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装配式钢结构高层住宅中BIM技术的应用

2021-07-23 85 上传者：管理员

摘要：本文通过在金隅启新C01装配式钢结构高层住宅试点项目中应用BIM技术,并贯穿项目建设的全生命周期,重点介绍了BIM技术在节点深化设计、可视化模型搭建、碰撞检测、信息化管理等方面的应用,充分展现了BIM技术解决各阶段问题的高效性。有利于促进企业精细化施工转型升级,同时也为装配式钢结构高层住宅建筑技术的发展提供了一定的参考。

关键词：
BIM
建筑施工
装配式钢结构
高层住宅
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装配式建筑因采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、信息化管理的建筑模式[1]，相较传统的建筑模式，既提升了住宅品质和效能，又加快了施工进度降低了事故率，充分体现了绿色建筑“四节一环保”的特点，装配式钢结构住宅模式已成为中国绿色建筑的发展方向。

BIM技术与装配式建筑的高效结合，有利于实现装配式建筑的信息化管理，实现生产、加工、施工、安装的有效联动。不仅实现了装配式钢结构建筑从建筑、结构、机电、装修的协同一体化设计，还可极大提高建筑施工效率、提升建筑品质与标准。

1、工程概况

金隅启新C01高层住宅试点项目总建筑面积170930.23m2，共13栋建筑单体，其中3栋单体采用装配式钢结构建筑形式，地下2层，地上18层，装配率为66%，共30839.06m2。该项目是金隅集团在唐山市首个实际应用的钢结构装配式结构体系的工程项目，其结构体系为钢框架-中心支撑体系，柱体为钢管混凝土柱。该项目利用BIM技术对钢结构进行节点深化设计，搭建三维信息化模型，并根据现场实际工程情况，对构件进行预拼装模拟、管线的碰撞检测等，实现项目的先视后建，在建筑施工中取得了良好的效果。

2、BIM技术在项目中的应用

2.1节点深化设计

运用TeklaStructures软件，为工程中的钢构件建立独有的构件信息参数，如轴线位置、规格尺寸、截面类型、材质等。工程中的所有连接节点都将通过TeklaStructures进行深化设计。综合考虑设计图纸中的支撑连接、梁的截面位置等因素，确定主体构件连接方式，进行构件承载力计算，确保项目的安全性。建立精细的钢结构模型，并结合生产加工工艺，指导钢梁、钢柱、连接件加工，可有效提高工厂加工精度。该项目采用全螺栓的连接方式，减少焊接的作业方式，构件连接节点如图1所示。

2.2全专业三维信息化模型

利用BIM模型的可视化优势，在二维CAD的图纸基础上，针对该项目进行建筑、结构、机电全专业信息化建模，建立与施工现场工序一致的BIM模型。运用BIM技术实现对施工图纸的二次优化，及时发现存在的设计缺陷，减少后期的设计变更。

2.3碰撞检测

由于该项目地库的地下空间相对复杂，受层间高度、设备管线系统及设计等多方面因素的影响，容易引发设备管线之间或管线与结构构件之间的碰撞、净空不足等问题，造成现场二次施工，不利于降低项目施工成本。基于BIM技术，将各专业信息化模型进行整合，再将整合模型导入Naviswork软件中，查找隐患碰撞点，根据检测结果对管线进行优化调整，实现管线合理化布置。从而在实际工程开始前，有效规避地下空间无法处理的局部、隐性问题。

图1构件连接节点：(a)柱与基础；(b)支撑；(c)主次梁

图2模型整合：(a)机电全专业；(b)项目全专业

该项目通过前期检测，共发现碰撞点968处，地下复杂管线区域5处，进行管线优化处理共计1035处，极大提高了现场的施工进度，大约提前54天完成此工程。

2.4现场施工场地布置

该项目地块为原启新水泥厂厂房遗址，周边环境复杂，场地狭小，存有废弃人防通道，基坑深度相对较大，不同施工段之间相距较近，附近有博物馆、办公楼等公共建筑需考虑做好防护措施。应用BIM技术，结合地勘报告及现场实际情况，综合考虑场地的复杂性，模拟地形地势分布。结合实际工程项目需要，建立项目三维施工场地BIM模型，直观展示构件堆放区、加工区、办公区及生活区的分布情况，以满足安全施工、文明施工的要求[2]。通过对塔吊回转范围模拟，实现施工场地机具设备的合理布置，避免材料的二次倒运。

2.5二维码技术

将BIM技术与二维码技术相结合，建立装配式预制构件的追踪管理平台[3]，将模型中的构件进行信息化编码，并与二维码相链接，实现模型轻量化与信息可视化的融合。施工人员可利用手持设备或手机客户端APP扫描构件二维码，获取并录入构件信息、确认安装位置及注意事项，提升了构件信息的采集与传输效率，保证了构件安装的准确性、实效性，也保证了资料存储的安全性，便捷性。对项目技术文件采用二维码形式进行交底，为项目参观人员及施工人员提供便利条件，实现信息化无纸化办公。

图3(a)虚拟漫游；(b)管线综合模型

图4(a)地形地势模拟；(b)场地布置

图5叠合板轻量化模型及二维码

2.6工程量管理

钢结构工程项目虽然材料相对单一，以钢材为主，但因项目的不同，设计要求等原因，不同位置的钢构件会有不同的截面尺寸及编号信息，钢结构工程量的统计是一个很繁琐的过程，利用BIM技术，结合现场实际情况，对模型进行确认准确无误后，通过软件进行量化出图，综合工程量统计[4,5]。以实现材料采购计划的准确性，时效性，能更好地实现精细化成本管理。

2.7节点安装动态模拟

利用BIM技术可实现复杂节点的三维可视化推演，相较于二维图纸，可直观形象的完成施工指导。针对该项目墙板安装、板缝处理、防火处理、防水处理、保温处理等节点处理问题，制作三维可视化模型，搭建模型族库，编制演示动画进行节点安装模拟（图6）。基于BIM技术的构件虚拟安装，进行节点方案可行性推演，可降低人工劳动力成本，减少加工周期，节省预拼装的工期，同时优化节点方案拼装的工序问题，更好地保证了项目的施工质量。

图6防火节点安装动画（计算机截图）：(a)钢柱灌浆；(b)安装加气砼板；(c)栓钉及防火涂料；(d)安装外墙板；(e)板缝处理；(f)成品展示

结语

随着装配式钢结构建筑技术的发展，BIM技术已成为建筑行业一种不可或缺的技术手段。BIM技术在信息化建模、管综碰撞检测、信息化管理等方面发挥着显著优势，降低了工程风险，提高了建造质量。BIM技术与钢结构建筑体系相结合，促进了新施工管理模式的发展，推动了装配式建筑的健康绿色发展。

参考文献：

[1]王艳霞.装配式钢结构住宅关键技术与工程实践分析[J].施工技术.2019(1):253.

[2]曾念童.BIM在钢结构施工项目中的应用[J],建筑结构.2020,47(5):1-2.

[3]岳乃华,于德湖.基于BIM与二维码技术的装配式建筑构件追踪管理研究[J],建筑经济.2020,41(4):96-100.

[4]尚超宏.BIM技术在钢结构中的应用[J],钢结构.2016,31(7):104-107.

文章来源：洪洋,张春月.BIM技术在装配式钢结构高层住宅中的应用[J].中国住宅设施,2021(07):99-100.