BIM技术在装配式钢结构住宅建设中的运用

BIM技术在装配式钢结构住宅建设中的运用

王雷

北京城建精工钢结构工程有限公司 100020

摘要：在装配式建筑中，BIM技术具有极大的应用优势。文章深入分析BIM技术在装配式钢结构建筑中的应用，包括其在设计环节、生产加工环节以及施工环节的具体应用，以供参考。

关键词：BIM技术；装配式钢结构建筑；设计环节；生产环节；施工环节

近几年，国家与政府大力提倡建筑工业化，提出了重点发展装配式建筑的发展战略。所谓装配式建筑，就是在建筑施工现场对预制构件予以装配的建筑模式。经了解发现，装配式建筑与我国钢结构体系，无论是生产还是建设的方法都十分相似。钢结构建筑中结构系统受力明确，且具备较高的工业化，能够与装配式建筑理念相互融合。在钢结构建筑中应用BIM技术，能够加强建筑体系中的规范性、系统性、集成性以及准确性。

1. BIM技术在装配式钢结构建筑中设计环节的具体应用

1.1基于BIM软件的功能模拟

以往的装配式钢结构建筑施工中，在设计规划施工方案、图纸时，通常由设计师依据业主所提出的各种要求，查阅并参考前期类似工程资料，最后画出CAD图纸（二维）与建筑物的渲染效果图（三维），对业务予以展示。其中，三维的建筑物渲染效果图是应用3dMax、Photoshop等软件制作的，无法充分呈现CAD图纸中的二维信息。反观二维的CAD设计方案，其并没有对建筑工程进行完整、综合的考量，因此所编制的设计方案无法充分满足业主与建筑单位的需求。

而使用BIM软件对装配式钢结构建筑进行方案规划设计时，设计师能够构建BIM轻量化模型（LOD200），并根据BIM软件具有的可视化功能与动态漫游功能对设计方案展开分析。该行径有助于设计师对建筑形态、空间设计进行合理调整，满足业主所提要求。比如，可以应用AutodeskRevit软件，并通过该软件中携带的第一人称视觉模拟、动态漫游的性能，对装配式钢结构建筑内部构造予以直观的分析了解。如果再结合VR技术，还可以让设计人员体验到在真正房间内部的感受，即在DVS3D软件中导入Revit模型，并通过VR眼镜或VR投影仪模拟出现实中的房间，使用动态交互的方法，对装配式钢结构建筑进行全面、综合的观察，如图1所示。

图1

在设计方案逐步深入的过程中，需要对装配式钢结构建筑的楼板、龙骨隔墙等构件信息予以记录规划，而BIM的建筑数据也在慢慢增加。设计师可通过BIM与该建筑工程中各大参与方对设计方案展开直接的沟通交流，加强设计的科学性与系统性。

当设计方案步入深化环节，这时应当在专业分析软件中导入BIM模型对其性能展开全方位的分析，如室外声环境分析、室外风环境分析与能耗分析等。其性能所分析的结果能够使建筑设计师在充分满足其功能、作用的基础上，加强居民居住的舒适度、建筑的稳定度、安全度、可靠度提供强大助力。现阶段，BIM技术在对建筑性能进行分析时所设计的阶段、环节以及应用软件，如图2所示。

图2

1.2通过BIM技术进行参数化设计

在BIM技术中，参数化设计是其所具备全部特征中的重点之一。通过BIM软件中的参数化规则体系构建模型，将陈旧的设计模式与设计思维予以创新改革。在建筑工程设计前需要对建筑方案进行深入分析探讨，并对项目予以划分，使其成为多个独立、互通的单元板块，并结合建筑工作的真实需求，对诸多板块展开针对性的结合与改进，并规划出多种作用的全新组合。BIM模型中的每一个元素都是单个独立的小体系，其元素主要体现在装配式钢结构建筑中的钢梁、钢柱、龙骨隔墙及门窗系统等。

2. BIM技术在装配式钢结构建筑中生产环节的具体应用

2.1统计材料、工程量

通过BIM模型中所含带的材料信息，对建筑工程中需要的各种物料、零构件的数目进行精确核算。将Revit中的明细表导出至Excel软件中，并对这些构件的大小、长短、形态、性质进行汇总分析、规划整理，极大减少了工作人员的工作量，同时实现了不同规格、厚度、材质的零构件共同大批量统计的目标。此外，在Excel表格中输入构件的形状、体积、数目及切割距离等数据信息，可自动得出每个原材料板的利用率与废料的百分比、重量等数据。

2.2三维模型指导加工

通过BIM软件可以加快局部设计修改的速度，对建筑部品模型的数据信息予以更新优化使其成为LOD400的部品模型。在生产、制作、加工建筑部品时，可以直接调取建筑部品模型的三维直观图与其相对应的尺寸等数值。比如，对钢结构深入化设计是装配式钢结构建筑工程中最为关键的一个环节，对此，可通过BIM模型对其设计内容进行深入分析，使之成为钢结构加工图纸与施工图纸，借此使钢构件与生产制作、实际施工安装环

节的需求相符。此外，钢结构的加工图纸及安装图纸与构件的生产制作、组拼安装都有直接关系，且与该建筑工程施工质量、成本造价息息相关，因此在施工现场对钢结构进行安装时，一定要严格根据图纸拼装。

在深化设计环节，当钢结构模型等级在LOD400之上时，BIM软件能够对钢结构支撑体系中大批构件相连之间的节点进行明确展示，如图3所示。该情况可减去钢构件生产工厂中使用人力对节点进行描绘、统计的环节，从而使钢构件加工精确度与加工效率得到大幅度提升，同时也避免了人工所产生的误差问题。只有使钢结构模型在构建时具备准确性、专业性以及规范性，其所形成的构件详图才能更加精确、科学，从而降低施工现场安装时出现偏差的概率，节省工程成本。

图3

2.3查询构件详细信息

Revit软件可以对工程图纸进行划分，包含施工装配图、后期施工图、构件生产加工图等；Revit软件还可以输出含带钢构件的形状、尺寸、体积、性质等信息数据的.nwc文件，并将该文件导出至Navisworks中，使其模拟施工流程，提前对施工设计方案进行验证。钢结构节点的深化通过BIM技术完成，不仅大大节约了原材料，而且在对钢结构进行定位时，具有较强准确性与快捷性，同时安装操作十分简便，真正实现了降本增效的目标。在建设材料BIM数据库时，可以BIM的材料管理体系为基本依据，令该工程每个参与单位都能够对其数据信息进行查阅、探析，有助于加强项目部对材料的管理能力与决策能力。若是装配式钢结构建筑产生了工程变更问题，BIM可以对其进行科学有效的动态保护，并能够及时对出现变更的材料数目进行精准整理与计数，为部品物料的采买与生产加工提供了便利。

将BIM技术与RFID技术同时应用于构件出厂环节，能够为建筑构件的质量、信息传递的完整性提供有力保障。利用BIM模型与相关机器设备对建筑部品设置相应二维码图案，在输送构件环节与施工环节中扫描其二维码，可以得到有关该构件的一应数据信息，为工作人员查询部品信息提供了便利性。

3.BIM技术在装配式钢结构建筑中施工环节的具体应用

3.1基于BIM的4D应用

在建立三维模型时，将进度相关信息予以添加，能够将不同时期中节点下模型的形态充分、直观地反映出来，此为BIM中的4D模拟应用。该应用可以将众多施工方案模拟出来，从而选出最为科学合理的方案，且能够针对施工技术进行虚拟演练，便于提前控制与防范施工环节中可能会出现的问题与误差。装配式钢结构建筑是将生产商加工的大批量建筑构件在施工现场完成拼装操作，其间要想使部品能够顺利如期装配，防止各大流程之间出现碰撞，可选取4D模拟对建筑工程的施工进程实施虚拟建设，达到对其施工流程预先管控的目的。选择建造装配式钢结构建筑模型的4D模拟软件时，可采用Navisworks软件，其能够根据标准规定对Micro-softProject的进度与BIM模型予以自动关联，同时还能够通过其所携带的Timeliner板块与进度规划相关联，进而令模型中的每一个部品构件都有时间参数，并将三维模型与时间数据进行组合。

通过Revit软件中的输出板块将.rvt格式的装配式钢结构建筑模型转变为.nwc格式，并将该格式的模型在Navisworks软件中打开，通过Timeliner功能板块令其与进度规划相关联，再选取多个构件集合使其与进度计划对接，由此建造了4D模型，保证了进度计划的可视性。除此之外，由于BIM进度模型据具备可视化、多维化的特殊性质，因此进度计划工作人员能够直接对施工时间节点进行观察，从而使得进度计划更加合理、更加科学。

由上述可知，将BIM模型和进度计划相关联，在4D模型中对时间、空间信息进行有效整合，提高了可视性，并能够对施工进程与多个施工环节中有所关联的点进行明确的描绘，同时使建筑工程施工中的动态项目得以充分体现。不仅如此，通过对4D进度模拟模型进行观察，能够及时察觉建筑工程在施工环节中的重难点，并对施工进程出现差异的原因进行分析探究，从而优化完善施工组织，对施工设计方案进行合理调节。建筑工程的4D进度模拟可以直观感受施工进度在空间中的展现，与早期的横道图进度计划相比，该模型对进度计划予以可视化的模拟，使得装配式钢结构建筑中管理阶层人员能够更加直接具体地对每个构件的施工工序进行了解，并熟练掌控进度中的重要时间节点，对施工进度计划予以优化。除了能够在Navisworks软件中增加模型的规划期限，基于BIM的4D进度管理还能增加真实时间参数，通过该软件中Animator板块将计划数据与真实状况进行对比，并将对比情况渲染成不同颜色，在模型上充分展示出两者之间的差异，有助于管理人员对进度规划进行合理有效调整。

3.2利用BIM技术模拟施工方案

在装配式钢结构建筑中对重要节点处处进行施工模拟，主要是对建筑局部的施工流程进行仿实模拟，通常情况下都是在实际施工过程中有特定需求的位置。BIM模型能够将该施工节点的安装顺序通过动态方式展现出来，使该流程具备可视性。预先对重要施工环节的操作程序进行模拟，有助于优化完善施工设计方案。

装配式钢结构建筑在具体施工时，钢结构的施工方案至关重要，其与该建筑工程的综合质量、稳定程度与安全程度有着直接关系。对其施工方案进行BIM技术模拟，能够对钢构件的安装秩序是否合理科学进行审核，并分析机器设备的形式路线，通过对其动态模拟进行直接细致的观察，能够找出施工流程中重要节点，为钢结构得以顺利安全有序的拼装提供良好保障。

结语：

总而言之，目前的装配式钢结构建筑在设计环节、施工技术、生产加工等阶段依然有一些不足。然而BIM技术所具备的可视化、模拟化、协调化、统一化等诸多优点，很好地弥补了装配式钢结构建筑的不足，使建筑工程质量得到有效提升，同时也促进了装配式钢结构建筑的稳定发展。

参考文献：

[1]李奇.基于BIM技术的装配式结构设计方法[J].智能建筑与智慧城市,2020(5):105-106.

[2]丁晓欣,常晓颖,刘凯,等.BIM技术在装配式钢结构建筑中的应用[J].工程建设,2019,51(10):68-73.

[3]鲍仙君.基于BIM技术的绿色装配式建筑技术研究[J].山东农业工程学院学报,2020,37(4):22-24.