基于BIM技术的大型钢结构建筑智能建造关键技术的应用

黄磊磊，李敏

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

钢结构建筑在建筑行业中需要借助智能建筑技术，但在实施的过程中难以满足BIM技术的应用需求。它需要在建造过程中有效融入关键技术，提高建筑施工质量的同时，满足安全性需求，这说明其在钢结构施工阶段有效结合BIM技术分析关键技术具有重要意义。

2 工程概况

南京江北新区市民中心项目上园高楼结构总体采用钢框架支撑结构体系，顶部3层刚性桁架结构整体提升安装，直径104m，提升总质量约5300t，提升总高度约37m。在本次项目提升的钢结构中，主桁架梁采用的是100m环桁架梁以及45m的环内8榀，采用各种复杂的构造结构有效连接，进而组成一种综合体结构。将和塔部的连接空间预留出来，而该综合结构体主要在内部产生的性能较差，对此，加强结构提升表现出“外整内缺，累计提升”的特点，通过和国内过往的相关超大型钢结构提升进行对比发现，本次采用的提升工艺复杂程度以及对变形控制的精度在世界建筑行业中都比较罕见。

3 大型钢结构建筑的重难点

对于大型钢结构建筑而言，由于工程体量大，往往存在较多施工重难点，主要体现在以下方面：①体量大、管理难，容易对施工进度带来压力；②采用BIM技术，应用多元数据交付运维管理有较大的要求，采用的管理方式难以满足规划以及管理需求，在施工、设计以及运维管理中相对独立，且很难传递数据与完整信息化模型，在后期运维平台管理中缺乏前期数据支撑[1]；③工程建设要求高，难以管理组织和策划，需要有效考虑全寿命周期和相关参与者的同时，还要顾及经济、社会以及环境等相关风险问题和综合建设目标。

4 分析BIM技术智能建造技术的应用

4.1 BIM技术协同设计与数据准备

4.1.1BIM技术与增强现实技术协同

在BIM技术应用阶段，为保障相关钢结构建筑整体的质量体系，需要重视钢结构在建筑设计中的细节，BIM呈现出来的正向设计能够满足技术的协调性需求，增强技术的应用效果，需要有效构建以BIM技术为基础的增强技术协同平台，进而满足多专业协同设计需要。

在满足增强现实技术和BIM技术有机融合的过程中，首先需要搭建Revit模型，进而对BIM模型做轻量化处理，有效将AR软件导入，通过该软件和移动设备将BIM模型投影到桌面上，通过预览后对AR软件实行二次开发，满足该软件和BIM模型的高效连接，借助云端处理来满足多终端同步编辑和查看。借助空间对BIM模型全面反馈，能够满足专业设计人员设计BIM模型的协同性需求，将精确构件和复杂节点的要求精细化，并借助手机终端进行展示、更新和修改，满足实时交流需求。将BIM+AR技术所衍生而来的模型与可视化结合，能够满足施工教育需求，对相关人员采用头戴式设备进行传达信息，完成组装后又将下个正确位置以同样的虚拟化显示出来，可以提高施工协同效果，降低失误和错误率。

4.1.2 搭建有效数据库

钢结构建筑为了满足全生命周期智能化需求，需综合考虑设计、施工以及运维阶段，预先研究相关阶段平台构架，对阶段数据类型高效掌握，从设计阶段起便需要筹备数据库，而对设计和施工阶段交接时，需要对下一阶段的数据进行交付，交付设计和施工阶段的数据能够满足运维平台对相关数据的有效应用和调取。在数据库搭建方面，需要设计三个阶段，进而满足大型钢结构全过程智慧建造需求。

通过对图1进行分析，通过设计平台构架后做统一的数据传输标准和数据统一接口设计。在当前的数据库中，涉及了存储数据库HBase和关系型数据库MySQL等。本次研究采用的是MySQL工具来搭建数据库，有效规定数据主键，针对性借助智慧管理平台，对设计阶段、运转阶段和运维阶段的数据要求进行设计，同时按照要求设计数据库，进而筛选出有效的储存数据，将冗余数据进行删除，满足整个体系的数据传递。

4.2 BIM技术多维施工信息化管理

4.2.1 钢结构预拼装及施工信息化管理

由于项目存在重难点，在钢结构预拼装时需要借助BIM技术，满足精细化拼装需求，优化连接节点，解决钢结构空间问题，在实施辅助性方案，降低施工成本，形成拼装模拟动画，进而为后续做资料参考，钢框架柱与斜撑节点如图1所示。

图1 钢结构预拼器

在智能安全监测系统开发和应用中，需要有效将BIM技术和新技术进行融合，能够满足钢结构。三维可视化、载荷与环境、结构局部和整体、视频监控等系统的全过程监测需求。借助网络传输技术能够将施工时施工质量、进度和安全等相关数据有效显示在三维模型上，仅需要点击相关摄像头便可以显示相关监测内容。这种视频接口能够满足安全管理和BIM模型构建的三维管理需求。在钢结构预拼装以及施工管理中应用BIM技术时需要有效选择优质的方案，满足标准化和工业化要求，保障工期的同时，给运维阶段提供数据支撑。

4.2.2 绿色施工

绿色施工管理主要以环境保护、节材节料、资源利用和能源利用等为主。其中，环境保护要求项目建设时对PM2.5、PM10、温度和噪音等进行记录，并将BIM智慧施工管理平台接入到相关监测环境数据中，采用云计算技术对相关数据进行分析和留存，且借助平台将喷淋、广播、环境监测系统进行联动，满足喷淋降温降尘需求，养护主体结构[2]。而在节材节料中，需要量化和分析钢结构和混凝土等工程量，结合智慧工地平台进行分析数据，有效调配机械和针对性编制材料计划，通过分析施工进度和库存等情况来合理采购材料，降低库存率。而在资源和能源利用方面，需要借助能耗监测系统来采集和监测工地水表的有关数据，降低能源消耗和水资源浪费。此外，需要有效利用空气能热泵节能环保、智能控制的特性，并借助空调机控制热水用量。在土地资源的保护方面，需要借助BIM技术有效创建三维场地布置模型，对其采用动态管理，集中布置和规划功能分区，有效借助平面图展现设施、排水以及机械设备和材料等占地情况，减少临时拆改，而在道路规划中需要借助拟建道路为施工服务，通过模拟的方式对车辆和设备等进出场进行模拟，满足场内运输需求。此外，需要借助劳务实名制管理系统——物联网技术，有效形成相应的智能终端设备，进而以信息化的方式管理现场劳务人员，满足对人员进行实名登记、考勤管理、工资监管和安全教育等统计和分析需求，并结合计划编制合理安排施工人员。

4.2.3 集成三维扫描竣工模型

为了满足大型钢结构施工实现完整的BIM信息模型，需要在竣工阶段添加现场细节，有效集成竣工数据，形成完整信息模型。而BIM技术应用中，需要三维扫描和混合现实技术联合，进而展现BIM模型和现场状况之间的差别，进而提示验收标准以及需要应用的修正方法，借助三维扫描技术对现场验收进行记录，采用BIM模型的集合作用，构建完整的竣工模型，满足运维数据积累需求[3]。在BIM和三维扫描虚拟现实技术有效融合的过程中，可以辅助性融入工程质量检查以及快速建模措施来降低返工率，且能够完整记录工程现场，完善竣工模型，满足竣工信息模型的在运维阶段的工作基础需求。

4.3 少人化智能建造

4.3.1 智慧工地平台系统架构

对于大型钢结构建筑而言，有效应用了云计算、物联网和人工智能等技术，此外，还涉及了施工机器人，同时需要搭建智能工地管理平台，有效对施工现场的设备进行管理，保障施工安全、人员安全和施工质量及进度等信息化管理需求。

4.3.2 平台功能设计

在平台功能设计中，涉及了信息查询云管理、BIM模型轻量化集成、钢结构施工多方协同、多维可视化监测以及智能监控等相关模块，这些模块的主要功能如下。①信息查询与管理模块：满足资料和组织构架查询和储存需求。②BIM模型轻量化集成：满足平台中BIM模型浏览需要，主要涉及了整体和专业模型，有效模拟钢结构拼装，现场漫游和复杂节点施工等相关模拟。③多维可视化监测：接收现场监测的有关系统数据，并借助云计算技术进行处理，进而在平台中展现相关分析结果，对阈值超限作出报警处理，满足管控需要。④钢结构施工多方协同管理：此模块需要对现场和平台数据进行高效处理，进而满足安全、优质和物资等供应需求。⑤智能监控模块：主要对进出场车辆、设备、人员施工状态等进行实时监控，查看现场实时状态，应用关键点及时提示违规现象，比如安全帽的佩戴等都需要借助平台进行记录和提示。

4.3.3 少人化智能施工

在BIM智慧平台管理中，需要借助LoRa或NB-IOT等物联网技术，通过这些技术实现组网传输，有效将传感器、智能设备和控制元件进行连接。满足少人化智能施工需求。而机器人操控等智能化技术逐渐普及，能够替代人工劳动，可以将其应用在抹灰、砌砖、BIM的幕墙放线以及钢结构放样等施工环节中[4]。同时，可以借助RFID技术来连接平台和施工机器人，使平台端能够实现机器人智能操控需求，降低施工对人力的依赖。

5 结语

对于大型钢结构建筑而言，在智能建造的过程中需要有效应用BIM技术的可视化和信息化等相关特点，针对性搭建信息协同管理平台，这种关键技术的参与能够提高信息化程度，优化智能管理和提高效率的同时，降低施工对人力的依赖性，进而有效发挥BIM智能建造关键技术的优势，推动大型钢结构建筑有效利用智能建造关键技术的应用。