BIM技术在复杂钢结构制作安装施工中的应用

赵贵林

近年来，大批民用、工业钢结构建筑拔地而起，越来越多造型独特的钢结构建筑如雨后春笋般大量出现，钢结构也采用设计更加复杂、安装精度要求更高的节点形式以满足设计需求，对钢结构的加工和安装技术均提出了更高的要求[1]。为了实现钢结构加工和安装的准确高效进行，二维平面不能解决的问题必须放在三维空间中去设计、观察、测量和提取，BIM 技术在建筑钢结构工程中的应用能够更好地辅助、指导复杂钢结构的制作安装施工[2]。

1 浅析BIM 技术

1.1 BIM 技术概述

BIM 技术主要采用构建信息模型的形式，利用计算机模拟信息模型结构，通过对数据进行多元化的应用处理，实现工程模型制定、设计模型修改、风险预测、安全管理及预算管理等。通过信息数字化，还可以将工程项目中的各项数据保存在中心数据库中，便于后续的工程管理，保证信息的实时性、有效性、系统性、整体性及延续性。BIM 技术的主要特点有可视化、协调性和模拟性，首先其能够通过可视化的信息模型预测施工的过程，大幅度提升信息建设的管理效率，能够更直观地展现出所需要传递的工程信息，帮助工作人员降低施工出错的概率。

除此之外，应用BIM 技术不仅提高了工作效率，也能够保证工程的安全，进一步提升工程施工质量，控制工程支出的成本。另外，BIM 技术最重要的一个特性就是模拟性，采用BIM 技术可以有效控制计算机软件，构建起建筑工程模型的设计流程[3]。利用BIM 技术可以模拟设计模型、局部建设模型、预测模型，还可以通过BIM 技术改善模型的完整度和科学可靠性，为实际的施工过程提供更多的参考。

1.2 BIM 技术的应用优势

BIM 技术作为热门的建筑工程技术，通过信息化、数字化的手段满足了各类工程的需求[4]。BIM 技术为施工过程提供了诸多便利，减少了实际施工过程的步骤，降低了施工的整体难度，提高了施工的科学性。采用3D 立体模型的方式能够及时有效地解决工程出现的各类问题，设计师们可以对工程及时进行调整，增加了工程结构的可视性[5]。设计师在设计阶段利用BIM 技术绘制工程图纸，可以预测工程实体的最终形态，对其艺术效果有更直观的认识。设计师也能不断根据BIM 技术绘制的模型及时调整设计的流程和设计的方案，精细到各类细节，确保整体的设计效果更加清晰明了。

从整体上来看，利用BIM 技术绘制工程图纸也拓宽了设计的深度，不局限于表面，利用深入探究工程的技术手段，以提升工程质量为基础，优化工程的现代化设计流程，保证复杂钢结构的稳定性，确保其空间布局合理。设计师还可以利用BIM技术更精准地刻画出其理想效果。

采用BIM 技术建立的三维立体模型具备较高的参考价值，能够为后续的施工建设提供更多的有利条件，帮助施工人员少走弯路。BIM 技术很好地满足了人们对定制化建筑的需求，可以根据客户的具体理想需求来建设，满足特异性的工程要求[6]。相较于传统的模型技术而言，BIM 技术在细节方面更胜一筹，能够对更多的深入的部分进行精准刻画。相较于静态的模型而言，BIM 技术提升了稳定性和可靠性。

2 BIM 技术在复杂钢结构制作安装施工中的应用

2.1 运用于复杂钢结构的三维建模过程

BIM 技术可以用于复杂钢结构的三维建模，对安装、制作、施工等各个阶段的整体技术模型进行构建。工作人员通过BIM 技术软件将复杂钢结构的构件编号、硬度、节点位置、配件长度及配件宽度等信息输入相应的技术软件中，可以根据配套信息得到一系列建模模型。

利用BIM 技术深化设计总体的复杂钢结构模型，考虑节点连接的稳定性和合理性，确保整体结构处于平稳且安全的状态；解决三维节点在构建过程中存在的弊端和问题，找到最精准的安装结构，梳理好安装的流程；利用三维建模的方式，确保安装、制作、施工各个阶段的各道工序不发生问题；深入研究现场施工过程里遇到的难点，根据模型的框架对其进行处理；添加或删除相应的构件，调整结构的角度、长度、宽度。

利用BIM 技术可以更全面、更直观地展示整体的模型，对模型进行便捷的操作，根据三维模型增加相应的防护措施，提前预防安全隐患，增加或删减的3D 节点可以是螺栓或拼接构件等。运行钢结构3D 模型，重点分析出现力学冲突的部位，调整其结构特性，采用BIM 技术的信息化手段处理各项指标，确保三维建模结构的精准度。

2.2 运用于复杂钢结构的安装过程

BIM 技术能够在复杂钢结构的安装过程中发挥作用，因为复杂钢结构的工程项目通常体量较大，构件往往复杂，所需要达到的专业标准也比较高，因此可以利用BIM技术提升钢结构的安装效率。设计师可以导出BIM 技术的模型，在此基础上进一步修改模型的具体细节，将修改的节点再继续同步导入到模型当中，参照相关的技术标准核对无误后，再进行安装。BIM 技术所能制作的设计模型图不仅有整体的构型图，还有局部的细节图、构件细节图等。应用BIM 技术可以实现图纸的自动化更新，将3D 模型和3D 节点有效地结合起来，更直观地呈现出安装复杂钢结构工程当中涉及的拼接细节，便于设计师设计安装接口，不断完善接口的紧密性和科学性[7]。

从全局的角度来看，BIM 技术建立的3D 模型还能够提高安装工程的安全性，有效避免一些弊端，比如部分安装拼接接口可能会出现机械损坏的风险，通过BIM 技术进行安装前的图形建模预测，能够发现潜在问题，及时制订方案予以解决。自动化生成设计图纸之后，还可以保证更加强大的修改功能，利用自动化生成的三维构建图，实现对复杂钢结构安装工程的整体管理。

BIM 技能够辅助安装施工的整体过程，在施工过程中通常会采用各种测量方式，然而很多工程的施工图不够精密，利用BIM 模型将相应的施工图位置坐标与复杂钢结构施工的实际图像进行坐标对合，可以有效缩小复杂钢结构的施工误差。在复杂钢结构建设空间当中的放线工作是传统方式难以实现的难题，利用BIM 技术可以得到有效的解决。

2.3 运用于复杂钢结构的碰撞检测过程

BIM 技术在复杂钢结构工程中能快速提取施工的细节，模拟进度控制工程，将复杂钢结构的具体结构图进行可视化的操作。因此，BIM 技术在复杂钢结构制作、安装、施工过程中，也常用于碰撞检测项目。

所谓的碰撞检测是指在电脑中提前检测工程项目中各不同专业（结构、暖通、消防、给排水、电气桥架等）在空间上的碰撞冲突。通过BIM 碰撞检测后对碰撞处进行调整，调整一处如果引起其他地方又有新的碰撞，在三维图纸上会根据不同的色块给出警告，因此BIM 的管线碰撞检测杜绝了管线碰撞问题。

有效利用BIM 技术来进行碰撞检测的预测与模拟，可以有效提高项目的整体施工效率，防止物体被破坏，进一步降低了亏损的风险。工程中的碰撞一般有3 类，即硬碰撞、软碰撞和重复向检测碰撞。利用建模软件可以对整个复杂钢结构的分支结构或零散部件分别进行专业的碰撞检测，自动生成可视化的碰撞检测结果，根据结果的反馈定位到具体的细节，避免在最终的施工实体中出现不良碰撞点。利用专业的BIM 信息整合平台，分析不同的碰撞情景，依据这些情况进行场景渲染，同时模拟施工的过程。对于不同的碰撞划分类型，细分规范需求，智能化地完成相应的操作。完成可视化的碰撞检查，能够有效降低工程的施工成本，提高效率，完成更加多方位、多视角的预测。BIM 技术中的碰撞检测技术也可以详细地体现出项目当中机电安装以及结构设计等专业领域的信息，为后续工程打下良好的基础。

2.4 运用于复杂钢结构的施工过程

BIM 技术在钢结构的施工过程中发挥着多重功效，比如可以通过BIM 技术解决复杂钢结构在施工过程中的精度控制问题。通常来说，施工的具体方案设计不存在非常大的问题，但想要提升施工过程的精确度却比较困难。如果只采取传统的建模方式或者预测方式，很难控制好具体的复杂钢结构构件的参数。再加上结构非常复杂，需要进行全面的剖析，才能够了解各个相关的部位或截面的具体信息。

而利用BIM 技术，可以对整个施工过程里所需测量的数据进行更精准的把控。例如对于双拱形的复杂钢结构而言，需要采用双拱曲线方程的形式定位钢结构坐标系；针对钢结构的各个角落或截面，其坐标也必须精确到较高的水平，要参考具体的安装限度标准，多角度测量出复杂构件的截面尺寸、截面质量指标、长度、宽度、角度及环境要素等相关的细节。

通过BIM 进行放样，可实现多次复测，得到实际的标高，从而尽可能保证安装与施工的精确度，尤其在钢结构吊装的过程中，通过BIM 技术能有效掌控吊装成功的决定性因素，即构件的重心位置和质量要素。不同的钢结构所需的吊装角度和方式、速度都有所区别，要想保证每一段的位置都能平稳，需要利用BIM 技术寻找各类钢结构的重心，确定其质量参数，保证抓取重心的合理性与科学性，才能成功完成辅助吊装的工作。为了确保吊装的安全性，还可以利用重心精度确定法等方式来核验中心位置的参数，通过BIM 软件核验这些参数的准确性，避免钢结构落地时可能产生的拉力。保证稳定性的同时，也要保证施工过程流畅。

2.5 运用于复杂钢结构的工程管理工作

BIM 技术不仅可以应用在复杂钢结构的制作、安装、施工等各阶段里，也能够为相关的管理工作提供辅助。BIM 技术具备可视化性、协同性、仿真性，能够帮助工程管理人员进一步落实管理工作。

2.5.1 策划管理

在前期的项目策划管理过程当中，可以利用BIM 技术对工程的投资建设进行预测分析。利用BIM 技术对施工现场的实际情况进行勘测和模拟计算，模拟所需要支出的成本，总结所需拼装的或者潜在需要拼装的构件。将构件进行统一集合规划之后模拟成本预算的模型，为前期的项目决策管理人员提供数据上的支持，使策划管理具有更强的科学性。在整个复杂钢结构的项目施工环节里，BIM 技术可以有效帮助管理人员实现更精细化的目标制定工作，通过构建三维或多维的立体模型预演管理的整体流程，有效核验管理人员安排的计划是否合理，论证施工方案的准确性，优化资源使用配置的情况，提高复杂钢结构施工的效率，减少设计部门、管理部门及施工部门之间的分歧。

2.5.2 安全管理

BIM 技术还可以应用在安全管理过程中。安全性对于施工而言至关重要，将BIM 技术的虚拟模型构建体系和实际的智能监控系统体系相结合，采用三维立体的监控模式对施工过程进行可视化的监控，可以观察现场的实际情况。也可以根据三维监控情况调整施工方案，规避施工过程的风险，及时排查出潜在的安全隐患；还可以利用数据预测等形式，帮助管理人员对各个工作环节或者结构部件划分安全系数，根据不同的安全系数来制定相应的安全管理方案。

2.5.3 验收管理

在竣工阶段，部门之间对施工资料、验收资料的沟通还主要通过纸质媒介，对于纸质材料的需求比较大。竣工验收时，资料数据由各部门提供，由于各部门对资料的管理方式存在差别，且信息化、自动化程度低，对于较大项目，管理工作者沟通不及时，缺少统一平台，可能会导致数据信息在传递的过程中出现丢失。针对以上现象，可将BIM 结合互联网对竣工阶段的资料验收工作的处理方法进创新。通过BIM 和互联网实现虚拟模型和资料数据之间的共享，在BIM 的基础上，创建资料管理平台，收集管理项目施工过程中的数据信息，通过创建参数化模型对其进行分析，保证验收时能够作为参考。

2.5.4 成本管理

BIM 技术往往也运用在成本管理的过程里，制定相应的成本控制管理方案，不断优化BIM 系统的性能，减少不必要的成本支出，通过构建模型对成本控制进行可视化的分析管理。

3 结语

综上所述，BIM 技术主要采用构建信息模型的形式完成模型制定、风险预测、安全管理、预算管理等。BIM 技术作为现在热门的建筑工程技术之一，主要特点有可视化、协调性和模拟性，满足了各类工程的需求。BIM 技术为施工过程提供了诸多便利，减少了实际施工过程的步骤，降低了施工的整体难度，提高了施工的科学性。在实际施工当中，应充分利用BIM 技术，全面、多角度提高建筑施工的水准，为我国工程施工建设行业的发展提供长效的动力。