安装施工过程的准确性和效率。同时其构件信息与安装信息的动态化更新与管理也有助于管理人员对现场安装的状态进行把控，从而实现对施工安装过程的有效管理。

4.BIM数字化加工技术在钢结构加工中的应用优势

BIM技术本身在建筑工程领域内就有着诸多应用优势，如可视化、数据化、协同化等。而该技术与数字化技术集成后，其在钢结构加工中的应用优势则更为凸显，这主要集中体现在以下三方面。

4.1 无损碰撞检测

BIM技术应用于建筑工程和相关设计领域中的碰撞检测功能一直都是其突出优势之一。在钢结构的生产加工中，其从设计阶段开始就可以对钢结构模型的相关结构节点、预留管洞等信息实施碰撞检测，从而为钢结构模型的调整优化提供依据。对于钢结构的建筑工程而言，其桁架层位置的设计、连接节点位置的选取、管线线路与钢梁较差位置的确定，以及预留孔洞的精确性等，都将影响最终加工和安装施工的质量，而BIM技术基于Revit软件的无损碰撞检测则可以利用现代科技在计算机上对这些设计信息进行检验，确定其科学合理性，如此就在极大程度上保证了钢结构设计制造的质量，有助于提升钢结构的加工和安装水平。

4.2 资源管理的集约化

对于钢结构的加工制造和安装施工，其材料与施工管理也是重要的环节。在传统的加工制造中，这些管理事项依靠人工完成，往往容易出现诸多误差。而依托BIM技术与数字化技术的数字化加工平台却可以对钢结构加工过程中的材料进行集约化管理，如利用现代物联网无线射频识别技术就可以对生产加工和施工中材料的位置、状态等情况进行动态检查与更新。如此就在极大程度上减少了工作人员的工作量，同时依靠现代信息与数字化技术实施的管理统计，也能够降低误差，保证材料和施工状态管理的准确性并极大提升管理效率。

4.3 加工与安装过程的可视化管理

可视化同样是BIM技术的主要优势之一，因此其应用于钢结构加工之中同样使得其加工与安装过程实现了可视化。这主要体现在钢结构加工与安装过程的管理上可以利用BIM平台来进行施工人员、机械设备、材料等信息的绑定，从而实现对这些要素在施工过程中信息状态变化的动态掌握。工作人员再结合工程项目的工期计划来对这些信息进行管理，就可以发现钢结构加工与安装施工过程中存在的问题。可以说，BIM技术的可视化为钢结构加工与安装过程实施跟踪管理创造了可能。此外，人们还可以利用BIM技术对钢结构加工与安装过程的不同阶段和不同工序进行拆分，然后再按照进程将每道工序的完成度设定成不同颜色，如此钢结构加工与安装的每个环节的完成情况就可以在BIM模型上进行直观呈现，从而使工作人员更直观地掌握工程建设情况并作出管理决策。

5.结束语

随着现代科技的发展，越来越多的先进技术开始应用于建筑工程领域。BIM技术作为现代工程建设领域中的一项重要技术，在钢结构加工制造方面同样有着发挥空间，尤其与数字化加工技术的结合，更能够实现钢结构生产加工质量、效率的提升和成本的压缩，同时为钢结构安装施工提供重要的技术支撑。但要将BIM数字化加工技术更为科学地应用到钢结构生产加工中，则还需要相关领域在实践中进一步加强探索与实践，以推动我国现代工程建设更好地发展。