装配式钢结构建筑中的BIM技术应用研究

徐耀东 严炜炯 朱 伟

1. 上海市建筑建材业市场管理总站 上海 200032；2. 北京构力科技有限公司上海分公司 上海 200023

装配式钢结构建筑融合BIM的精细化模型数据，可使装配式BIM模型在建筑设计、深化设计、构件生产、构件运输、现场施工、运营维护等环节实现信息的集成管理和应用，让各参与方在不同工作阶段，采用基于BIM技术的系统和工具，解决装配式钢结构建筑在设计、生产及运输和装配式施工等环节中的关键技术问题[1-4]。

1 装配式钢结构建筑中的BIM应用

1.1 装配式钢结构建筑体系

装配式钢结构建筑，由钢结构主体结构系统、围护系统、设备与管线系统、内装系统组成，采用工业化方式制作预制构件、部品和部件，在施工现场进行集成装配安装。装配式钢结构建筑以工业化方式，减少施工现场的支模、钢筋绑扎、现场湿作业，以及现场装修的免（少）粉刷等作业。装配式钢结构建筑中，采用工业化方式制作的预制构件、部件，包括钢柱、钢梁、钢支撑，以及预制的剪力墙构件、钢筋桁架混凝土预制楼板、预制轻质复合内墙、预制外挂墙板、装配式设备管线及集成厨房、集成卫生间、装配式吊顶等。对于工业化生产的系统，其连接推荐采用便于现场安装的形式，一般采用螺栓连接。

1.2 BIM技术特点

BIM（建筑信息模型）技术以三维数字技术为基础，集成项目的设计、生产加工、施工、运维等各阶段的数据和属性信息，具有数据性、可视性、模拟性、协同性等特点，同时拓展基于BIM三维数据的专业应用，用数字化方法解决项目问题。

1）数据性。BIM技术是一种贯穿于建筑全生命周期的三维数字技术，是项目全生命周期的数据集成，可实现工程的全部数据创建、共享、应用和管理。

2）可视性。BIM技术通过图形技术，能直观、清晰地展示三维模型，方便了解项目各部分、各阶段的情况，还具有强大的虚拟仿真功能，可模拟建设过程等，便于及早发现问题、漏洞。

3）模拟性。BIM集成了建筑的几何和物理信息，在项目的各个阶段，基于BIM的三维模型数据，对设计方案、施工方案、质量把控等问题进行深度模拟和优化，实现项目各种专项应用，比如工程分析、模拟、统计、管理等，以及多专业信息集成模型的综合应用，还可以进行碰撞检查等，提前发现和解决各个环节可能面临的难点、要点，从而优化项目的实施。

4）协同性。在建设过程中，利用BIM技术可将工程项目各阶段、各参与方的各项工作成果、数据、文件进行集成、整合，实现各方的信息共享，提升协同工作效率。

1.3 装配式钢结构建筑BIM应用

BIM技术通过构筑建筑实体的数字BIM模型，集成项目各种信息的工程数据模型，采用数字设计、智能建造、数值加工的方法，提前发现和解决装配式钢结构建筑在制作和施工中可能存在的各种问题。

BIM技术实现装配式钢结构各种系统的数字设计和三维可视化设计验证，进行装配式的模拟施工和数字化管理，实现智能制造和加工，并实现项目数据的流动和集成，是装配式钢结构建筑提质增效的重要手段之一。

2 装配式钢结构建筑中的主要BIM应用方法

2.1 项目各阶段的主要应用

在装配式钢结构建筑设计中，BIM应用可增加设计中的综合协调环节，实现对设计冲突和信息冲突的检测，还在建筑数据传递、模拟分析、出图、协同等方面形成新的模式。BIM技术的可视化特点和三维模型的信息传递可有效减少建筑出现错、漏、碰、缺等现象；BIM模拟可在设计中进行建筑各项性能分析；基于BIM模型的出图功能可充分提升出图效率；基于BIM模型进行协同工作可及时发现各专业之间存在的冲突，更早实现协同配合。

在钢结构构件和预制构件的加工过程中，将基于BIM模型采集的钢结构构件、预制构配件及部品部件模型的信息，全面、完整地传递到钢构件加工厂、预制构件加工厂的管理系统或数控机床系统中，实现数字化生产，提高构件的加工精度和效率，降低人为因素导致的产品生产误差，减少材料浪费，实现精细化生产管理。

利用预制装配的构件和部件的BIM信息，结合GIS技术、二维码技术，可实现部品和构件的可视化运输管理，保证了钢结构装配式建筑项目全生命周期中的信息流更加准确、及时、有效，项目各参与方可快捷地对任意部品进行信息查询与分析。

在装配式钢结构建筑施工中，BIM技术应用可对装配式钢结构建筑的各种各样的建筑部品的施工安装进行管理，在钢结构装配式建筑建设过程中实现合理制定施工计划、优化进度管理、科学部品管理、施工场地布置等目标，可将BIM技术的数据、可视、模拟、集成等功能进行综合应用，实现施工全过程可视化、项目多目标的协同和优化、专项方案分析、质量管理等。

2.2 BIM技术的主要应用点

在项目的整体BIM应用上，建立统一的项目BIM分类与编码体系，结合统一的编码体系，建设或采用参数化的装配式钢结构BIM库，包括钢结构构件BIM库、钢结构节点连接BIM库、预制混凝土构件BIM库、部品部件BIM库、户型BIM库，实现建筑工程全生命周期信息的交换与共享，提升BIM应用效率。

在项目设计中，利用BIM的数据和专业工具进行专业的性能设计模拟，进行结构整体分析，模拟建筑的周边环境对建筑物的室外环境（如日照、室外声、室外风等）的影响，进行建筑物内部的各项性能（如采光、室内风、隔声等）的模拟，以及对建筑物使用过程中的性能（如建筑物的负荷和能耗）的模拟、分析等，在满足相应标准的各项要求的基础上，提供可参考的最合理的建筑方案，以提升建筑性能和使用舒适度等。

在整体分析后，采用BIM技术和方法，进行装配式钢结构建筑的构件设计和深化设计。对钢结构构件和连接，进行钢结构的节点设计、钢结构细部构造设计和连接节点的局部受力分析等；根据要求对装配式钢结构建筑的预制混凝土构件，包括预制楼板、预制外墙板、预制内隔墙、其他预制构件（如楼梯、阳台、空调板等），根据需要进行拆分、连接和深化设计，并进行预留埋件的设计等。构件设计后形成构件的装配图和加工图、节点大样图等。

利用BIM的多专业集成模型数据，进行建筑性能的综合设计和分析。应用BIM三维可视化和数据性能，进行建筑各专业之间、预制构件和连接、钢结构和预制构件的节点等的错、漏、碰、缺检查；三维管线的综合设计实现管线的综合排布设计、管线检修模拟、管线支架综合设计，并进一步实现建筑竖向净高的设计控制和优化等。

在装配式钢结构建筑施工过程中，BIM可为项目施工的场地布置、施工进度控制、现场安装管理、质量安全管理、成本与时间管理、设备与材料管理提供虚拟模拟及动态可视化展示，通过信息化的技术手段实现工程项目的精益化施工管理。同时，BIM技术在施工仿真模拟、装配式构件施工的装配施工模拟、施工深化设计等方面得到应用，实现三维可视化施工管理，并利用BIM技术，在装配式钢结构施工过程中实现数据的及时共享，以及对施工阶段全过程的控制管理，提升项目各参与方、各专业之间的协作效率和质量，使得装配式钢结构建筑的设计与建造效率能够得到显著提高。

BIM的可视化在装配式建筑的项目模型、构件和节点设计展示、技术交底、现场管理等方面的应用，可改善沟通环境，提高项目的观赏性及阅读性，增加建筑整体的真实性及体验感。

BIM的数据性特征，可实现装配式钢结构建筑的工程量统计、设计与加工运输的对接，是项目的全过程信息化管理的主要支撑。

BIM技术在装配式钢结构建筑中的主要应用点见图1。

图1 BIM主要应用点示意

3 结语

装配式钢结构建筑，利用BIM技术实现钢结构构件、预制混凝土构件和装修装饰的标准化和施工模拟。在装配式钢结构建筑中，基于BIM的信息化全过程精细化和高效管理，建立装配式钢结构建筑建造的信息支撑平台。

BIM技术在装配式钢结构建筑中的应用从可视化到虚拟建设，从单专业性能模拟到多专业集成验证，从各阶段独立应用到贯穿全流程、全过程的整体管控应用，实现装配式钢结构建筑的工业化与现场建造的协同，为装配式钢结构建筑的建造方式提供了数字化支撑，提高了装配式钢结构建筑产品质量，改善了技术管理。

在装配式建筑全流程中采用BIM技术已成为业内的共识，可有效推进钢结构建筑工业化变革，推动产业升级。同时促进各相关企业采用信息化技术和BIM技术加强管理，不断提高劳动生产率，实现装配式钢结构设计、生产、施工全过程全产业链的追溯及质量把控，加快了整个工业化建筑的发展，意义深远。