賈表慶，汪興文，顧磊

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

通過集成BⅠM數(shù)據(jù)模型，可實現(xiàn)建筑設計、細部設計、生產(chǎn)要素、運輸要素和施工現(xiàn)場運行維護，相關工作人員可在不同的工作階段采用基于BⅠM的系統(tǒng)技術和工具，解決設計、生產(chǎn)、運輸及組裝等問題。

2 裝配式鋼結構建筑中的BIM應用

2.1 裝配式鋼結構建筑體系

裝配式鋼結構建筑體系涉及一種組合式鋼結構建筑，包括鋼結構主體系統(tǒng)、圍護系統(tǒng)、設備、管道系統(tǒng)和室內裝飾系統(tǒng)，以及可在施工現(xiàn)場組裝和安裝的預制件和組件。裝配式鋼結構建筑體系實現(xiàn)了鋼結構建筑的裝配產(chǎn)業(yè)化，減少了鋼柱、鋼梁、鋼支架等預制鋼結構建筑構件的現(xiàn)場支模、鋼筋綁扎、現(xiàn)場濕作業(yè)、現(xiàn)場裝修等工序，使用預制剪力墻構件、預制樓板和預制輕質混凝土工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，如復合輕質內墻、預制外墻板、預制設備管、整體廚房、公共衛(wèi)生、預制吊頂?shù)取?/p>

2.2 BIM技術特點

基于BⅠM三維數(shù)字技術的信息模型構建技術集成了工程設計、機械制造、施工、運行和維護的數(shù)據(jù)和屬性信息，具有數(shù)據(jù)性、可視性、模擬性和協(xié)調性等特點。BⅠM技術是一種貫穿建筑物建設全過程的三維數(shù)字技術，是建筑工程企業(yè)施工生命周期中的數(shù)據(jù)集成表現(xiàn)。BⅠM技術可以實現(xiàn)工程運行過程中的數(shù)據(jù)創(chuàng)建、共享、應用及管理?？梢暬疊ⅠM技術可以憑借圖形技術優(yōu)勢，直觀、清晰地顯示三維模型圖案，從而了解項目各個部分和階段的情況。不僅如此，BⅠM技術還具有強大的虛擬仿真功能，可對施工過程做出模擬，以便盡快發(fā)現(xiàn)問題和差距[1]。

BⅠM技術可對建筑物的工程及物理信息做出集成處理，在項目運行開展階段，對基于三維模型的PEM數(shù)據(jù)、施工方案設計和質量控制進行模擬處理，可以提前發(fā)現(xiàn)和解決各個環(huán)節(jié)的難點和重點問題，有效提高項目的實施效率。在施工過程中，可利用BⅠM技術對項目各階段各參與方的工作成果、數(shù)據(jù)和文件進行集成，實現(xiàn)各方之間的信息資源共享。

2.3 裝配式鋼結構建筑BIM應用

BⅠM技術可實現(xiàn)鋼結構整體裝配系統(tǒng)的數(shù)字化設計、可視化設計和三維驗證，實現(xiàn)了裝配結構的仿真與數(shù)字化管理，實現(xiàn)了智能制造和加工，實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)集成是提高鋼結構裝配質量和效率的重要途徑[2]。

3 裝配式鋼結構建筑中的主要BIM應用方法

在鋼結構裝配設計中，邊界元的應用可以增加設計中的綜合協(xié)調環(huán)節(jié)，實現(xiàn)設計沖突和信息沖突的檢測，形成建筑數(shù)據(jù)傳輸和分析的仿真、繪圖、協(xié)作等。BⅠM的光學特性和三維模型的信息傳輸可以有效減少建筑物中的誤差、遺漏、碰撞和缺陷。BⅠM仿真可用于建筑設計中的性能分析，基于BⅠM的映射模型可以提高映射效率?；贐ⅠM的協(xié)同工作模型能夠及時發(fā)現(xiàn)學科間的問題，實現(xiàn)協(xié)同工作[3]。

在鋼結構構件及預制構件的制造過程中，基于BⅠM模型采集的鋼結構構件和預制構件的信息完全傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)或制造系統(tǒng)。BⅠM技術可實現(xiàn)鋼結構構件和預制件的數(shù)字化生產(chǎn)，提高了零件加工的精度和效率。減少產(chǎn)品生產(chǎn)中人為因素造成的誤差，減少物料浪費，提高生產(chǎn)管理水平。利用預制構件的BⅠM信息，結合GⅠS技術及二維碼技術，可以實現(xiàn)構件運輸管理的可視化，使鋼結構建設項目全生命周期的編制更加準確、及時、有效，使項目參與者可以快速查詢和分析任何組件的信息[4]。

4 基于BIM的智能建造技術應用

4.1 基于BIM與增強現(xiàn)實技術的協(xié)同設計

目前，BⅠM技術已應用于項目建設時期，為了保證鋼結構體系的施工質量，從設計階段就應注意鋼結構施工的細節(jié)，充分發(fā)揮BⅠM技術的協(xié)同作用，將其與增強現(xiàn)實技術相結合，構建有關于BⅠM技術的多學科協(xié)同設計平臺。將BⅠM技術與增強現(xiàn)實技術相結合，首先使用Revit建立模型，然后使用輕量級BⅠM建立模型，導入AR軟件，通過實際桌面上的移動設備預測BⅠM模型，通過移動設備瀏覽模型，然后將二次開發(fā)軟件連接到BⅠM模型中。通過云技術處理，多個終端可以同時顯示和編輯。空間反饋BⅠM模型可以幫助專業(yè)設計師設計一個完整的BOM模型，可更好地討論復雜節(jié)點及細節(jié)，更好地利用手機等終端、移動終端顯示、修改和更新模型，方便與相關設計工作人員隨時溝通[5]。

4.2 全階段有效數(shù)據(jù)庫的搭建

為了實現(xiàn)鋼結構全生命周期的智能化施工，在每個階段的運輸和使用之前，應考慮平臺結構設計、施工、運營和維護階段的具體運行。從設計階段到建立有效的數(shù)據(jù)庫，下一階段所需的信息和數(shù)據(jù)應在設計和施工階段同時完成，并進行數(shù)據(jù)傳輸和積累，特別是在施工階段，設計并搭建方便訪問和應用的數(shù)據(jù)平臺，用于運營和維護[6]。

4.3 鋼結構預拼裝及施工信息化管理

針對大型鋼結構工程施工的重點和難點問題，將BⅠM技術應用于鋼結構預裝配中，可深化鋼結構，改善飾面，改善接頭連接，減少鋼結構之間的空間問題。利用BⅠM軟件對鋼結構進行預裝配，可以清晰地看到鋼結構復雜節(jié)點的連接和安全問題，有助于選擇施工方案，節(jié)約返工成本，制作模擬裝配動畫，可供后續(xù)教學參考?；贐ⅠM技術和各種新技術，開發(fā)并應用了集成鋼結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的鋼結構施工過程智能安全監(jiān)測系統(tǒng)。通過網(wǎng)絡傳輸技術，可以在三維模型上顯示進度、質量、安全等視頻數(shù)據(jù)。相關管理工作者可以點擊相應的攝像機，在系統(tǒng)的3D場景中顯示3D監(jiān)控視頻內容。在系統(tǒng)視頻接口的支持下，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的遠程安全管理，管理BⅠM模型中的視頻及其組件，實現(xiàn)三維環(huán)境下基于PEM技術的鋼結構預裝配施工管理，有利于優(yōu)化鋼結構方案，實現(xiàn)標準化、產(chǎn)業(yè)化[7]。

5 運用BIM模型實現(xiàn)大型鋼結構建筑的全過程建設應用

全過程工程數(shù)字建造技術以信息技術為基礎，進行綜合管理和控制，實現(xiàn)了以設計模型為核心的裝配、制造、虛擬仿真和組織生命周期管理，借助BⅠM平臺可實現(xiàn)協(xié)同設計。在全過程工程中，建筑工程設計單位是主體，其他部門參與整個項目的完成。數(shù)字建造的出現(xiàn)是信息管理工具和運行機制的一次創(chuàng)新，數(shù)字建造需要更多的信息集成，管理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)是數(shù)字建造的必然趨勢。通過建立信息管理流程，實現(xiàn)信息集成的目的，將數(shù)字化施工的所有信息集成到一個系統(tǒng)中，將數(shù)字化施工的所有關鍵信息集成到設計階段的管理中，實現(xiàn)信息的統(tǒng)一管理，且集成設計的基本特征是學科間的信息集成與協(xié)作。因此，需要一個相對系統(tǒng)的平臺收集和整合設計過程中涉及的各種信息，并提供一個接口，以實現(xiàn)及時、準確的信息共享。在數(shù)字建造模式下，設計內容也發(fā)生了變化，在傳統(tǒng)組織設計模式的基礎上，增加了設計流程，改變了設計信息流。在隨機模式中，設計師和計算機之間的交互更像是程序員編寫代碼和調試的過程。如果在這種組織模式的設計中仍然沿用傳統(tǒng)的評價體系，將無法調動員工的積極性，導致生產(chǎn)效率和創(chuàng)新能力低下。應用數(shù)字建造技術的最大優(yōu)勢是定期審查系統(tǒng)和實現(xiàn)目標，并及時調整建筑工程目標，制定具有可行性的戰(zhàn)略。

6 大型鋼結構建筑的裝配式模式實例分析

由于建筑構件形狀復雜，截面厚度不一致。因此，在工程設計過程中，模型須具元素維度，并且信息處理須嵌入到模型中，在三維空間制造和安裝中準確定位每個節(jié)點。為實現(xiàn)現(xiàn)場裝配精確定位，采用工程仿真方法對施工過程進行確認，驗證設計方案的合理性。

在建筑工程設計過程中，利用Reno軟件實現(xiàn)三維虛擬設計，利用BⅠM技術模型為工程設計的科學性與完整性提供保障，對二維圖形設計組織模式進行優(yōu)化。將數(shù)字建造技術用于模擬各部件的施工過程，將各部件的特性集成到虛擬VR空間中，并在空間模擬和定位后對各部件進行加工和安裝，三維模型主要用于輔助二維繪圖。一方面，建立技術數(shù)據(jù)包，有利于信息資源有效共享。在協(xié)同設計過程中，通過反復協(xié)商，解決工程建設中存在的問題。在技術設計過程中，建筑設計及施工工藝相對復雜，應加強不同設計學科之間的溝通與協(xié)調，推動整個設計項目和施工過程順利進行。在工程設計階段，不僅要考慮構件的幾何尺寸，還要考慮施工工藝和現(xiàn)場的組裝順序。由于施工過程的復雜性，在設計階段考慮施工模擬，在施工過程中進行沖突檢測，提高設計方案的整體質量。

項目設計案例內容分析過程分為四個部分：數(shù)字化組件設計、數(shù)字化結構設計技術、數(shù)字化組件裝配設計和數(shù)字化仿真設計。組織設計模式應與其他學科相結合，以建筑設計為中心。在數(shù)字化施工模式下，設計組織模式發(fā)生了質的變化。在項目建設過程中以及項目建設結束后，信息協(xié)調存在許多問題。但總的來說，BⅠM模式可以有效地解決建筑行業(yè)在設計和施工過程中存在的問題。因此，數(shù)字建造技術的應用以及數(shù)字化企業(yè)的建設，既是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是未來發(fā)展的必由之路。

7 結語

在大型鋼結構施工中，利用BⅠM的可視化和信息化建立BⅠM協(xié)同管理平臺，可有效減少跨學科交流的障礙?；贐ⅠM的智能建筑技術與數(shù)字物聯(lián)網(wǎng)等新技術的結合，將大大提高大型鋼結構建筑的信息化水平，不僅實現(xiàn)了智能化信息管理，還優(yōu)化組織管理模式，提高管理效率，且采用智能建造技術能夠降低建筑施工環(huán)節(jié)中對人工的依賴。通過BⅠM技術在工程設計、施工、運營和維護各個階段的應用，將全面提高管理的智能化程度，充分發(fā)揮BⅠM技術的優(yōu)勢，推動建筑行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。