BIM技术对钢结构幕墙施工过程中的应用研究

刘超

(山西建筑工程集团有限公司，山西 太原 030002)

1 BIM技术概述

1.1 BIM技术的定义

BIM是Building Information Modeling的缩写，也就是建立信息模型。它在70年代被提到，此后，一些学者继续探索，直到2002年美国公司正式提出并发展了BIM的概念。中国在2004年左右开始接触BIM概念。有学者认为BIM定义有三个层次:第一层次是用于建立模型的应用软件；第二个层次是建筑设计和建筑文件的数字电脑化过程；第三个层次是新政策和新合同的行动方式、新的股东关系和新的实践方式。BIM是结构所有信息的数字表达，是完善和使用结构计算机化电子模型的行为，这个过程是一个透明和可持续的协作工作环境。BIM在建设项目的整个过程都可以运用，可以提高施工效率，作为一种项目管理效率技术，BIM技术可以反映增加的长期利润，而不是节省短期利润。一般来说，BIM是以建筑领域为对象，将计算机化和智能化应用于建筑项目整个生命周期的方法及过程，简单说来就是建筑的信息化。

1.2 BIM在幕墙中的研究现状

2011年，龙文志要求幕墙施工企业尽快实施BIM，全面提高建筑幕墙行业的管理水平和技术水平。我国幕墙行业的相关人员和大量的学者对BIM技术在幕墙中的应用进行了大量实践研究，使得BIM技术在幕墙中的应用取得了一定的成果。通过平安金融中心幕墙项目，研究了BIM技术在幕墙设计中的应用。结果表明，在幕墙工程设计中，BIM可以支持各种工程施工信息的连续应用和实时更新。这些信息可靠性强、质量高、集成度高、协调性强，大大增高了设计和动工过程的质量与速率，大大降低了成本。目前BIM主要停留在Revit等软件的应用上，如Rhino(美国Robert mcneel&Assoc开发的3D建模软件，广泛应用于工业生产、机械设计等领域)在幕墙专业中的应用并不十分普及。在探究以BIM技术为基础的幕墙的施工技术之时，通过案例研究，研究了BIM幕墙施工技术，包括基础标高测量、深入幕墙设计、施工模拟。在基于BIM的综合隔墙工程应用中，通过对我国幕墙现状的研究和综合，展示了BIM在综合隔墙工程信息应用方面的广阔前景。然而，中国建筑幕墙行业最普遍的情况是BIM应用率低，员工对BIM的接受度不高，BIM技术在行业内仍处于缓慢发展阶段。建筑幕墙是建筑工程装饰分部设计中的一个分项工程，它的设计在特别大的程度之上是由建筑和结构的设计来决定的。目前，BIM在建筑的设计当中的使用比例较低，幕墙的设计师仍然采用传统的二维设计。幕墙设计师必须根据建筑和结构的二维图纸对专业幕墙进行二次设计。如果采用BIM技术，则需要将建筑和结构的二维图纸转换为三维模型，这对于幕墙设计师来说通常是不可能的。因此，为了将BIM应用于幕墙工程，我们需要从源头上解决这一问题，这也有赖于整个建筑行业提高BIM技术的应用水平。

2 BIM技术的应用

BIM技术在西方国家得到了广泛的应用，在我国它的应用仍然相对较低，还有许多领域需要改进。总的来讲，我国的相关工作人员对BIM有一部分的了解，许多建筑公司也加强了BIM技术在施工中的应用，这表明我们国加对于BIM的使用有了很大一部分的看中。然而，不可否认的是，尽管BIM技术在中国的许多建设项目中得到了广泛应用，但其渗透率仍然不足，应用率还不高。随着建筑要求的加多，许多公司在面对许多的难度大、面积也大的建筑设计的时候都必须运用BIM技术，这同时促进了许多 BIM 技术的企业的出现，其在中国的应用将日益成熟和广泛。

2.1 BIM技术的特点和技术优势

2.1.1 BIM技术的特点是

1)数据的组合。这是一个综合建筑的工程初始的数据的流程，具有及时性和高精度的特征；2)数据的共享特征。 施工模式是现有员工在不同的施工期和不同的工程项目确保不同的员工可以在不同的时间使用该模型，BIM技术必须实现数据共享，实现项目信息的完全共享；3)全周期，BIM提供的信息可运用在建筑工程的所有施工的阶段当中，包括组建初期、中期应用阶段和后续维护阶段；4)全面运用性，在动工的不同阶段，参与动工的工人和他们动工的方法全会有所不同。BIM技术的应用，可以保证各阶段数据信息应用的完整性，为不同时候的各类员工提供精准、完美的动工的数据。

2.1.2 BIM技术的技术优势

随着经济的发展，中国对建筑外观的要求在慢慢的加多，许多建筑在外观的设计方面有很高的需求，尤其是巨大的商业的建筑幕墙的设计特别的复杂和困难。以前的二维的设计模型已不能满足这类建筑工程的外观的设计要求。因此，BIM在幕墙的设计之中得到了广泛的使用，一开始，该APP用于处理设计更困难的设计的工程。BIM的三维特性可以完成第一个数据的模型的构建和幕墙板分割的模拟。因此，与以前的二维的模型的设计相比，BIM在商业的建筑的幕墙设计之中的优点更加的明确，主要表现在下面的几格点。第一，它可以完成从设计概念到模型之间的互换。当在设计幕墙之时，设计工作人员有很强的设计知识，但不能直接用图片展示设计概念。然而，以BIM技术为基础的设计可以协助设计工作人员将设计的想法转化为模型，以更真实、更立体的方式展示设计师的想法；其次，支持设计方案的优化。BIM技术的应用可以帮助设计师根据数据完成幕墙设计。同时，模型构建还可以协助设计工作人员依据模型发现设计的方案之中的不和谐、不合理等问题，并对优化方案提出进一步建议；最后，确保了幕墙的设计和应用的精确性。

2.2 利用BIM进行三维幕墙设计分析

在传统的工程方案设计中，机电、给排水、 幕墙装饰等专业的设计必须在建筑结构主要图纸设计完成后才能插入。设计周期长，过程中需要面对面沟通的内容多，学科范围广，容易出现沟通延迟、表达不准确等问题。随着时代的发展，传统设计工作的速度和深度已经不能满足项目的需要。迫切需要在工程项目的设计阶段推广BIM技术的应用。BIM模型用于在设计阶段综合各专业节点上的设计信息和关键信息，在施工阶段最大限度地传递设计信息，并以三维信息模型的形式传递到施工阶段。施工单位结合场地现状收集场地实际数据，并根据设计模型对施工阶段进行深入设计。随着现场土建结构的进展，在设计的基础上，结合现场实测数据，在正式施工前，按BIM模型对幕墙进行详细设计。并在BIM模型中进行施工演示、施工前和施工模拟。配合土建结构专业进行前期预埋板工作。

3 BIM在钢结构幕墙工程中应用的可行性

对于现有的幕墙市场，幕墙形状主要包含有单元式的幕墙与框架式的幕墙。框架的幕墙主要用于大型类的建筑物，依据框架的幕墙的复杂程度，不太恰当于现场的动工，墙体通常需要通过预先设定规范和工艺在工厂预制，可在规定时间内预制组装。此外，在这个过程当中，依据严肃督促和再次的动工，可以提高幕墙的结构质量。因此，该方法具有较好的稳定性。单元的幕墙可单独的拆成每一个的幕墙单位，在工厂独立加工后，主体施工完成后可现场拼装，比其他类型的幕墙更方便，也更适用于建筑市场。应该强调的是，在建筑主体结构的施工中，单元的幕墙可同时进行动工，从而很大的增高了动工的速率。例如：丽水城市花园中心项目主要采用的就是框架式的幕墙。主要包括有：框架玻璃幕墙、框架铝板幕墙、石材幕墙、框架拉伸网幕墙、铝板雨棚 、玻璃采光顶、玻璃栏板、铝板广告位、金属屋面等。幕墙效果如图1、图2所示。

图1 幕墙施工完成效果图

图2 幕墙施工完成效果图

该项目位于丽水市中轴线上,北临城市主干道丽阳路,西临城市主轴线花园路。为创新山水共融建筑模式，将环境景观设计与商中心空间设计融为一体。该项目占地面积：24565m；总建筑面积：111326.52m，支撑钢框架结构体系。总用钢量：1.15万t,幕墙面积：61500m。致力于打造一个融合办公、商业、娱乐、休闲的5A级高端商务综合体

4 BIM 技术在钢结构工程中的应用

4.1 多专业碰撞检查

在幕墙项目的动工过程之中，经常会引发部分碰撞，导致无法保证工程质量，给建筑单位造成直接经济损失。碰撞的检测不只是可以在设计的过程当中看到由设计错误引起的软性碰撞、硬性碰撞类的错误，也可以发现动工的程序造成的碰撞方面的问题，从而保证现场作业空间，有效加强现场安全管理，减少施工过程中的碰撞，避免工程返工的发生，施工延误和其他问题。

4.2 以 BIM 技术进行快速施工模拟建模

用于整合项目的三维的模型与动工的方案，以获得4D施工方案的模拟。在4D施工仿真平台上，施工进度更加直观清晰，各个界面清楚，动工程序的约束合理，施工现场规划模拟，规范施工工艺安排，科学恰当的组织动工方法。根据场地现状、施工方案、构件组装安装要求、各专业横向施工关系为根据，采用BIM科学恰当地开始场地的布置、材料的堆放规划和取料路径的安排，确保动工顺利的进行。BIM能够在三维的模型的基础之上模拟实际的动工过程，通过分析预测施工环境中的风险，编制确定高效的施工模拟建模，确保现场安全。

4.3 施工进度管理

通过BIM技术，施工方案可以与BIM信息模型结合起来，可以建立你的4D模型，然后依据计算机的软件直接清晰将其可视化，把动工方案与实际的动工的时间进行比较分析，以图表的形式报告结果，以使施工进度更清晰，准确方便地编制相关的解决方法和措施，给深入完善动工队伍打下坚实的基础。因此，在钢结构幕墙动工方案之中使用BIM可以实现模拟管理，通过对计算机数据的分析，形成更加完善的材料供给的计划和动工的方案，计划确保每个流程的建设更加合理有效，信息和数据的合成更加的快速，高效的避开了建筑资源、建筑材料和其他预付款以及钢结构的幕墙的安装的速度和结果。

4.4 合理调整工程造价

传统的建筑工程选举模式通常只会在部分当中选取建筑公司，对于建筑业来说，建筑公司可以获得特别巨大的收益。伴着市场的结构的整改，供应模型已变成一种新的挑选，具有竞争力的公司已经从部分竞争变成了全国范围内的竞争，它大大降低了企业所能得到的收益。获胜的公司在获得项目实施后，为了获得预期的经济效益，必须保证在项目动工的品质的依据之上，找到减少支出的方式。BIM的使用借助4D系统，能够协助企业收集更完整的动的数据的消息，建立基本模型，发现基本模型能够完善的建设性的步骤，从此有效地提高建设项目动工速率，减少建设项目动工的支出费用。

4.5 施工界面划分整齐

幕墙工程在具体施工中经常与其他专业的施工相冲突，在这个过程中，如果发生碰撞等冲突，将严重影响幕墙的施工。利用BIM技术，可以有效、合理地模拟规划和区分整个区域，包含施工进度和施工条件，使施工过程能够顺利进行。此外，在施工中使用BIM技术还可以使施工数据更加准确，方便时时刻刻改进施工工艺。

4.6 能有效指导幕墙板及材料的更换

BIM模型包含每个幕墙的大量数据信息，在每个单位幕墙方面，有固定的识别码，因此可以根据需求显示和查看其中的单个分区元素。例如：显示幕墙的连接件状态，型号，可以节省时间和人力，并且不需要太多使用二维设计也可以增强建筑效果。

5 结语

运用 BIM 技术，对于幕墙施工来说，是其主动适应市场变化的一个必然的趋势。在幕墙工程中使用BIM技术可以有效控制施工技术、管理和项目经营风险。同时，也可以减少幕墙工程中建筑材料的损失难题，其前景非常广阔。