BIM 技術在鋼結構裝配式建筑中的運用
作者：賈洪利 （山東高速萊鋼綠建發展有限公司， 山東 青島 266000）時間：2022-05-05
摘? 要 ：近幾年，建筑行業得到了全面發展和進步，所以建筑工程實施過程中需要進一步強調綠色環保發展模式，因此， 鋼結構裝配式建筑得到了廣泛的關注和重視。由于該建筑模式不僅經濟成本投入相對較少，并且建筑工程施工時間相對較 短，所以在建筑項目施工過程中不會產生嚴重的污染問題，為此，只有在鋼結構裝配式建筑施工環節上科學、合理使用 BIM 技術（Building Information Modeling，建筑信息模型技術），才能進一步提高建筑施工質量水平，推動建筑各項工作順 利開展。本文首先詳細分析 BIM 技術特點，并且結合 BIM 技術優勢以及建筑案例，進一步總結出 BIM 技術應用策略。
來源：智能建筑與工程機械
關鍵詞 ：BIM 技術 ；協調性 ；管理水平 中圖分類號 ：TU391 文獻標識碼 ：A
文章編號 ：2096-6903(2022)01-0004-03
由于我國城市化基礎建設不斷發展，進一步推動了 建筑行業的全面發展， 近幾年建筑企業發展遇到了一些 問題，只有在項目施工過程中不斷提高建筑質量，才能 從根本上展現 BIM 技術應用優勢。
1 BIM 技術特點
1.1 協調性
鋼結構裝配式建筑項目實施環節上涉及到不同種類 的建設項目和模式，為此 BIM 技術在實施過程中，需要 整合建筑工程施工環節上的許多工作業務、項目資料以 及工程報告等，針對項目施工流程所產生的問題和不足 進行相互協調處理，避免項目在后期建設過程中的安全 風險。特別是在實際施工過程中產生問題和不足，則需 要利用 BIM 技術針對三維參數模型等問題進行合理的技 術處理，最終有效解決建筑工程實施難題。
1.2 可視化
在信息模型構建方面上需要充分利用該技術可視化 特點，進而為工作人員在日常項目管理內容提供正確的 技術支持，并且該技術實施環節上能夠保證項目實施模 式更加直觀且清晰，減少問題產生概率，提高建筑工程 強化精準程度。而基于 BIM 技術可視化特點， 實際人員 無需單純依靠想象進行構圖操作就可以不斷提升建筑施 工作業的質量水平和基礎效果，進而針對方案設計圖紙 中可能產生的遺漏的故障問題進行全面完善和改革，從 根本上確保建筑工程施工質量層次和效果 [1]。
1.3 優化性
BIM 技術想要有效開展，則需要在數據模型構建環 節上建立幾何信息和物理參數，針對此種技術應用現狀和特點，需要將建筑工程項目施工方案設計、項目施工、 生產加工以及設備安裝等多個環節所存在的問題和難點 進行全面考核，以此作為基礎條件全面優化建筑工程設 計方案、實施方案以及質量管理等相關問題，進而不斷 強化施工作業的質量水平。
2 BIM 技術優點
針對建筑項目鋼結構裝配式建筑實施過程中，需要 利用項目信息數據構建信息模型，所以應用該技術時需 要根據建筑工程實際情況獲得具體的施工現場圖紙。而 BIM 技術在應用時還應該與信息和數據路等基礎功能相 互結合，進而實現建筑工程施工現場的可視化基礎效果， 進而模擬出建筑工程周邊實際情況之后，保證后續項目 施工環節能夠順利開展。 BIM 技術實施過程中能夠合理利用裝配式建筑模 式，實現數字化和信息化的建筑系統，有效將建筑項目 鋼結構所產生的施工信息和結構參數進行全方位的收集、 分析以及歸納，結合建筑工程實際施工情況進行技術引 導， 讓其深入了解工程項目基礎參數之后，協調作業的 積極性。
2.1 提高管理效果
由于現代化建筑工程基礎管理結構體系向成熟且完 善化方向發展，鋼結構裝配式建筑無論是建筑規模還是 施工進度都得到了全面成長和進步。 相比傳統建筑項目施工現狀來說，全新鋼結構裝配 式建筑施工之前，應該針對項目工程基礎結構進行區域 劃分，所以實際項目施工過程中，施工技術人員需要針 對建筑結構進行直接拼接，而實現節省施工時間的最終 目標。由于實際施工過程中會涉及到許多零部件，所以 為了進一步保證零部件的適用性，BIM 技術的實際應用 中還可以通過運用互聯網平臺詳細收集市場數據信息， 比如 ：材料價格、建筑時間以及支出成本等，最終實現提升建筑工程項目的管理工作水平 最終目標 [2]。
2.2 合理控制支出成本
選擇適合的企業時，如果僅僅依靠傳統管理模式， 其可選擇的范圍相對較小，所以在建筑市場結構進行調 整時，需要根據建筑項目建設需求以及基礎條件上，其 招投標工作和施工企業的選擇和應用范圍不斷擴大，導 致建筑企業在經營過程中的競爭范圍不斷拓展，致使地 區性的競爭會轉變為為良性競爭，進而對企業經濟收益 以及社會效益都會產生明顯的影響。而 BIM 技術在應用 過程中，需要保證信息數據收集全面性的同時，還需要 針對其三維模型進行全面構建，進一步強化建筑工程項 目施工效果。
2.3 強化鋼結構施工質量
而 BIM 技術在實際應用環節上，可以進一步加強施 工現場信息收集的精準性和可行性，同時針對系統內部 結構中的過濾系統進行詳細分析，進而針對數據信息進 行精準的過濾，可以針對信息數據可能產生的隱形價值 深入探索，從根本上強化方案設計實施水平，繼而為后 續施工作業提供基礎環境和平臺。作為建筑施工企業的 核心環節，必須重視 BIM 技術應用水平，并且選擇合理 的措施，全面強化和提升裝配式鋼材料建筑整體施工質 量水平。
3 建筑案例
3.1 概況
某辦公樓工程普遍使用鋼結構裝配式施工模式，所 以建筑主體普遍使用鋼結構體，圍護體系采用輕質復合 內外隔墻板，在工廠預制加工好之后運至施工現場吊裝。 樓面采用鋼筋桁架樓承板，現場吊裝鋪設后澆筑混凝土。 本工程即采用鋼結構主體，預制復合板墻圍護體系的公 用建筑。為滿足辦公場所開間及進深的要求，鋼結構建 筑體系可方便的營造大跨度房間。內外墻采用輕質符合 墻板，吊裝施工，在墻板之間的拼縫處采用抗裂網，同 時所有墻面滿粘海基布，起到抗裂和裝飾的作用，完全 取消抹灰作業，減少了資源浪費，加快了施工進度。針 對此種施工現狀，利用 BIM 技術能夠合理規劃鋼結構支 撐體系，可減少大量的資源浪費，減少切割廢料和施工 現場的工作量 [3]。
3.2 項目建設結構體系
本建筑項目主要為裝配式鋼材質結構建筑模式，其 中內部結構建設形式為鋼材框架以及自我復位的能量消 耗支撐結構體系，所以該結構體系的整體剛度相對較大， 其抗側能力相對較高，其中不同層間的位移程度相對較 小，并且主要振動形態主要以平移移動為主，有效減少 了多級別地震條件下建筑結構扭轉效應。 其中建筑施工過程中，其標準樓層建筑面積基礎占 比為 91%，相比較傳統的建立墻體增加了有效面積為 5%。其中立柱一般需要使用鋼材質混凝土立柱，進一步結合了砼物質的基礎承壓性能和鋼材質的延展性，其中 立柱與立柱之間連接需要使用全部熔透焊接形式。而橫 梁之間則需要使用窄翼邊緣的 H 形態橫梁結構中，進一 步保證相同抗彎能力的同時，不斷提升橫截面的基礎使 用效率。除此之外，高層建筑樓板一般需要使用高壓形 態下的鋼筋結構板材和立架，由于改材料的基礎裝配率 相對較高，其鋼材質剛度較強，可以從根本上減少鋼筋 基礎捆綁效率。所以，高層建筑的立柱節點大量使用高 預緊力單邊鎖緊螺栓節點，進一步完成了裝配式建筑鋼 材質的快速安裝，并采用了自復式阻尼器，提高了裝配 式鋼結構建筑的抗震效果及抗變形效果。
3.3 項目建設亮點
（1）設計環節。在建筑項目實施過程中，使用 BIM 技術可以進行建筑結構方案設計和參數計算，并且根據 時間結果針對建筑樓層抗震能力進行全面修正，并且將 項目建筑模型因導致系統內部結構中針對數據計算結果 進行全面對比和技術分析，其中對于特殊的建筑造型， 則需要利用 3D3S 軟件進行數據補充計算，進一步確保 特殊建筑結構的安全水平。
（2）結構零部件。針對建筑項目以及內部結構設計 上，其橫梁立柱和建筑樓板需要依靠建筑工廠提前進行 生產制造，保證建筑設計施工時僅僅需要提前運輸至建 筑現場進行結構安裝，極大提升了建筑項目的裝配水平， 減少大量施工現場額作業數量。
（3）單邊螺栓。西樓的梁柱節點應用了高預緊力單 邊鎖緊螺栓節點，首次實現了鋼框架節點全裝配、現場 免焊接，提高了施工效率。
（4）阻尼器。自復位阻尼器首次在國內建筑上使用， 可根據層間變形訂制伸長率，實現了 8 級地震與風載作 用下結構自復位、消震減能的效果，阻尼器終身免更換。
（5）機電設計。在建筑工程前期方案設計階段，技 術人員需要根據設計圖紙建立初步信息模型，并且與設 計管理部門進行三方溝通，進一步綜合建筑工程、內部 結構針對 BIM 信息模型進行全面協調、完善以及優化。 除此之外，還需要通過機電專業建立相關信息數據模型， 出具預留的洞口結構、機電管道線路圖紙、機電專業加 工圖紙、以及難點進行詳細說明，保證建筑工程可以順 利開展。同時，將施工現場的安全內容和流程進行針對 性和目的性進行詳細分析和說明，進而將不同施工區域、 功能進行模塊化方案設計，從而簡化施工現場的作業水 平保證建筑工程施工質量。
4 BIM 技術應用策略
4.1 應用問題
（1）技術交底問題。在鋼結構裝配式建筑實施過程 中，其鋼結構橫梁節點主要包含全部焊接、螺栓焊接以 及純螺栓等三種連接模式，由于傳統鋼材質結構橫梁立 柱節點一般使用焊接混合連接模式，此種連接模式極大耗費了施工人力和時間，嚴重拖慢了建筑項目施工時間 和進步，并且在現場施工中極易造成自然環境污染問題， 不符合現代化建筑產業環保綠色理念。雖然現代化栓焊 混合連接技術已經無法滿足裝配式建筑發展要求，致使 國內外對于單邊螺栓的研究仍然停留在初級階段，但是 建筑工程實際應用過程中，施工現場的技術人員、工作 人員由于沒有豐富的工作經驗，無法確保建筑施工質量 水平，為此如何讓建筑工程施工人員快速、準確掌握施 工技術成為建筑項目需 要解決的重點問題 [4]。
（2）給排水施工問題。在裝配式建筑項目主體結構 實施過程中，給排水工程是重要的構成因素，但是現階 段排水工程傳統施工技術則是在現場材料的分割、材料 組裝以及施工工作，進而在設備安裝時產生主體結構碰 撞和其他類型問題，進一步產生大量的返工操作。為此 裝配式建筑項目施工人員需要針對機電裝置以及給排水 施工進行詳細研究和技術分析，從而保證建筑工程可以 順利開展。
（3）板材封閉性。現階段建筑樓板、內、外墻體結 構板被稱為鋼材質結構的板材結構體系，由于板材結構 體系的基礎密閉性相對較高，比如 ：溫隔熱性能、隔音 性能、防水防滲性能、抗裂性能等，所以板材封閉性成 為了影響裝配式鋼材質結構發展的核心因素以及基礎條 件，進一步確保建筑樓板、內、外部墻體結構與主要結 構體連接的密封性，確保板材在橫方向基礎荷載的作用 下，墻體結構板材的抗裂性成為現階段裝配式建筑施工 主要問題之一。
4.2 應用策略
針對以上裝配式建筑工程所產生的問題和不足，本 次研究需要重點解決裝配式建筑工程高水平預緊力單邊 螺栓、高強度彈簧自我復位耗能阻尼器的施工技術、建 筑工程暖通施工技術以及主要結構體鋼材質施工技術碰 撞等問題。針對此種施工現狀，施工部門需要積極引進 BIM 技術構建出有限元模型，并且針對建筑內部結構進 行建筑施工信息模擬計算，針對鋼材質管道混凝土立柱的豎方向形變情況進行詳細對比，并且根據參數公式計 算進而得出豎方向結構零部件尋找出基礎的平衡數值， 進而為建筑工程結構零部件的原材料制作提供基礎參考 價值。 同時，針對建筑整體結構進行模型建立時，還需要 充分利用 Midas/Gen 系統進行施工模擬和數據分析，并 且與一次性參數計算進行詳細比較，并且根據參數模擬 計算結果進一步判斷建筑工程施工情況。基于 BIM 技術 開展全面探索和研究，實際開展 Tekla 系統軟件研究過 程中，需要進一步利用該系統軟件應用在鋼材質裝配式 結構上，并且將該技術應用至數字化加工和制作環節上， 并且針對建筑工程實際情況，針對下料、虛擬拼裝進行 合理化研究。對高預緊力單邊鎖緊螺栓、高強鋼環簧自 復位耗能阻尼器的組成進行介紹，結合 BIM 軟件，以高 預緊力單邊鎖緊螺栓為例進行模擬安裝工作，實現復雜 技術施工工藝的可視化，將交底工作以可視化的形式表 達出來。
5 結語
由此可見，隨著經濟的快速發展，建筑工程的數量 會逐漸增多， 尤其是人口數量的不斷增加， 必然會刺激 居民的買房需求。因此，在此后的施工過程中，BIM 技 術被廣泛使用，并且應用手法愈加嫻熟。在未來，相關 單位要做的就是對此技術進行深入研究，從而使其功能 與優勢能夠充分發揮出來。
參考文獻
[1] 田啟明,田旭,李勇,等.BIM技術在鋼結構裝配式超低能耗建筑 中的實踐應用[J].混凝土世界,2021(6):88-91.
[2] 吳水根,王玲玲,韓曉丹.BIM技術在多層裝配式鋼結構住宅建 筑設計與施工中的應用[J]. 建筑施工,2019,41(4):691-693.
[3] 吳永順.BIM技術在裝配式整體結構與鋼結構轉換節點的應 用[J].建筑技術開發,2020,47(24):12-13.
[4] 張學生, 徐志新, 潘霞,等. BIM技術在北京冬季奧運村人才公 租房項目一標段工程裝配式鋼結構住宅施工中應用方法[J]. 土木建筑工程信息技術,2021,13(5):5.
The Application of BIM Technology in Steel Structure Prefabricated Building
JIA Hongli
(Shandong High Speed Laigang Green Construction Development Co., Ltd., Qingdao Shandong 266000)
Abstract: In recent years, the construction industry has been comprehensively developed and progressed. Therefore, it is necessary to further emphasize the development mode of green and environmental protection during the implementation of construction projects. Therefore, steel structure prefabricated buildings have received extensive attention and attention. Because this construction mode not only has relatively low economic cost input, but also has relatively short construction time, so there will be no serious pollution problems during the construction process of the construction project. For this reason, only scientific, scientific, and the rational use of BIM technology can further improve the quality of construction and promote the smooth development of various construction tasks. This article first analyzes the characteristics of BIM technology in detail, and combines the advantages of BIM technology and architectural cases to further summarize the application strategy of BIM technology.
Keywords: BIM technology; coordination; management level
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