劉楠

1　引言

隨著BIM技術(shù)的逐步應用，通過計算機信息化技術(shù)的輔助，結(jié)合更加科學的過程分析和模擬實驗數(shù)據(jù)，為施工中的技術(shù)重難點提供了極為有效的決策依據(jù)，并能夠極大地提高工作效率。

某學院圖文信息中心工程，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、勁鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合的大型建筑工程。單體建筑面積64806m2，局部鋼結(jié)構(gòu)連廊屬懸垂鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)及節(jié)點受力復雜、施工工期緊張、施工場地受限等因素為深化設計、方案選擇、過程管控提出了很高要求。

2　BIM應用方案的選定

2.1　鋼結(jié)構(gòu)深化設計及加工

為縮短技術(shù)準備時間和加工周期，在鋼結(jié)構(gòu)工程深化設計及加工制造階段，運用Tekla Structures結(jié)構(gòu)設計軟件進行結(jié)構(gòu)建模，實現(xiàn)矩形管截面桁架、箱型鋼吊柱等構(gòu)件及相貫節(jié)點深化設計及制造工程指導，提高鋼結(jié)構(gòu)深化設計效率和準確性，并引用AutoNEST軟件與Tekla軟件輔助進行構(gòu)件加工制造。

2.2　施工方案BIM比選優(yōu)化

運用BIM的計算機輔助計算和可視化的優(yōu)點，使用BIM結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000，對建筑懸垂鋼結(jié)構(gòu)體系進行模擬分析，參照分析數(shù)據(jù)進行施工方案的比選和優(yōu)化。

2.3　BIM碰撞檢查及模擬

應用BIM協(xié)調(diào)管理軟件NavisWorks，對鋼結(jié)構(gòu)深化設計模型進行碰撞檢查，預先發(fā)現(xiàn)在深化設計、加工制造和安裝施工階段的碰撞問題，避免返工和浪費；對施工方案擬定的安裝過程在三維空間與時間維度進行整合，進行可視化的施工模擬，實現(xiàn)虛擬預演和進度分析。

3　關(guān)鍵環(huán)節(jié)BIM應用方法

3.1　鋼結(jié)構(gòu)加工制造環(huán)節(jié)BIM應用

鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制造由三個部分組成，即深化設計、排料優(yōu)化、加工制造。BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)的加工中，主要體現(xiàn)在前期的深化設計、材料的排料優(yōu)化（套料）及設備切割的程序編程中，鋼結(jié)構(gòu)深化主要由BIM技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)軟件Tekla Structure（以下簡稱Tekla）來實現(xiàn)，套料及編程由AutoNEST軟件來實現(xiàn)。

3.1.1Tekla深化設計

在Tekla軟件中，鋼結(jié)構(gòu)深化設計包含三維實體模型建立、實體模型審核、創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)加工詳圖、圖紙和數(shù)據(jù)的輸出、與其他軟件數(shù)據(jù)交換。深化設計流程如圖1。

根據(jù)設計圖紙，通過創(chuàng)建軸線→建立三維實體構(gòu)件→節(jié)點創(chuàng)建→模型審核等步驟，搭建一個完整的BIM模型，并利用軟件自帶的碰撞檢測功能進行檢查，發(fā)現(xiàn)各構(gòu)件之間及連接方式上是否有沖突。

在Tekla中創(chuàng)建三維模型圖、零件圖、構(gòu)件圖、整體布置圖等各種鋼結(jié)構(gòu)加工詳圖，并且模型與詳圖之間相互關(guān)聯(lián)，模型變動與圖紙變動同步。創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)詳圖后，將圖紙及各種報表數(shù)據(jù)進行輸出，與其他軟件進行數(shù)據(jù)傳遞、交換。

3.1.2套料、編程

在鋼結(jié)構(gòu)加工前，所有的零件放樣完畢后，為合理布置裁切材料的位置以達到節(jié)省材料的目的，需對不同板厚、規(guī)格、數(shù)量的零件進行套料，使用AutoNEST軟件與Tekla軟件配合，進行材料的套料。

圖1　Tekla軟件環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)深化設計流程圖

Tekla軟件通過NC文件將信息輸入AutoNEST軟件，該NC文件（dstv格式）包含了所有關(guān)于這個零件的形狀、尺寸以及特性信息，使用AutoNEST軟件自動將零件的這些信息批量轉(zhuǎn)入，為前期的數(shù)據(jù)輸入節(jié)省大量的時間，并保證所有輸入數(shù)據(jù)的準確性。

套料完成后，根據(jù)套料方案，利用AutoNEST軟件編程功能，自動編制切割程序，使得切割效率顯著提高。

3.2　施工方案BIM比選

無論是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、勁鋼混凝土結(jié)構(gòu)還是鋼結(jié)構(gòu)，它們都不獨立存在，彼此之間相互依附。因此，在確定鋼結(jié)構(gòu)連廊的安裝方案時，應充分考慮施工方法、施工順序?qū)τ诟鱾€結(jié)構(gòu)體系的受力影響，避免選擇可能對結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生不良影響的方案。

3.2.1BIM環(huán)境下的結(jié)構(gòu)受力分析

首先，將圖文信息中心工程的地下及地上部分的剪力墻、框架柱、框架梁、樓板、鋼結(jié)構(gòu)連廊等，搭建模型構(gòu)件，再對連廊每一個桿件和節(jié)點進行編號，便于在數(shù)據(jù)分析時進行比對。

然后，在初步制定幾個施工方案的前提下，在SAP2000軟件中根據(jù)不同的擬用方案，輸入不同工況下的施工順序。應用SAP2000有限元程序的線性靜力分析功能，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、勁鋼混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)連廊進行模型分析，得出對應的分析結(jié)果。

圖2　結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析

鋼桁架主要節(jié)點的軸力、剪力、彎矩作用的表現(xiàn)形式是位移情況。通過對不同方案的位移值數(shù)據(jù)，尤其是主要節(jié)點的Z向位移值進行對比和分析，容易比較出不同施工方案對于鋼結(jié)構(gòu)自身、混凝土主體結(jié)構(gòu)的影響特點和規(guī)律。最終選擇階段受力性能良好，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化影響小、施工便利的施工方案。

3.2.2施工過程監(jiān)測

在施工過程中，對鋼結(jié)構(gòu)連廊若干個節(jié)點進行節(jié)點位移觀測，使用全站儀的無棱鏡測距功能，被觀測的節(jié)點部位粘貼反光片，對鋼桁架上弦梁、下弦梁節(jié)點在每一個施工步驟都進行一次位移監(jiān)測，得到每個觀測點的累計位移數(shù)值，運用折線圖將觀測到的數(shù)值進行統(tǒng)計。

3.2.3監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

將實測位移值與SAP2000軟件分析的位移值進行對比，能夠看出，受到實際施工的環(huán)境溫度、材料、焊接質(zhì)量、觀測條件等方面的綜合影響，實測位移值與理論分析值存在一定的偏差，但其數(shù)值整體上在極小的范圍內(nèi)波動。

選擇的施工方案的實際過程與理論推測相符合，即證明施工方案擬定的安裝順序?qū)Y(jié)構(gòu)的影響在預期的可控范圍內(nèi)。在鋼結(jié)構(gòu)整體施工過程中，每一步驟都對樓體混凝土主體結(jié)構(gòu)進行沉降位移觀測，測量結(jié)果滿足規(guī)范要求，未發(fā)現(xiàn)不均勻沉降的情況。

3.3　施工過程可視化應用

在施工過程中實施BIM技術(shù)，主要價值在于：

（1）設計意圖可行性分析；

（2）設計圖紙的復核；

（3）施工現(xiàn)場4D管理；

（4）主要演示手段。

通過對建筑信息模型的可視化漫游、專業(yè)間的碰撞檢查、結(jié)合Excel或Project進度計劃文件的施工進度管理、施工過程的動畫預演等方式，能夠有效的實現(xiàn)上述目的，并最大限度的節(jié)約資源。

圖3　項目BIM協(xié)調(diào)管理應用流程圖

3.3.1施工圖紙審核

結(jié)構(gòu)復雜、圖紙繁多是現(xiàn)代建筑工程技術(shù)管理面臨的現(xiàn)狀，施工圖審核需要比以往投入更多的人力和時間資源，并且對于技術(shù)人員具有跨專業(yè)的施工經(jīng)驗和審圖能力要求越來越高。BIM技術(shù)在施工圖審核方面為我們提供了全新的信息化手段。

（1）漫游審核

將AutoDeskRevit軟件建立的模型，導入到Navisworks軟件中，通過“漫游”功能，對于一些“空間高度”、“空間寬窄”等特征敏感的區(qū)域和部位進行有針對性的模擬分析，特別是對一些構(gòu)件節(jié)點細節(jié)、專業(yè)內(nèi)的設計沖突、專業(yè)間的設計沖突等問題，通過三維的模型審核實現(xiàn)。

（2）碰撞審核

實時漫游觀察能夠發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的大多數(shù)直觀錯誤，一些難以發(fā)現(xiàn)的細微錯誤，可以通過軟件提供的碰撞檢查功能實現(xiàn)圖紙審核。軟件在模型顯示窗口以不同顏色高亮顯示碰撞的構(gòu)件，為施工技術(shù)人員提供直觀的檢查結(jié)果顯示。

3.3.2施工虛擬預演

結(jié)合預定的施工進度計劃，在Navisworks中進行4D模擬，借此實現(xiàn)施工進度的虛擬預演，并分析預定的施工計劃進度中存在哪些問題和矛盾。

圖4　漫游審核圖紙

將三維的BIM模型與時間屬性相結(jié)合，即將進度計劃圖表與三維模型結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)施工過程的虛擬預演；此外，對每一道工序的實際開始時間、實際結(jié)束時間與計劃開始時間、計劃結(jié)束時間進行對比，一目了然地看出每一道工序的進度狀態(tài)。在比較復雜的工程中，尤其是涉及專業(yè)眾多、工序繁瑣的工程中，相比用圖表分析施工計劃，使用這種4D施工模擬具有巨大的優(yōu)勢，它可以非常直觀地看到計劃中的施工工序，自然也更容易發(fā)現(xiàn)其中的問題。

4　結(jié)語

通過對BIM模型的深度應用，對建筑結(jié)構(gòu)深化設計模型進行碰撞檢查，預先發(fā)現(xiàn)在深化設計、加工制造和安裝施工階段的碰撞問題，及時發(fā)現(xiàn)碰撞并解決，避免了返工和浪費；同時為施工圖審核提供了全新的信息化技術(shù)支持，提高了圖紙審核的效率和效果。

對施工方案擬定的安裝過程在三維空間與時間維度進行整合，進行可視化的施工模擬，實現(xiàn)虛擬預演和進度分析，不僅為施工過程展示提供了方便可行、直觀生動的演示方式，也為工程項目施工進度控制提供了形象的、精確的、基于BIM技術(shù)的項目管理途徑。

BIM為施工過程帶來的效益是顯而易見的，管理工作的高效性、信息傳遞的準確性、投入資源的節(jié)約性、成本的降低、浪費的減少等，都為現(xiàn)代施工技術(shù)帶來了革命性的變化。

[1]中國建筑業(yè)協(xié)會工程建設質(zhì)量管理分會.施工企業(yè)BIM應用研究.中國建筑工業(yè)出版社，2013，03.