1 项目概况
某项目主要施工内容为地上4栋单体建筑，其中A栋、C栋为高层办公楼，檐口高度79.8m；B栋、D栋为多层办公楼，檐口高度23.5m。D栋局部采用大跨度钢桁架结构，最大跨度33.3m。4栋单体建筑均采用钢框架-支撑结构。主要钢结构构件类型为箱形构件、焊接H型钢梁。该项目总用钢量约1.8万吨。施工地点位于市中心，周围为已建成建筑及市政道路。现场施工作业范围狭窄，给钢结构材料进场及后续吊装施工带来很大困难，因此合理布置施工现场、划分施工区段显得尤为重要。部分节点施工难度大，对生产加工要求高，涉及专业多，交叉施工多，协调难度大。 专业施工队伍之间需要进行大量的信息交流。
2 BIM应用分析
针对工程的重点、难点，应用BIM技术，将各专业图纸信息固化为专业模型，从钢结构深化设计、全专业三维模型协同、施工规划模拟三个方面进行设计应用与信息交互，并对应用后的结果进行效益分析。
2.1 BIM钢结构深化设计
钢结构建筑的受力问题极其重要，在施工过程中，当钢结构体系自重超过临时支撑体系的承载极限，或体系承受的荷载超过应力边界时，极易发生大范围的钢结构倾覆或倒塌。BIM技术为钢结构受力安全提供了智能计算方法，通过对整体结构、复杂节点、分割单元进行有限元分析和应力模拟，可以检查钢结构建筑的受力问题，找到关键受力位置和结构薄弱位置，提前进行修正和加固。对于钢结构的工程量统计和三维模型建立，可以利用Tekla软件创建钢结构三维模型，将二维图纸转化为可视化的三维模型，在构件连接处自适应生成相应的节点。在模型中可以详细查看某个构件的具体参数，特别是对于复杂节点，可以生成相应的布置图、构件图、零件图等详图，指导现场加工安装。 通过建立的三维模型生成部分或全部材料清单，协助材料采购、工程量统计，为项目现场采购提供技术参考。
相较于传统的纸质图纸，该应用可以更好地用于项目施工前评审时的审核对比，提前发现潜在的设计施工风险，减少后期返工处理的时间。复杂节点模型的可视化，结合深入图纸与参数信息的配合，可以更好地运用到现场技术交底中，让现场人员更加直观清晰的了解项目，减少因人为想象带来的误差，更利于指导现场加工安装。目前该技术在钢结构项目中应用十分广泛，为钢结构的实际施工提供了很大的帮助。
2.2 BIM全专业模型协同
对于大型项目，跨专业施工时经常会出现碰撞问题，因此在项目前期对已完成的建筑及机电图纸进行专业建模，利用Revit软件建立土建模型、机电模型，另外可将已完成的钢结构模型导出为通用的IFC格式，与其他专业的BIM模型协同工作。
将钢结构模型以IFC格式导入Revit软件，即可进行不同专业之间的模型集成，计算碰撞校核。借助软件的计算功能钢结构吊装安全技术交底，先进行结构与建筑之间的碰撞校核，再进行结构与机电系统的碰撞校核。一些预留洞口、净高分析、安装尺寸处理等也可以通过软件进行计算校核。收集、整理各类碰撞点、问题点，并生成相应的碰撞报告。经过人工筛选，本项目需处理87份报告，其中设计确认书需以图文形式登记上报。
对比同等规模的已完工项目，BIM三维模型的可视化功能及附带的参数信息，可以帮助不同专业在协同工作和沟通时，对方快速了解，减少跨专业识图带来的不利影响，大大缩短沟通时间，提高工作效率。而且，当某些碰撞无法避免，必须开孔时，可以利用三维模型定位并画出孔位，可以帮助各专业、各部门提前预留孔位，从而减少后期加工或返工的次数。
2.3 BIM施工规划
相比传统钢筋混凝土项目，钢结构项目通常需要考虑更多诸如汽车起重机的吊装位置、大型构件车辆的转弯半径、钢结构场址位置等问题，另外本项目现场作业范围较小。为避免开工后前期考虑不周的一些问题，利用BIM软件进行前期场地规划，规划模拟土方、主体、装修三个阶段的现场布置。
基于规划好的现场布置模型，进行规范考察、行车分析、施工模拟、使用统计，分析变更以满足现场施工要求，控制现场临时设施成本，并进一步进行重大大型机械动态仿真，如塔群施工模拟等。
通过模拟，可以观察到施工过程中可能出现的安全隐患，从而有针对性地制定安全措施，而且各阶段生成的三维模型和平面图可以生成相应的效果图，用于现场技术交底，使现场沟通和管理更加便捷有效，方案更加合理。
3 总体效益分析比较
从项目实际应用效果来看，针对项目重点、难点，依托BIM的模块化功能进行分块技术支持，取得了良好的效果，并实现了模块间信息、模型的互通。相较于传统的信息对接，BIM技术的信息交互功能和三维可视化功能，很大程度上解决了传统信息沟通中不同专业带来的认知偏差问题。另外，多专业BIM模型的交互可以发现更多的潜在问题，从而进一步保障施工现场的安全，以及质量、施工进度的控制，以及复杂节点吊装、安装的模拟，实现数据可视化、工程信息实时共享、成本节约。
另一方面可以看出，由于专业性质和要求不同，各个专业的BIM模型需要分别建立。如果BIM技术对项目实施全过程管控，对模型的精度要求会非常高，完成模型所需的时间也会比较长。而且由于项目规模较大，在整合和计算所有模型时，对计算机性能的要求也非常苛刻。因此，与传统施工方式相比，项目前期需要投入更多的人力、物力和精力。
4。结论
目前，随着BIM技术的快速发展及其在建筑领域的不断深入应用，BIM技术能够针对各类工程特点，尤其是钢结构工程提供强有力的技术支持。不仅可以在项目前期设计时发现后续施工中易出现的不良问题，并及时规避，还可以利用BIM技术快速解决施工过程中发现的问题，减少对施工整体进度的影响。但其整体投入较传统施工增加不少，如果项目规模较小，或者项目难度较低钢结构吊装安全技术交底，现有的施工技术就能很好解决，不需要高精度、多模块的BIM建模设计和计算分析，针对钢结构项目一定的技术难度即可进行单一模块的BIM应用。总体来说，BIM技术在钢结构工程中的科学、合理、有针对性的应用取得了良好的效果。 在施工过程中，不仅可以促进团队沟通，鼓励各工种协同工作，还可以提高项目的生产效率，在一定程度上节省成本，缩短工期。
摘自《建筑技术》2023年5月 徐梦雨、王爱源、王旭、裴玉超
◎本微信公众号刊发的所有原创文章版权均归《建筑技术杂志社》所有，任何媒体转载、摘编必须注明原始出处。
