基于BIM的大型钢结构工程建造技术

BIM技术在大型钢结构工程中的应用研究

摘要

文章研究以国际上先进的项目建造BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)理念，通过对三维建模软件的研究和运用，对钢结构数据进行数字化录入，形成三维管理数据库，通过数据库对钢结构施工中从材料整理、计划编排、施工跟踪、资源安排、吊装计算等各方面进行全面数字化管理，使钢结构安装形成了计划合理化、进度可视化、数据精确化的水平。该安装技术在扬子石化-巴斯夫二期改造项目高吸水性树脂装置中得到了成功应用，取得了十分显著的技术和管理效果。

关键字：BIM技术；信息化管理；云网络；钢结构工程；模块化施工

1.引言

钢结构工程技术以其占地面积小、综合成本低、施工速度快、质量易控制、绿色环保等优点广泛应用于工业建筑之中，随着现代工业项目越来越趋向于大型综合一体化方向发展，大型、复杂的钢结构工程将是未来工业建筑尤其是大型厂房建设发展的趋势；以往粗放、简单、随意性的钢结构安装技术已经不能满足未来建筑效率化、流程化的建造要求。大型钢结构工程技术必将朝精细化、模块化、规范化方向发展。

传统的钢结构安装施工管理是以平面图纸为基础，凭借施工队伍的技术力量和经验水平对钢结构安装进行人员、机械、机具的安排及安装顺序规划，钢结构吊装计算也凭借近似计算的方法进行校核，此方法在小型项目中可以顺利运用，而大型钢结构安装往往由于构件数量诸多、结构复杂导致整体安装编排相对抽象，会造成材料理不清，施工顺序混乱，安排不当等现象，造成不必要的进度和质量问题。在此基础上，我公司运用目前国际上先进的项目建造BIM（Building Information Modeling, 建筑信息模型）理念，通过对三维建模软件的研究和运用，对钢结构数据进行数字化录入，形成三维管理数据库，通过数据库对钢结构施工中从材料整理、计划编排、施工跟踪、资源安排、吊装计算等各方面进行全面数字化管理，使钢结构安装形成了计划合理化、进度可视化、数据精确化的水平，取得了十分显著的技术和管理效果。

2.BIM技术原理

.建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，模拟性和优化性等特点。三维可视化功能再加上时间维度，可以进行4D虚拟施工。随时随地直观快速地将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，通过BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，大大减少建筑质量问题、安全问题，减少返工和整改。

、目前国内大型钢结构安装工程，主要采用现场单根构件吊装技术。单根构件吊装工艺效率低下，高空作业量大，导致施工耗时长；高空作业难度高，造成结构拼接安装精度不易控制，容易产生尺寸偏差；大型吊装设备台班费，高空安全措施费均非常高，长时间高空作业增加施工危险性缺点；经过前期项目的总结与思考，我公司决定研究以BIM 技术为基础，模块化钢结构栓接工艺为核心的大型钢结构厂房快速建造技术，通过三维模拟建造技术的运用，以及预拼接和模块化的钢结构安装方式研究，充分协调设计、预制、施工等各方的一体性，加快现场施工进度，提高各个环节质量控制水平，降低施工危险性，节约成本。

3.技术应用实例

公司于2012年承接扬子石化-巴斯夫二期改造项目高吸水性树脂装置CSA及MEI标段施工，装置主要由SAP主生产厂房、干燥间、溶剂回收单元、配电室及综合楼单体组成。其中SAP主生产厂房为装置生产流程核心区域，为10层钢结构框架结构，总建筑高度，底部结构尺寸为46m×30m，总建筑面积㎡，钢结构构件总计10552件，螺栓总计110196套，总吨位约2050T；2-6层为混凝土楼板，采用钢结构楼承板组合混凝土楼面，面积共计㎡，体积总计³；层，层，层层间平台及7-10层为花纹钢板平台，加上层间设备平台花纹钢板总面积约1800㎡；外部采用压型钢板双层复合保温墙面及压型钢板复合保温防水卷材屋面作为围护结构，总面积约7260㎡。

SAP装置土建和钢结构模型图

根据业主提供的工程信息及计划要求，SAP主厂房钢结构安装期计划为2012年11月1日至2013年3月10日，排除春节期间及恶劣雨雪天气影响，有效施工时间仅仅大约100天左右，期间不仅要完成超过1万件钢结构构件安装和11万套螺栓锚固，还要完成5层混凝土楼面浇筑和7层花纹钢板铺设和固定，技术难度十分巨大，对技术力量和多专业协调管理能力提出了十分苛刻的要求，同时，由于装置主产品高吸水性树脂为高洁净

度材料，生产流程对环境要求十分苛刻，因此业主对SAP项目施工提出了防水、防尘、防蚊虫的完全密封竣工高标准，对施工过程的文明施工和现场清洁程度也提出了更高的要求，进度压力不可谓不大。对此业主也给予了“顺利完成厂房钢结构安装，整个SAP 项目就成功了70%”的评论。

在紧迫的工期要求和高标准的施工要求背景下，如何能够更快速、有效、安全的完成工程施工，是对公司技术力量和管理水平的极大考验，经过项目部的研究，突破传统思维，从技术创新角度出发，运用新工艺技术和新管理方法提高施工效率，才能在保证安全水平下如期完成任务，实现工程的成功竣工。

下面以本建造技术中的创新点和关键技术为出发点，结合工程实例进行阐述：

3.1三维钢结构模型数据库建立

在工程招投标阶段，通过业主提供的平面图纸，安排专业技术员，将钢结构构件输入三维模型数据库中，进行2D→3D建模，建模流程主要包括下列步骤：

1)轴线网络建立

2)平面、立面区域划分

3)构件定位、型号输入确认

4)构件类型、名称、截面、材质、表面处理工艺、颜色等级信息输入

5)构件号编码

6)构件预制、安装状态、计划开始和结束时间状态输入

7)构件连接节点、螺栓及焊接状态输入

8)设置可视化模型模版及模型管理器等级划分

9)细节微调，三维渲染

10)完成总体模型

通过模型数据库的建立，可在工程前期对工程整体结构和施工流程有一个直观、动态的了解和把握，利用真实的三维空间还原原理，可实现真实直观的吊车站位及吊装流程的预先模拟，便于进行相应的施工工序编制和资源安排，使项目初期甚至投标阶段就能对整体项目的施工部署和规划有充分的准备，对顺利进行投标工作和实体工作的实施均有