邢占清

（1.中鋼設備有限公司，北京 100080；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

建筑信息模型 (Building Information Modeling，BIM )于21 世紀被提取首字母“BIM”命名使用。Autodesk 公司于2009 年提出，BIM 技術主要目的是通過一個可以覆蓋整個建筑工程設計項目全生命周期的信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各個工程階段、不同建筑行業(yè)之間的信息數(shù)據(jù)庫和信息共享系統(tǒng)相互集成和信息資源共享。也可以說BIM 記錄工程建筑全生命周期的數(shù)據(jù)，是一個動態(tài)變化的過程，具有可視化、協(xié)同性、模擬性、優(yōu)化性的諸多特點。BIM 絕不是一個軟件，也不是一類軟件，從多方面考慮問題，某些意義上更像一個活的平臺，而充分發(fā)揮BIM 技術搭建信息共享平臺，真正利用好BIM 技術，涉及的軟件也許將多達幾十個。美國Dana K.Smith （美國Building SMART 主席）在“Building Information Modeling-A Strategic Implementation Guide for Architects，Engineers，Constructors and Real Estate Asset Managers”中提出：“依靠一個軟件解決所有問題的時代已經(jīng)一去不復返了”。

1 冶金行業(yè)鋼結構工程特點

2021 中國粗鋼產(chǎn)量10.33 億t，冶金行業(yè)相關企業(yè)超過2500 家。冶金工程工藝流程復雜，主要可劃分為：原料廠、燒結廠、球團廠、煉鐵煉鋼廠、軋鋼廠等產(chǎn)品線，決定了其建、構筑物形式復雜多樣的特點。以冶金行業(yè)內(nèi)體量相對較小的燒結工程為例，從混勻礦、燃料、熔劑接受開始至成品燒結礦出廠為止，包括配料、混合及制粒、鋪底與布料、點火、燒結與冷卻、抽風及除塵、燒結礦篩分、成品輸出。工程主要建筑構筑物就有，燃料破碎室、配料室、一次混合室、二次混合室、燒結室、環(huán)冷機、成品篩分整粒室、燒結煙氣循環(huán)、通廊轉運站等內(nèi)容，形式多樣，關系復雜，部分冶金行業(yè)建構筑如圖1 所示。

圖1 冶金行業(yè)建構筑物

鋼結構具有輕質(zhì)高強，大空間，安裝快速，循環(huán)使用、建筑污染少等諸多優(yōu)點，被越來越多的企業(yè)優(yōu)先使用，建筑主體材料除基礎、地溝、少數(shù)特殊結構外實現(xiàn)全鋼結構化，鋼結構工程在冶金行里的比重越來越大。

2 BIM 技術與鋼結構工程的結合手段

冶金行業(yè)巨大的鋼結構建設、使用產(chǎn)生了巨量數(shù)據(jù)信息。有效使用和管理這些數(shù)據(jù)，可以在設計、制造、安裝、運維階段，更好地實現(xiàn)對資源的節(jié)約以及對環(huán)境的保護，為工業(yè)建設和運維增添一抹綠色。另外一個方面，冶金行業(yè)結構形式多樣，規(guī)則性差，為針對如此體量單體或者構件、零件高效的管理，使用，追蹤，統(tǒng)計甚至后期的維護，可以通過BIM 技術的應用來對傳統(tǒng)的狀況轉型升級。

BIM 與鋼結構的結合可以基于在項目project 的模塊下建立鋼結構的模型，建模方法可以有多種，目前國內(nèi)比較主流有Revit、Bentley，Tekla，其中Revit和Bentley 以適用于工程建設各專業(yè)和各階段，功能更豐富，而Tekla 更具有專業(yè)性，在鋼結構模型創(chuàng)建、深化中更具有優(yōu)勢。

Revit 的特色在于除了可以繪制建筑物的模型以外，還賦予了對象額外的屬性數(shù)據(jù)、完整的生命周期管理。作為一項BIM 軟件，Revit 也提供了IFC（Industry Fundation Classes）共通格式檔案的匯入與導出功能，以利不同軟件之間的互通有無。

Bentley 運用MicroStation 本身良好的繪圖能力，加入工程設計、建設、運營等其他參數(shù)，讓CAD 圖轉變成具有屬性的構件，有效整合2D、3D 的設計數(shù)量計算數(shù)據(jù)與模型進行運用，再結合其他MicroStation的buliding 系列附加模塊擴充使用，讓其BIM 有更多擴展運用。

Tekla 專于建筑工程中的鋼結構設計，可以進行精細的結構細部設計與操作，例如詳細的鋼筋配置、檢查、分析等，并能產(chǎn)生所需的數(shù)量明細表，工程時間軸功能仿真各個不同工程階段的模型變化。還有其他一些國外和國內(nèi)及新開發(fā)的軟件，越來越多的軟件供使用者選擇工程的不同階段，不同參與者可以選擇更加匹配的軟件。

3 BIM 技術在鋼結構工程具體應用

3.1 應用BIM 技術建立鋼結構三維模型

BIM 模型軟件可以應用于鋼結構模型的建立，通過其豐富的數(shù)據(jù)庫、參數(shù)設置，匹配各種工程標準，通過不同的路徑及接口建立鋼結構模型。傳統(tǒng)的鋼結構工程中，工程人員建立二維模型后，需要通過數(shù)據(jù)分析、資料匹配甚至想象空間上的關系。在BIM 上鋼結構工程人員可以直觀三維，對構件所有的問題一目了然。本公司在國外某綜合鋼廠項目中采用Tekla 軟件建立的備品備件庫車間模型，如圖2 所示。

圖2 備品備件庫車間模型

通過該模型可以清晰地看到整體的造型，構件的相互關系，對設計的深化階段提供強有力的支撐，目前國內(nèi)外很多鋼結構公司都開始采用該軟件。綜合鋼廠項目中建立的皮帶機通廊鋼結構模型見圖3 所示。

3.2 實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同化

工程的多樣化以及各個專業(yè)的空間爭奪變得越來越激烈，工程優(yōu)化空間壓縮意味著工程量的壓縮，意味著工程造價的節(jié)省。鋼結構工程人員需要結合甲方及前期方案要求準備工藝資料，包括但不限于總圖、土建、通風、熱力、電氣、水道、儀表等內(nèi)容，繁雜而多變，工程期間反復交叉，造成參與者工作量的幾何級增加。當不同的專業(yè)及不同的人設置不同的內(nèi)容，甚至同一個使用者采用不同參數(shù)的構件甚至只需要一個單一的軟件或者一個單一的專業(yè)已經(jīng)不能體現(xiàn)整個情形。而BIM 基于所有數(shù)據(jù)集合的情況下可以隨時模擬出來相關情況和參數(shù)。例如，在某鋼柱子邊通過有熱力等專業(yè)管道，某些時候鋼結構參與者由于某些原因需要調(diào)整柱子截面時候，其可以直觀觀測到空間的情況，不用再和其他的管道專業(yè)進行數(shù)據(jù)的溝通。在土耳其某鋼廠鼓風機站項目中，公司數(shù)字項目負責人發(fā)現(xiàn)了某地方管道與鋼結構平臺碰撞，直接截圖發(fā)送地址給相關方，清晰直接地標明了問題地點，和相互關系。這一點及鋼結構細部深化，零構件加工制作及鋼材的合理利用方面提供了數(shù)據(jù)和參數(shù)支持。

3.3 應用BIM 技術模型分析、圖紙及計算數(shù)據(jù)同源輸出

鋼結構項目的計算分析是一個不斷重復及優(yōu)化的過程。BIM 技術具備更加準確的計算能力、更加龐大的信息處理能力及更加強大的模型展現(xiàn)力，保證了工程分析更加貼近客觀現(xiàn)實，更精準。需要輸出使用的內(nèi)容包括有施工圖圖紙、施工圖詳圖、施工材料量表、計算結果文本，甚至在不太的需要者需要不同類型的輸出內(nèi)容。工程技術人員可以根據(jù)BIM 模塊輸出相應的圖紙、圖表計算書。BIM 不僅提高了復雜建筑的二維圖紙的準確性，還可以把其應用于圖紙優(yōu)化及個性化圖紙定制，將圖紙的可模擬性和可優(yōu)化性的實際應用價值表現(xiàn)出來，避免傳統(tǒng)的計算與圖紙的分裂，更加一致。研究發(fā)現(xiàn)，利用BIM 技術，設計階段總工期減少了33%；由于圖紙錯誤導致的變更降低約85%；成本測算時間減少80%；圖紙深化設計時間縮短約60%；各專業(yè)協(xié)同工作、交流時間減少25%；施工整體質(zhì)量提升83%；建筑物資節(jié)約8%；人工成本減少10%；縮短施工工期8%[1]。

3.4 BIM 技術應用于制造、安裝方案模擬

鋼結構項目制造施工有非常準確及很多重要的安裝過程需要預拼裝。施工方案需反復推敲。工程中經(jīng)常出現(xiàn)例如安裝某部分結構后，相關部分沒有空間、無法安裝，安裝方向顛倒等情況。BIM 在模型建立后可以根據(jù)施工設定順序，模擬安裝過程，對關鍵施工節(jié)點進行模擬，能夠通過三維建筑模型反復推演實際情況模擬施工順序、施工方案，并根據(jù)模擬情況完善施工方案，通過專業(yè)施工的方式確保項目順利開展，并確保材料的分配、勞動力職責劃分更加清晰，從而高效、經(jīng)濟地開展工作。

3.5 工程進展、驗收的精準化

鋼結構項目執(zhí)行中，由于鋼材價格隨市場波動迅速，工程管理人員對工程進度和現(xiàn)場材料及后續(xù)工程速度非常關心，僅僅依靠文字描述、圖片對比，很難直觀地反應施工進度及人財物消耗情況，加上在實際中受惡劣天氣、方案修改、人機配合等情況的影響，工程的實際進展程度也會影響導致工程量的增減、進度調(diào)整沒有一個量化的能力。BIM 可以通過參數(shù)設置迅速實現(xiàn)剩余工程量的統(tǒng)計，根據(jù)預先設置的施工條件預估進度和工程配置，為管理層提供可靠的決策依據(jù)，優(yōu)化施工配置和施工進度，節(jié)省人力物力財力。比如鋼結構構件的制造、通過三維空間的碰撞檢查及根據(jù)檢查。在工程驗收時候，BIM 技術為工程材料信息的采集提供了全面有效的集成手段，利用該技術將工程材料的采購時間、出場廠家、入場時間等信息添加到三維模型中，并伴隨著施工進程不斷更新材料信息，將施工實際使用材料信息與采購材料信息一一對應，這樣一旦工程某處出現(xiàn)問題，查找問題原因時也有據(jù)可循；另一方面，可實時查詢構件的消耗情況，實現(xiàn)對物料的科學化管理，提高生產(chǎn)效率。

4 結語

冶金行業(yè)鋼結構工程形式多種多樣，有高跨鋼結構、大跨結構、型鋼平臺、橋架管廊、球形罐體、漏斗、圓倉、方倉等形式[2-5]。其體量大，小則幾千噸鋼材，多則幾萬噸；費用高，鋼材本身價格較高、且安裝難度大，危險系數(shù)高。涉及專業(yè)人員廣，構件數(shù)量廣，安全影響廣。然而通過采用BIM 技術優(yōu)化設計方案、細化設計深度、模擬施工過程、精準提供數(shù)據(jù)等模塊功能，可以有機的把工程的全生命周期展現(xiàn)出來，避免項目執(zhí)行中各個階段、各個人員之間零星分散產(chǎn)生的各種問題，從而節(jié)約時間、人力和財力。在工業(yè)4.0 時代，通過BIM 技術引用力爭把鋼結構工程變得精細化、數(shù)字化、智能化、為冶金工程的綠色低碳化添磚加瓦，鑒于BIM 技術應用軟件繁多，應用水平良莠不齊，應用規(guī)程也在不斷的規(guī)范[6-7]。要想真正把BIM 技術在未來的工程中應用好，發(fā)揮出大功效，各工程專業(yè)人員和國家工程管理還應不斷探索。