彭軼群

摘要：本文以某車站站房的鋼結(jié)構(gòu)工程為實例，應(yīng)用 BIM（建筑信息模型）技術(shù)對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)項目進行可視化模擬，提高了鋼結(jié)構(gòu)項目信息傳遞準(zhǔn)確性，解決鋼結(jié)構(gòu)工程在深化設(shè)計中遇到的問題。在 BIM 信息模型中完成復(fù)雜節(jié)點及構(gòu)件模擬，碰撞校核，掃除項目施工障礙，可顯著提高工作效率，節(jié)約工程施工成本。體現(xiàn)出 BIM 技術(shù)在復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)項目中應(yīng)用的強大優(yōu)勢。

Abstract： This paper takes the steel structure engineering of a station building as an example， applies BIM （Building Information Model） technology to visually simulate the complex steel structure project， which improves the information transmission accuracy of steel structure project， and solves the problems encountered in the deepening design of steel structure engineering. To complete complex node and component simulation， collision check， and removal of project construction obstacles in the BIM information model can significantly improve work efficiency and save construction cost， which demonstrates the powerful advantages of BIM technology in complex steel construction projects.

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);建筑信息模型;深化設(shè)計;應(yīng)用

Key word： steel structure;building information model;deepening design;application

中圖分類號：TU17;TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0192-04

0? 引言

鋼結(jié)構(gòu)項目通常具有形式多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程規(guī)模大、設(shè)計難度大的特點，因此其所包含的信息量是巨大的。同時，參與管理的單位較多且工作搭接密切、頻繁，對傳遞信息的準(zhǔn)確性提出了更高的要求，因此企業(yè)對于鋼結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計、構(gòu)件的加工制作以及成品的現(xiàn)場安裝等管理難度也相應(yīng)增大。BIM（Building Information Modeling）的全稱是建筑信息模型。這種全新的生產(chǎn)方式，已經(jīng)通過大量成功的案例證明其具有巨大的價值優(yōu)勢。[1]發(fā)達(dá)國家的建筑業(yè)因為這種全新的生產(chǎn)方式的引入產(chǎn)生了重大的革新。BIM最大程度整合建筑項目信息的數(shù)據(jù)庫，為工程管理、設(shè)計、施工各方打破了信息交圈的壁壘，提高了項目信息傳遞的準(zhǔn)確性和時效性，提高了工程管理的精確性，極大的避免由信息交圈壁壘產(chǎn)生的無效成本。BIM的優(yōu)勢在于構(gòu)建復(fù)雜的三維模型，并以此指導(dǎo)構(gòu)件的加工生產(chǎn)及安裝。這種優(yōu)勢可以為建筑行業(yè)帶來極大的可能性。[1]目前鋼結(jié)構(gòu)項目中最常見的三類問題——復(fù)雜的深化設(shè)計、信息溝通交圈不充分和混亂的現(xiàn)場管理，已經(jīng)能通過不停迭代優(yōu)化的BIM技術(shù)有效的解決。因此，全面推廣BIM技術(shù)的應(yīng)用將是推動建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成，而BIM技術(shù)也必將是推動建筑行業(yè)進一步發(fā)展的助推器。

1? 行業(yè)現(xiàn)狀

深化設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)公司生產(chǎn)施工的重要步驟之一，作為生產(chǎn)的前期準(zhǔn)備工作，深化設(shè)計一定要為接下來的實際生產(chǎn)施工打下堅實的基礎(chǔ)。深化設(shè)計必須在滿足國家規(guī)范的基礎(chǔ)上對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點進行二次設(shè)計。前期對構(gòu)件的分段是否合理不僅關(guān)系到原料的采購成本，而且影響運輸成本，甚至現(xiàn)場安裝的成本。因此深化設(shè)計是影響工程完成質(zhì)量的第一關(guān)鍵點。

目前，許多構(gòu)件加工企業(yè)仍然使用低效、原始的AutoCAD放樣方法，深化設(shè)計成果的精確性難以保證;而復(fù)雜的連接節(jié)點和施工工藝，也給施工單位的現(xiàn)場施工帶來很多問題。對于比較復(fù)雜的空間曲線和曲面，使用 AutoCAD難以完成任務(wù)。由于鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜的連接節(jié)點以及種類繁多的零件，深化設(shè)計的精確性完全依賴于設(shè)計師的個人能力，其準(zhǔn)確性難以保證。并且在深化設(shè)計中遇到輸入條件的變化，設(shè)計人員需要耗費大量的精力去確認(rèn)修改部位，這種工作方式效率較低。因此，為了提高鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的工作效率，亟需應(yīng)用先進的BIM技術(shù)。

2? BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中的應(yīng)用

本文以某火車站站房改擴建工程為例，說明BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中的應(yīng)用。該項目使用的深化設(shè)計軟件為BIM系統(tǒng)中專門針對鋼結(jié)構(gòu)深化的Tekla Structures軟件。根據(jù)設(shè)計院的設(shè)計藍(lán)圖結(jié)合國家規(guī)范對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點進行二次深化設(shè)計，并完成從設(shè)計藍(lán)圖轉(zhuǎn)換為零件圖、構(gòu)件圖和布置圖的轉(zhuǎn)變，滿足指導(dǎo)工廠流水作業(yè)和現(xiàn)場安裝的要求。

2.1 前期準(zhǔn)備工作

①項目負(fù)責(zé)人需仔細(xì)審圖，檢查藍(lán)圖中提供的節(jié)點是否齊全、合理，對于沒有給出的節(jié)點或者認(rèn)為不合理節(jié)點會提出合理方案與設(shè)計溝通確定。②確定工作模式。由于該工程工程量較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以確定使用多用戶方式建模，即將整個工程分區(qū)、分層交由不同的技術(shù)人員分別建模。③將工程中所有構(gòu)件的規(guī)格和材質(zhì)整理，并由專人輸入相關(guān)信息并保存到Tekla Structures模型中。經(jīng)專人檢查確認(rèn)信息準(zhǔn)確無誤后，保存模型。建模人員在建模過程中只需調(diào)用讀取相關(guān)信息，無須手動輸入，這樣從根本上避免出現(xiàn)與構(gòu)件相關(guān)的信息錯誤。

④確定編號規(guī)則，如表1所示。

⑤軸線、視圖命名規(guī)則。在多用戶模式下需要統(tǒng)一軸線、視圖命名規(guī)則，方便繪圖人員準(zhǔn)確、快速調(diào)用。

2.2 模型建立

采用多用戶模式工作的優(yōu)點是將整個工程化零為整，每個人負(fù)責(zé)自己相對獨立的區(qū)域互不干擾，最后完成整個模型。工作模式類似流水施工，其中一塊區(qū)域完成后，繪圖人員可以快速加入到另一塊區(qū)域的繪圖工作中。此模式可節(jié)約大量的建模、審核時間。

2.3 碰撞檢查

碰撞檢查即檢查零件、構(gòu)件之間是否存在物理或者邏輯上的碰撞。物理碰撞即物體實際發(fā)生碰撞。邏輯碰撞即零件或者構(gòu)件之間的空間關(guān)系是否滿足要求，例如檢查螺栓排布問題，邏輯碰撞就是檢查第一排螺栓與板邊之間的距離以及螺栓之間的距離是否滿足規(guī)范要求。利用BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計過程中可以快速的進行碰撞校核，檢查模型是否發(fā)生碰撞，以便快速溝通修改，如圖2所示。

專業(yè)內(nèi)部發(fā)生的碰撞比較容易發(fā)現(xiàn)，整改也相對及時，但是專業(yè)之間的碰撞發(fā)現(xiàn)較難，發(fā)現(xiàn)時往往已經(jīng)很難整改，尤其是鋼結(jié)構(gòu)和土建結(jié)構(gòu)之間的碰撞，任何一方整改都會造成較大損失，所以檢查專業(yè)之間的碰撞是重要的步驟之一。雖然在設(shè)計階段會進行專業(yè)間的碰撞校核，但是在項目實施過程中出現(xiàn)的洽商變更同樣會導(dǎo)致出現(xiàn)碰撞。此時需要將最新的模型進行整合，重新做碰撞校核。對出現(xiàn)碰撞的部位及時上報并根據(jù)要求進行修改，避免出現(xiàn)因為碰撞導(dǎo)致的修改、返工。

在本項目實際操作過程中遇到了以下碰撞問題，總結(jié)如下：

①夾層鋼梁與牛腿節(jié)點相碰。

在圖號ST-104處存在夾層梁梁節(jié)點碰撞，經(jīng)實際放樣：1/5-5軸線與C-D軸線之間，在5軸往1/5軸1500mm處的鋼梁GCL5，靠近D軸處，GCL與D軸上的GZ1牛腿節(jié)點相碰，如圖3所示。建議修改方案是將牛腿減短50mm或鋼梁GCL5往5軸移動50mm。

②混凝土梁高與同層埋件板沖突。

在圖號ST-109處存在與夾層梁連接的埋件超過混凝土梁高度的情況，GCL與混凝土連接時，所連接的混凝土梁高為1000mm，埋板高度為1050mm，需要根據(jù)混凝土梁保護層厚度調(diào)整此處節(jié)點。此處的處理方法是改變埋板的高度或調(diào)整埋板節(jié)點。

③電梯井與夾層鋼梁碰撞。

在標(biāo)高12.880米處電梯與樓層梁GCL5碰撞，如圖4所示。處理結(jié)果：取消此處碰撞的樓層梁。

④夾層鋼梁與混凝土梁碰撞。

在標(biāo)高12.5m處夾層結(jié)構(gòu)布置圖（一）中，9軸上的夾層鋼梁和吊點與此處混凝土梁碰撞，如圖5所示。處理方法是取消此處碰撞的梁和吊點，增加埋件及收邊角鋼，滿足樓層鋪板。

技術(shù)人員利用BIM技術(shù)發(fā)現(xiàn)碰撞問題，并及時與總包和設(shè)計單位進行溝通并一一修改，將問題解決在萌芽之中，避免因修改構(gòu)件而造成損失。

2.4 模型審核

三維模型可以讓人更清晰、更直觀的認(rèn)識整個模型，可以隨意縮放以及采用任意視角來檢查任意節(jié)點的處理方式是否正確。由于模型本身以及每天的修改量都非常大，容易出現(xiàn)模型損壞或者丟失的情況，所以項目負(fù)責(zé)人必須從模型建立之初，就開始模型審核，定時定期校核數(shù)據(jù)庫。具體做法為：每天下班后，負(fù)責(zé)人將模型從服務(wù)器上拷貝一份，將模型進行一次校核，再把校核后的模型拷貝回服務(wù)器，這樣便修正了模型中的邏輯錯誤。第二天繼續(xù)檢查模型中是否有建模錯誤。不僅如此，負(fù)責(zé)人每隔一天將校核過的模型拷貝并保存，防止硬件錯誤造成的數(shù)據(jù)丟失。如此一來，當(dāng)模型全部建立完成時，第2-3天全部模型便可以全部審核完畢，達(dá)到出圖要求，極大程度上縮短了建模、審核時間。

2.5 出圖

模型建立、審核完成后，進入到出圖程序，一般需要生成安裝布置圖、零件和構(gòu)件加工圖，最重要的是可以生成各種報表供不同部門調(diào)用相關(guān)信息。

2.5.1 對模型進行編號。模型完成后，需要對模型中零件構(gòu)件運行編號。編號不只用來將零件構(gòu)件命名，還可以用來檢查模型中是否存在漏焊，幫助檢查模型。構(gòu)件編號應(yīng)按以下幾個步驟執(zhí)行：①清除構(gòu)件編號;②矯正模型;③矯正數(shù)據(jù)庫;④校核并修正編號。

2.5.2 圖紙制動更新。在項目運行過程中，隨著設(shè)計圖紙的逐漸完善、電氣設(shè)備廠家的逐步確定，經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)計變更，設(shè)計變更就意味著深化模型以及圖紙同時需要修改。Tekla Structures軟件作為老牌的鋼結(jié)構(gòu)BIM軟件，其搭載的基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)可以便利的修改模型及圖紙。模型中將所有元素都定義為智能目標(biāo)（包括梁、板、柱、螺栓等）。假如梁的屬性進行修改，則其相鄰的節(jié)點也會相應(yīng)自動調(diào)整，此外，相對應(yīng)的總體布置圖和零件安裝圖都能自動調(diào)整。這樣一方面可以減少由于人工修改漏項而造成錯誤等通病，提高圖紙質(zhì)量;另一方面自動出圖可以極大的提高出圖的效率，從而為工程的順利施工提供強有力的支持。

2.5.3 生成零件清單、構(gòu)件清單、螺栓表：完整的模型可以提供準(zhǔn)確的材料清單，方便物資部門的詢價、招標(biāo)、采購。完整的模型同樣可以提供準(zhǔn)確的構(gòu)件清單，方便工廠合理分配加工任務(wù);提供準(zhǔn)確的螺栓清單，方便項目部的采購及安裝;提供準(zhǔn)確的構(gòu)件表面積報表，根據(jù)報表可以估算出油漆、防火涂料使用量，供物資部或成本部進行采購材料或簽訂分包合同;提供準(zhǔn)確的構(gòu)件凈重表，方便后期決算人員的結(jié)算。軟件生成的各類報表服務(wù)于整個工程，是工程預(yù)決算的重要依據(jù)，減少了工程管理的難度。

2.5.4 生成零件圖。零件圖的基本要求是：圖紙表達(dá)清晰明了，尺寸標(biāo)注準(zhǔn)確細(xì)致;避免出現(xiàn)表達(dá)冗余、羅嗦的情況。

2.5.5 生成構(gòu)件圖。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)在圖紙中補充3D視圖，以清晰反映各零件的空間關(guān)系，使人能夠一目了然，避免裝配人員因讀圖錯誤導(dǎo)致的安裝錯誤。在出圖時要做到圖面布局合適、尺寸標(biāo)注合理。出圖后對工廠和項目人員進行交底，明確圖紙表達(dá)含義，對他們認(rèn)為不清楚的地方進行解釋或者修改。

2.5.6 生成安裝布置圖。安裝布置圖應(yīng)包含構(gòu)件信息以及構(gòu)件之間的空間定位關(guān)系信息，以供現(xiàn)場安裝人員準(zhǔn)確定位安裝。此外對于復(fù)雜工程，尚應(yīng)輸出各層平面及立面的布置圖。

2.5.7 審核圖紙。在Tekla Structures軟件中，模型和圖紙是一一對應(yīng)的，前期模型審核完畢便保證了圖紙中零件的正確，后期只需審核圖紙中標(biāo)注是否詳細(xì)、圖面布局是否合理。

3? 結(jié)語

利用Tekla Structures軟件對鋼結(jié)構(gòu)工程進行建模，通過三維模型可以便利的輸出工程所需的各類數(shù)據(jù)及報表，有利于簡化空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，減少深化設(shè)計中的難點并且為后期的工程施工提供了巨大的幫助。項目管理人員在基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計的過程中，可以提前預(yù)測施工過程中可能發(fā)生的問題，加強對項目的管理，保證工程建設(shè)的質(zhì)量，節(jié)約工程的成本。信息化的模型極大的減少了過程中資料的缺失和遺漏，有利于項目資料一體化管理。

綜上所述，通過采用BIM技術(shù)，可以有效的降低鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計誤差概率，而自動化出圖可以極大的提高出圖效率，為工程的順利施工提供有力支撐。BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程中的深化設(shè)計應(yīng)用具有推廣價值。

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