基于BIM技术的装配式钢结构建筑体系研究

魏雪琦

（中建二局第一建筑工程有限公司）

1 装配式钢结构建筑特点

装配式钢结构体系具有轻质、高强度、高工业化的特点，可大大缩短工程建设周期。这种新技术的出现，使传统的建筑结构方式发生了变化，使建筑业由劳动密集型向知识密集型转变，从而推动了建筑业的升级和转型。装配式钢结构由于其设计标准化、装配化施工、信息化管理等优点，在施工中提高了装配工作的技术水平，避免了对环境的污染，已经逐渐成为中国绿色建筑的发展趋势[1]。

2 BIM技术在装配式钢结构建筑中的应用价值

2.1 减少合作风险，缩短施工周期

传统的建筑系统模式是一种消极的、依赖于经验的人工作业，而且这种作业强调的是各工种的配合，由于工作的配合，不确定性因素的增多，使得现场管理变得更加困难。装配式钢结构建筑系统的施工工艺简单，能够实现自动化生产和安装，节省大量的人力物力，降低了工人的劳动强度，加快了工程进度，缩短了工程的建设周期。

2.2 建设科技创新平台

随着BIM技术的不断发展，越来越多的企业和人才加入到BIM技术的开发与创新当中，营造了一个良好的技术交流环境。建设工程技术创新的平台，也有助于加快建设“走出去”的战略目标。BIM技术是利用数字BIM技术，利用数字设计、智能建造、数值加工等手段，实现对建筑工程的多种信息进行整合，从而实现对装配式钢结构施工过程中的多种问题的识别与处理。通过BIM技术，可以对不同类型的装配式钢结构进行数字化设计、3D可视化设计、实施装配式施工、数字化管理、智能化生产与加工、信息流通与整合，是提高装配式钢结构产品质量、提高施工质量和效率的一种有效途径。

2.3 全面提高工程建设的质量

装配式钢结构建筑将建筑整体构件化，大部分的加工、制作都在工厂进行，与传统的施工方法相比，工地上的施工数量大大降低，而且施工环境（夏季高温、冬季低温、暴风雨天气）是影响建筑物施工质量高低的重要因素。装配式钢结构对现场施工环境的依赖性较低，将主要的质量控制工作置于易于管理的车间，利用BIM技术实现了对工程质量的控制。由于钢结构自身重量轻、高强、弹性变形等特点，因此，装配式钢结构可减轻自身重量，提高抗震性能。

2.5 信息化建设

利用BIM技术，构建三维模型，实现可视化，并将有关的施工资料、影响因子等信息录入到系统中，通过数据分析，确定精确的数值，为项目实施提供可靠的数据支持。它能把工程、结构等各方面的专业知识有机地结合在一起，并将相应的理论和资料导入到具体的模型中。因为涉及的内容很多，范围很广，用人工的方法很费时费力，而BIM技术则可以根据实际情况进行筛选、分析，保存与施工有关的信息，并与之分享。

3 基于BIM技术的装配式钢结构建筑体系研究

BIM装配式钢结构体系的整个生命周期都需要BIM数据来驱动，而BIM装配式钢结构数据平台则是以各个数据库为基础，将数据分散存储在各个功能模块数据库中。在传统的投资、设计、建造、供应商等环节中，组装型钢结构的生产必须在工厂进行，所以组装钢结构的整个生产过程都要纳入到整个生产过程中，所有的数据都会被整合到一个平台上，以确保整个产业链的数据流通。数据平台是建立、管理和迁移全过程的数据环境，包括设计、制造、安装、双模型校验、运行维护等各个阶段的数据交互。

装配式钢结构建筑中BIM应用的内容主要包括：数据库的建立、模型的搭建、构件的深化设计、施工的进度模拟和碰撞检测以及多种场景的性能模拟等（见图1）。

图1 装配式钢结构建筑中BIM的主要应用内容

3.1 装配式钢结构建筑中BIM技术的具体应用

目前，有关装配式建筑钢结构工程的施工者在对其进行更深层次的理解时，传统的二维结构平面图设计给大部分施工者造成了很大的困难。所以，根据施工图纸，合理地运用BIM技术建立相应的模型，使其能够更好地体现出设计的深层次含义，尽早地发现缺陷，并进行改进，为加强工程的质量和水平打下坚实的基础。

3.1.1BIM信息化模型

运用BIM技术可视化的特点，可以建立项目建筑、结构和机电一体化的三维信息系统，做到先看后施工，全面控制施工中可能出现的设计缺陷，让技术人员在施工前对项目的整体形态、施工重难点进行直观地把控，也方便设计人员不断优化完善钢结构施工图纸，避免后期设计变更、停工、返工现象的发生。基于传统的二维施工图纸设计资料，对施工项目进行全面地认识，以此为先决条件，科学、合理地建立BIM模型。在建立模型时，要根据建筑结构设计图纸中的局部详细图，对结构的各个节点进行详细地分析，同时，在建立受力结构模型时，也要对大型异形结构进行模块化处理，以增强其可靠性。传统的设计工作主要是通过手工采集和测试各种数据，再结合相应的CAD技术进行设计。利用BIM技术可以有效地提高工作的效率和精确度，通过对相关的钢筋、孔洞等进行碰撞测试，从而验证其稳定性和合理性。在此基础上，设计者对信息进行了分析和设计。不同结构之间的接合处理对确保结构的稳定性起着重要作用（见图2）[3]。

图2 建筑信息模型示意图（图片来源：筑龙学社）

3.1.2 碰撞检测

BIM技术提供强大的碰撞检测技术，在工程开始之前，需要对工程各个专业的三维信息进行集成，寻找设备管线、建筑结构、结构与结构之间的隐蔽冲突点，并编制相应的检验报告。通过对管道的检测，对管道进行最优布置，对碰撞点进行适当的调整和闪避，从而有效地避免了因组装问题而带来的经济损失。可使现场施工人员更好地理解施工中的错综复杂地区，及时制订出管道安装的施工计划，并对管道的布置进行最优的调整，从而有效地防止由于冲撞和净空不足而导致的返工问题。

如何进一步优化装配式建筑钢结构，一直是BIM技术在工程中的重要应用。BIM技术人员在进行前期准备时，必须充分理解建筑工程的设计图纸，并根据所获得的三维信息模型，对其进行进一步的优化，以达到对施工的指导作用。在此指导下，BIM技术人员既要科学、合理地建立装配式建筑钢结构的建模，又要对装配式建筑中的所有构件进行全面的检查，如果没有合适的连接点，或者详细的图纸，都要及时提交给设计单位。

3.1.3 施工进度及安全管理

通过BIM技术，可以获得建筑的三维信息、动态的施工过程和进度计划，使有关人员更好地了解装配式建筑的施工过程。在此基础上，对钢结构工程施工质量进行严格控制是其施工管理的核心内容。在施工现场的管理中，正确的、合理的三维数据可以减少技术人员之间的问答，让技术人员更好地理解装配式建筑的钢架结构，在经过初步的训练之后，大部分的施工人员都会对施工工艺和施工过程有一个大致的了解，从而在最短的时间内投入到施工中来。同时，基于管理系统的组织，相关施工单位可以利用BIM技术人员进行技术管理和技术维护，从而提高BIM技术人员的技术能力，并进一步强化了施工现场技术建设技术指导水平与效果。

利用BIM技术，可以对每个工作阶段进行全面的监控与管理，并根据模型的实际情况，进行合理的组织。采用信息化的动态监控技术，展示设备的安装与配置，明确作业的精确度与标准，并对各工序进行了精细的分解，达到了一个整体与局部的统一管理，提高了工程的效率与质量。

4 典型装配式钢结构建筑体系研究结论与发展建议

装配式钢结构建筑体系各方面优势都非常突出。采用BIM技术建立新型的装配式钢结构框架与墙板，结合传统的设计、施工和安装经验总结了各种方案的优缺点以及施工安装方案，从而对整个装配式建筑产业体系进行了优化与完善，其优点可以得到更好发挥。该体系具备以下优点:①降低工程造价和劳动力成本；②提高建筑物的整体抗震性能；③保护、利用室内空间，节约资源；④减少碳排放。目前我国装配式钢结构住宅体系已在建筑行业得到了广泛应用并取得了良好效果。通过与国外的比较表明，国内装配式钢结构住宅体系可与日本、美国、英国等发达国家相媲美，并在未来几年内具有很大发展空间。目前我国正处于全面推进装配式钢结构建筑行业发展阶段，因此应将该体系在实际工程中更好地应用起来，为我国钢结构制造行业快速发展创造有利条件。

5 结语

随着社会的不断发展，我国在建筑行业中所涉及到的相关技术也在不断完善，因此在未来我国装配式住房系统的发展中要积极借鉴其他国家的先进技术，以此来提高我国的建筑水平，进而提高人民群众的居住品质。在实际建设过程中，相关企业应加强相关技术以及设备的应用以及推广。只有相关技术不断完善才能提高我国装配式钢结构住宅系统的性能以及质量，并为社会的可持续发展做出贡献。BIM技术作为新一代信息技术在建筑领域中展现出了广阔的发展前景和重要作用。它不仅为建筑行业带来了发展机遇而且还能够提升建筑行业自身素质并促进建筑行业可持续发展。