BIM技术简介及效率提升方案背景

       1、BIM简介

       20世纪70-80年代，随着电脑的普及，建筑业完成了由CAD电子图纸逐渐替代手绘图纸的革命里程。如今，在信息化高速发展的大数据时代，二维CAD图纸已很难表达日益复杂的新型建筑，为了更加直观、方便、高效的建设工程项目，BIM技术的应运而生。BIM，（Building information Modeling）建筑信息化模型，以三维建筑模型为基础，融入建筑工程项目的各项相关信息数据，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM技术被称为建筑业的第二次革命。

       2、钢结构效率提升方案背景

       钢结构作为一种绿色建筑产业、具有结构形式新颖、造型优美、轻便、便于安装等特点，是国家大力发展的建筑结构。随着钢结构在建筑工程中的广泛应用，结构形式也日趋复杂，如超高层结构、竖向收进、转换层结构、连接结构和悬挑结构等，很多结构甚至综合了多种复杂情况。

       但目前我国的钢结构建设工程阶段仍然存在诸多问题，成为制约钢结构发展的瓶颈。首先，由于传统的平面设计形式的沿用，使得国内大部分钢结构建筑的外观呆板，守旧，无法突破传统的“方圆”；也无法满足建筑周边环境及日照率等自然条件等诸多要求。

       其次钢结构的加工阶段也是制约钢结构发展的重要因素之一。由于钢结构在我国发展年限短，大部分钢结构加工工厂属于粗放式的加工模式，加之受到加工设备、加工技术的限制，会导致钢材加工精度低，浪费严重，成本造价高等问题。最后，钢结构的现场吊装焊接阶段也存在一些问题，比如框架结构在进行安装的时候，由于柱梁连接不及时，无法形成受力体系，导致结构变形；焊接精度不高，焊缝不符合探伤等级要求；钢构件在现场拼接过程中就位精度低，偏差位移大等问题。

       将BIM技术的整合优化、仿真模拟、BI数据分析等功能引入到钢结构工程建施工中，将钢结构设计、生产、安装三大阶段整合优化，设计指导施工现场场地布局、规避构件碰撞、融入焊接安装工艺、杜绝信息孤岛等。研究如何结合BIM技术与钢结构工程建设阶段核心技术，是本文讨论的重点。

BIM技术特点

BIM技术符合以下四个特点

      1.三维动态模型

 

图1 模型视图

        三维建筑信息模型是建筑行业第三次革命，通过模型直观的反映出建筑全貌，结构特点，建筑特点，将二维平面转化为三维空间，这在项目管理前期的项目策划阶段和施工阶段、以及后期运维阶段的作用都是非常大的（见图1）。通常，施工现场人员在拿到施工图之后，经过研读图纸中各种线条绘制所表达的内容，只能在大脑中将平面图纸进行拉伸还原3维的结构原貌。所以，利用BIM技术提供的可视化三维信息模型可高效解决在项目决策及施工组织设计阶段中容易忽视和判断错误的关节施工节点，也大大减低了技术交底时的时间成本。

        2．BI数据+多专业集成

       这个方面是BIM技术在建筑业中的重点内容，上至业主、下至各分包工程单位、包工队，中间涵盖了总承包、监理、各分包单位等多达十几家甚至几十家公司在为同一个项目进行服务，要达到整合、协调各分包单位的施工进度、施工条件、施工人员等信息以及最大限度的优化组织结构，节约成本，控制施工工期的目的，在如今越来越复杂、涉及专业越来越多的工程项目中，传统的项目管理模式已无法胜任。而BIM技术提供的多专业集成将各分包工程单位模型、进度、人员、资金、以及变更、质量安全等信息整合汇总，以各种BI数据图表的形式进行展示（见图2），使项目进展清晰透明，便于管理和协调；并且BIM建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，提供出来，杜绝各专业在集成时由于碰撞而造成的返工及资源浪费。

图2 BI数据分析

 

       3．动画仿真模拟

       动画仿真模拟是BIM技术一大特色功能，不仅可以模拟项目建筑的施工过程，它涵盖了项目施工管理从初步设计到后期启用和运维阶段全过程的的仿真模拟，在项目施工准备阶段进行4D动画模拟，也就是三维模型再加上项目的进度时间，根据施工组织设计模拟实际施工，制定更加合理的施工方案（见图3）。在4D模拟的基础之上加入成本、预算的信息，形成5D模型，对项目全生命周期进行成本控制；期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟。

图3 场地布置

 

       4．整合优化

       BIM技术做到将建筑项目中各专业设计，材料生产、加工、运输，施工，运维等阶段整合并进行不断地优化调整。可以发现，在信息化时代下由BIM进行的大数据优化比起传统人为管理和协调更加有效、快捷。

BIM技术在钢结构施工中的应用

       1、利用 4D 模型划分精确施工时间

       基于 BIM 平台，运用 Tekla Structure 软件软件建立 4D 进度模型，并利用BIM仿真软件进行安装前吊车、起重机等吊装设备详细位置及分工细节的模拟，以便解决吊装设备时间、用工量的冲突问题，避免不必要的成本浪费；以及对主结构、次结构以及围护结构进行安装顺序模拟，在施工初步方案设计阶段提供直观、全面的动画模拟方案（见图4），降低错误发生概率，缩短工期。

图4 流水段施工

        2、4D 虚拟建造的进度管理技术

       基于 BIM 的 4D 虚拟施工过程模拟。将施工进度时间与BIM信息化模型结合起来，形成4D模型，通过BIM模拟软件展示出来，进行进度计划与实际施工的实时对比，对比结果由图表以及模型颜色的变化情况反馈，使项目进展情况清晰、准确、及时的跟踪报道，以便提前制定相应的解决措施和进行方案的再优化（见图5）

 

图5 模拟优化流程示意图

       BIM技术的关键在于建筑信息模型，它又被称之为5D模型，其包含了完整的建筑信息数据。5D模型由一个或多个三维模型整合加上工程时间信息、预算成本信息、人员组织信息等汇总而成，它包含了这个建筑结构中所有的尺寸、材料、数量、重量以及场地布局、施工工艺等信息。因此通过BIM模型进行模拟及项目管理，可由计算机数据分析生成更优化的材料供应计划及资金供应计划，确保施工过程中计划合理，信息及时，避免因资金和材料不足等问题对施工进度产生影响。(见图6、图7)

 

图6 施工模拟流程示意图

图7 施工模拟

       3、利用 BIM 模型提高工程质量

       基于 BIM 实施质量管理的优势。在施工阶段的工程质量管理中，不同的参建主体对质量信息的不同关注各有侧重点，BIM 技术辅助下的质量管理为工程各参建方都能提供很多便利。取代利用全站仪、经纬仪等仪器进行二维平面图纸放样，将BIM模型导入到BIM放样机器人的移动终端中，进行放样原点设置，由放样机器人进行现场测绘、放样并指导安装（见图8）。比较传统的放样设备及放样方式，BIM放样机器人解决了放样人员不专业，误差大，空间点难以找到的问题，解放多余劳动力并缩短工期

 

图8 BIM放样机器人

       4、利用 BIM 技术实现信息实时共享提高合同管理效率

       BIM 模型不仅仅是项目信息的集成，对这些数字信息的应用更是重中之重，可以应用于规划、设计、施工的信息集成化方法。首先，BIM 模型包含着完整的项目信息，能够支持与服务项目从规划、设计、施工等各阶段的稳定进行，提高了效率和准确性；其次，BIM 技术能够解决钢结构在当前建筑业信息瓶颈的问题，实现在钢结构工程中项目信息资源全体参与者共享。BIM 模型以项目为中心，BIM 模型包含单一项目数据源，项目各参与方使用单一信息源，确保信息的准确性和一致性。实现项目各参与方间的信息交流和共享，从根本上解决项目各参与方因其他交流方式形成的“信息 断层”和应用系统之间“信息孤岛”问题（图9）；最后，在钢结构建筑的建设阶段，在信息模型中进行 信息共享，相同的信息 无需重复输入，能够合理的解决钢结构项目中一系列复杂数据间的一致性和共享问题。

 

图9 任务审批和现场反馈

       总之，将 BIM 技术应用到工程项目中，不仅可以有效地缩短施工周期，还可以加强对工程项目在建设过程中的整体掌控能力，最终实现提高项目的经济效益的目的。

 

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