曹永順 張曉雨 嚴嘉耕

隨著鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的推廣，BIM技術(shù)也迎來了一個新的發(fā)展機會。BIM技術(shù)利用相關(guān)軟件（如Revit）對相關(guān)構(gòu)筑物建立一個多維立體信息模型，輔助工程管理人員對鋼結(jié)構(gòu)施工中存在的重難點部位進行全過程輔助指導，相比傳統(tǒng)二維圖紙較大提高了施工進度。文章主要探討在水電十局西昌川興棚改項目中隔震鋼梁安裝施工中BIM的應(yīng)用情況。

BIM技術(shù); 鋼結(jié)構(gòu); 建筑全周期; 深化設(shè)計

TU741.3B

[定稿日期]2021-08-13

[作者簡介]曹永順（1982～），男，本科，工程師，從事房屋建筑工程施工與技術(shù)管理工作;張曉雨（1998～），男，本科，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作;嚴嘉耕（1994～），男，本科，助理工程師，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作。

在鋼結(jié)構(gòu)施工中因其構(gòu)件是預先制作等原因，會出現(xiàn)與現(xiàn)場施工發(fā)生沖突影響施工進度及施工質(zhì)量等問題。但有了BIM技術(shù)的輔助，之前這些長期困擾一線施工管理人員的問題就能很好地解決。

1 工程概況

本文以中國水電十局西昌區(qū)域川興棚改項目為實際分析對象，水電十局西昌川興棚戶區(qū)改造項目位于四川涼山彝族自治州西昌市，川興棚改項目總規(guī)劃凈用地面積約5.8×104 m2，規(guī)劃總建筑面積約29×104 m2，其中地下建筑面積約7.8×104 m2。本工程共18個單體，其中1#～15#、17#～18#樓采用隔震技術(shù)，抗震設(shè)防類別為丙類;建筑物分兩部分，以隔震層為分隔，上部結(jié)構(gòu)均通過隔震支座支承于地下室的頂板上，在建筑一層下設(shè)置隔震層，在隔震層梁中設(shè)置鋼梁構(gòu)建提高隔震層整體強度。在隔震層鋼梁施工過程中前期應(yīng)用BIM技術(shù)輔助鋼梁的設(shè)計優(yōu)化以及生產(chǎn)，后期運用BIM技術(shù)輔助現(xiàn)場安裝施工以及其多構(gòu)件匯交復雜節(jié)點的施工優(yōu)化。

2 BIM技術(shù)在前期的應(yīng)用情況

2.1 BIM技術(shù)輔助鋼梁設(shè)計深化

模型建立人員首先根據(jù)隔震層鋼梁的實際圖紙進行相應(yīng)的模型建立，在相關(guān)軟件中可以根據(jù)各方需求進行視角調(diào)整來發(fā)現(xiàn)模型是否存在缺陷，在確認模型的建立不存在問題后就可以安排施工。

因為鋼梁結(jié)構(gòu)異常復雜不同于一般鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在試品到場安裝后，發(fā)現(xiàn)諸多與現(xiàn)場隔震支座以及主體結(jié)構(gòu)有沖突的地方，BIM技術(shù)運用不同平臺軟件和插件來幫助隔震層鋼梁設(shè)計的細化，主要針對各細節(jié)部位，通過模型繪制后與現(xiàn)場原有總平模型的交匯融合，就會發(fā)現(xiàn)諸多存在沖突的地方，為更好地后期設(shè)計變更，軟件會根據(jù)用戶實際需要自動生成鋼結(jié)構(gòu)更為詳細的設(shè)計圖，通過與設(shè)計方的有效溝通，圖上標注出存在問題的地方，以便后期進行設(shè)計修改。

2.2 BIM在隔震層鋼梁的加工制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用。

與傳統(tǒng)小型鋼制品的制作不同，隔震層鋼梁的制作生產(chǎn)以及管理上幾乎全部需要人工去監(jiān)督。這其中包括施工圖紙的校驗，加工過程的檢查，制作工藝的監(jiān)督等。如果這其中哪一步出現(xiàn)了問題，就會造成整根鋼梁無法安裝施工，進而影響工期。在這種成本高且又無法避免質(zhì)量問題的情況下。就需要在鋼梁生產(chǎn)廠家構(gòu)建一整套智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。

如同傳統(tǒng)機械制造業(yè)中基于CAD的模型就能夠支持制造流程一樣，BIM技術(shù)運用專門開發(fā)的建筑信息模型輔助軟件，如Revit Structure等信息軟件，也可以支持結(jié)構(gòu)制造流程。在這套智能系統(tǒng)中，所有與鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的圖形都已經(jīng)包含在了Revit以及Structure設(shè)計模型中。這些鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計信息可以導入到CIS/2文件中（一種行業(yè)標準數(shù)據(jù)格式，用來交換鋼結(jié)構(gòu)信息），便于在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計應(yīng)用中重新使用。

將建筑信息模型（BIM）用于隔震層鋼梁的詳圖設(shè)計和制造環(huán)節(jié)，這樣隔震層鋼梁從設(shè)計到制造實現(xiàn)了全流程智能化。在鋼梁生產(chǎn)過程中重復利用設(shè)計模型不但提高了工作效率，而且改進了制造。此外，鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計和制造軟件中使用的信息是基于高度精確、協(xié)調(diào)、一致的建筑信息模型的數(shù)字設(shè)計數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)完全值得在相關(guān)的建筑活動中共享。

設(shè)計團隊在完成隔震層鋼梁的加工詳圖設(shè)計后，專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計團隊或承包商還可以利用該加工詳圖進行BIM四維建模，后期施工過程中項目管理人員也可以利用這套模型與其它建筑專業(yè)模型（如MEP和建筑設(shè)計）進行沖突碰撞檢查。初期的制造模型并不代表最后的竣工狀況，因為在鋼結(jié)構(gòu)安裝階段可能還會發(fā)生諸多變更。因此在施工前期對鋼梁鋼筋進行模型模擬碰撞檢查時是必要的，尤其是施工復雜空間狹小的建筑隔震層中更是這樣。

3 BIM技術(shù)在隔震層鋼梁施工現(xiàn)場的應(yīng)用

3.1 隔震鋼層梁分段吊裝

本項目隔震層鋼梁主要為大型工字型帶栓釘鋼構(gòu)件，隔震層鋼梁部件的節(jié)點連接方式為焊接及氬弧焊接。川興項目鋼結(jié)構(gòu)工程的組成構(gòu)件多，拼裝連接節(jié)點數(shù)量大。且本工程鋼梁的安裝需要進行高空作業(yè)，也為鋼結(jié)構(gòu)的施工安裝帶來了不小的挑戰(zhàn)，結(jié)合川興項目的鋼結(jié)構(gòu)工程特點，本工程選用大型汽車吊從樓面中心部位向外的順序分段吊裝（圖1）。

隔震層鋼梁分段吊裝的構(gòu)件種類多數(shù)量大且安裝繁雜，選用專門的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計軟件進行建模，通過構(gòu)建三維模型精確到各個構(gòu)件的分段形式和各個節(jié)點的形式，保證整個隔震層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.2 鋼筋綁扎處理

在川興項目中，不是單純考慮鋼梁安裝問題，還要考慮鋼梁安裝后，以鋼梁為主體骨架，在其上進行鋼筋綁扎施工形成隔震層主體梁板鋼筋網(wǎng)架。

在解決鋼梁吊裝以及安裝施工的難點問題后，借助BIM技術(shù)對基于鋼梁的鋼筋綁扎進行輔助調(diào)整。

3.2.1 隔震層鋼梁兩側(cè)構(gòu)造筋的放置

傳統(tǒng)施工做法是在梁箍筋放置后再進行構(gòu)造筋的放置，這就導致后期梁兩側(cè)構(gòu)造筋很難放置，不得不打斷后再放置然后再焊接，這樣勢必會對隔震層結(jié)構(gòu)強度有影響。BIM軟件可以仿真模擬鋼結(jié)構(gòu)施工安裝過程中的各個階段，在施工前對安裝施工結(jié)果進行模擬就可以分析不同的安裝順序的成效。檢查并發(fā)現(xiàn)可能會出現(xiàn)的影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素。在BIM技術(shù)的輔助下，對鋼梁鋼筋綁扎順序進行了提前模擬，成功避免了工期延誤以及施工順序的先后對隔震層結(jié)構(gòu)的影響（圖2）。

3.2.2 鋼梁的主體一層墻柱豎向鋼筋的放置

對于基于鋼梁的豎向墻柱插筋問題，在對其他項目的考察中發(fā)現(xiàn)，大部分鋼梁生產(chǎn)廠家會在出廠前按設(shè)計圖紙在相關(guān)節(jié)點上作機械連接套筒的焊接，但是在到了施工現(xiàn)場會發(fā)現(xiàn)，按結(jié)構(gòu)圖紙的墻柱豎向插筋套筒中大概70 %都存在位置偏差，在現(xiàn)場進行鋼筋綁扎時不得不重新進行套筒焊接，增加的施工量對項目施工進度造成較大影響。

川興項目在隔震層鋼梁生產(chǎn)加工前，運用BIM技術(shù)把隔震層上部的剪力墻及暗柱的鋼筋建立模型并且進行深度檢查優(yōu)化。通過BIM軟件把上部墻柱鋼筋與已經(jīng)建立的鋼梁模型進行融合碰撞檢查，就可以發(fā)現(xiàn)一些無法穿鋼梁需要設(shè)置套筒的節(jié)點，然后進行數(shù)據(jù)標記，在生產(chǎn)階段就可以在鋼梁相關(guān)節(jié)點部位設(shè)置機械套筒，做到精準安裝焊接，無現(xiàn)場二次返工焊接，就能節(jié)省施工時間。

在川興項目中BIM技術(shù)能夠4D模擬仿真深度分析隔震層鋼梁的前期制作以及施工安裝，提前模擬演練吊裝過程的先后順序以及鋼梁上的鋼筋綁扎，提前排除在施工安裝過程中可能出現(xiàn)的問題，及時調(diào)整，修改設(shè)計方案。通過軟件模擬分析各個施工關(guān)鍵節(jié)點的施工進度，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為施工現(xiàn)場的實際操作提供參考依據(jù)。

4 結(jié)束語

水電十局川興項目從項目初始的臨場布置，到全建筑全專業(yè)的BIM應(yīng)用。為整個川興項目的進度推進及質(zhì)量管理提供了有力支持。在鋼梁工程中的BIM應(yīng)用更是如此，實現(xiàn)鋼梁的生產(chǎn)加工和BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅需要相關(guān)智能化軟件平臺的輔助，還需要鋼結(jié)構(gòu)加工設(shè)備的保障，在川興項目實施BIM技術(shù)過程中還制定了適合本項目的BIM技術(shù)管理辦法?？梢杂行七M信息數(shù)據(jù)分析同施工現(xiàn)場的鏈接，提高管理生產(chǎn)效率。在項目全周期使用BIM技術(shù)，培養(yǎng)員工的BIM三維立體模型思考模式。作為工程項目中的信息中樞應(yīng)該縱覽全局著手于細節(jié)，全面覆蓋整個項目的前期設(shè)計，過程施工，后期維護等各個階段，施工單位利用BIM技術(shù)優(yōu)化管理，實現(xiàn)項目全周期BIM信息化管理，真正發(fā)揮BIM技術(shù)的強大優(yōu)勢。

參考文獻

[1] 李厚萱，王洪宇. BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用研究[J]. 北方建筑， 2017， 2（1）：15-16.

[2] 徐亮. BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用研究[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版， 2016，（9）：4067-4067.

[3] 沈堅. BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)施工及風險管理中的應(yīng)用研究[J]. 建筑技術(shù)， 2016， 47（8）.

[4] 彭偉. BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用研究[J]. 四川水泥， 2015，232（12）：111.

[5] 路麗華. BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用研究[J]. 商品與質(zhì)量， 2016（3）：237-237.

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