BIM在装配式钢结构工程中的技术应用

引言

装配式钢结构建筑因具有标准化设计、装配化施工、信息化管理等特点，提升了现场的装配作业水平，规避了现浇作业对环境造成的污染，已逐渐成为中国绿色建筑发展的主流方向[1]。但相比于传统建筑而言，装配式建筑构件数量较多，施工工序、工艺流程相对复杂，对信息化集成水平要求相对较高，一定程度上制约了装配式建筑的推广。BIM技术具有可视性、协调性、模拟性、信息多元性等特点，可为装配式建筑施工提供技术保障[2]。本文基于唐山市启新C01地块装配式钢结构高层住宅项目，开展BIM技术在装配式钢结构工程中的实践应用研究，希望为装配式钢结构建筑推广提供一定的参考。

启新C01地块装配式钢结构高层住宅项目位于河北省唐山市东部老城区，紧邻城市核心区域，距离城市中心2.34km，周边交通和市政设施较为成熟。该工程包含3栋钢结构装配式住宅楼，地下2层，地上18层，总建筑面积3万m2，装配率大于60%。该工程主体结构采用钢管混凝土柱-H型钢梁框架-支撑体系，属于竖向承重构件全装配的钢结构建筑。该项目是金隅集团在唐山市首个实际应用的钢结构装配式结构体系的工程项目，完成后将作为唐山市第一个绿建三星住宅小区，建筑效果图如图1所示。

（1）施工场地布置难度较大。此地块为原启新水泥厂厂房遗址，存有废弃人防通道，基坑开挖深度相对较大，最深处可达17.5m，属于行业内危险性最高的一级基坑支护，开挖作业难度大、危险性高、时间长；施工场地附近有公共建筑，距离人防博物馆距离最近处仅3m，必须做好防护措施；施工场地狭小，需考虑加工区、堆放区、办公区的合理布置。

（2）信息化程度难度大。钢结构项目构件种类数量繁多，编码工作量较大，构件的生产、运输、进场、施工安装难实现追踪管控，大量图纸和技术资料以文本形式传递[3]，极易出现信息丢失，无法做到协同管理，对施工进度有较大影响。

（3）涉及专业系统诸多，管线深化及综合设计难度大。在管线综合过程中涉及燃气、中水等其他独立发包工程专业，管线分布复杂，且净空要求高，很容易在空间内发生碰撞[4]。

（4）安全防护要求高。工程量大，基坑四周距离用地红线近，地层情况较差，有强透水的砾石和卵石层，易塌陷和出现地下水，支撑防护综合性要求多，潜在可变因数较多。

3.1 预算成本管控

在二维图纸CAD的基础上，利用广联达软件的楼层复制、块操作、镜像等命令，实现该项目模型的快速搭建（如图2所示）。在已完成的模型上，筛选所需要的图元信息，能快速完成查看构件图元工程量，做到数据的实时分段汇总，项目成本的实时管控，能更好地了解项目各阶段的资金投入。

3.2 钢结构深化设计

使用Tekla软件，对项目主体构件进行钢结构深化设计，通过参数化建模，搭建装配式钢结构高层住宅三维信息模型（如图3所示）。确定钢梁钢柱连接形式，将钢构件的螺栓孔径、型材、构件位置及尺寸等重要参数信息录入到BIM模型中。后期利用软件自动生成的零件图、布置图、材料清单信息（见表1）等内容，能更及时高效地指导车间生产加工，实现设计与材料加工的准确性、时效性。

3.3 BIM信息化模型

使用Revit 2017软件，利用BIM技术的可视化特性，搭建项目建筑、结构、机电全专业三维信息化模型（如图4所示）。做到实现钢结构高层住宅项目的先视后建，整体把控各专业之间可能存在的设计缺陷问题，便于技术人员在施工前对项目整体形态、施工重难点有直观的把控，也方便设计人员不断优化完善钢结构施工图纸，规避后期设计变更，停工、返工现象的发生。

3.4 碰撞检测

Naviswork 软件具有很强的碰撞检查功能，利用该软件在项目开工前，对项目各专业三维信息化模型进行整合，查找在平面图纸中不易发现的设备管线、建筑与结构之间、结构与结构之间的隐蔽碰撞点（如图5所示），生成检测报告。根据检测结果进行管线优化布局，调整并避让碰撞点，有效避免因为装配关系而造成的经济损失。有助于现场的施工人员更好地了解施工复杂区域，及时制定管线安装施工方案，对管线架设进行优化调整，有效避免因碰撞或净空不足造成的返工问题。

3.5 构件族库搭建

应用BIM技术，可对项目中外窗安装（如图6所示）、钢柱防火等重要节点，搭建三维信息化模型，并以rfa族的模式，对节点构件进行轻量化处理，上传至云平台，也为今后装配式钢结构建筑提供构件族。项目人员可随时了解工程项目细部节点做法，通过三维模型的方式进行技术交底，辅助项目人员指导施工，保证项目节点处理的准确性。

3.6 施工进度及安全管理

将项目部的project进度计划和安全措施导入BIM5D 软件，与搭建的模型嵌入匹配，进行实际项目的流水段划分（如图7所示）。施工技术员将每天完成的工作上传至云端，进行数据更新，使项目管理人员能够实时了解工程的施工进度和安全防护措施落实情况，把控工程状态，以便合理安排施工进度、有效落实安全防护措施以及合理配置劳动力及材料。

随着信息化技术的发展与普及应用，BIM技术已成为工程项目质量管控、进度管控、成本管控必不可少的一部分。随着装配式钢结构建筑的发展，BIM技术的应用，特别是多种BIM软件的联合应用，必将愈来愈广泛地被广泛应用到装配式钢结构工程实践中，进一步促进信息化施工管理模式的发展，推动装配式钢结构工程与BIM技术的协作。