▼浅谈BIM与钢结构的关系
☞简单来说，BIM技术是利用数字信息来模拟建筑物的真实信息。它不仅包含梁、柱、门、窗等三维几何形状信息，还包含建筑构件等大量非几何形状信息。材料、重量、价格、进度等。这些信息是普通2D CAD、3D CAD无法提供和显示的。可以说，“BIM不仅仅是一个设计软件或图形工具，它是一个基于三维实体数据库的数据管理平台，实现建筑施工中各个阶段、各个专业的各种相关信息的集成”。生命周期。”
钢结构生产作为建筑行业的重要分支，介于建筑设计、结构设计和施工安装之间，起着承上启下的作用。理论上，钢结构生产分为计算机模拟设计（钢结构BIM设计）和车间实物加工。
自 20 世纪 90 年代末引入 BIM 钢结构设计取代 2D-CAD 设计以来，已有 10 多年的历史。过去我们通常称之为钢结构三维实体建模，它的作用通常停留在建模和绘图过程中。设计师往往关注建模和绘图过程的效率，但随着BIM理念在建筑行业越来越被推广、研究和应用，钢结构BIM软件供应商也越来越注重输出的标准化信息界面。一方面足以支撑建筑BIM的协同。另一方面，BIM模型本身所包含的信息可供后续钢结构厂家使用。在管理和生产过程中的完整应用也正在得到充分的重视、研究、应用和拓展。
目前，我们常用的钢结构相关软件有：
★1.钢结构设计软件：
★2.钢结构深化软件：
本文从钢结构BIM的创建入手，介绍其在钢结构设计阶段的应用。
▷关于钢结构BIM的建立◁
一般情况下，钢结构制造企业接到订单后的首要任务就是通过3D实体建模进行深入设计。详细设计钢结构BIM三维实体建模的过程实质是计算机预装配的过程，实现“所见即所得”。首先，将所有杆件、节点连接、螺栓焊缝、混凝土梁柱等信息通过三维实体建模输入到整体模型中。三维实体模型与未来建造的实际建筑完全一致；其次，所有加工细节（包括布局图、元件图、零件图等）均采用三视图原理投影生成。图中的所有尺寸，包括杆长度、横截面尺寸、杆交叉角度等，都是直接从三维实体模型投影出来的。
为详细设计制作三维实体造型图的过程基本上可以分为四个阶段。详细设计的每个阶段都会有校对人员参与并实施过程控制。经校对人员审核通过后，才能制作图纸并进入下一步。舞台工作。
▶第一阶段根据结构施工图建立轴线布局并建立杆体实体模型。
在AutoCAD中导入单线布局并进行相应的校准和检查，确保两套软件设计的元件数据理论上一致，从而保证元件定位和装配的准确性。创建轴系并创建并选择要在项目中使用的截面类型和几何参数。
▶第二阶段，根据设计院图纸对模型中的杆件连接节点、结构、加工、安装工艺细节进行安装和加工。
总体模型建立后，需要对各个节点进行组装，综合考虑工厂生产条件和运输条件，以及现场组装、安装方案和土建施工条件。
▶第三阶段，对构建的模型进行“碰撞检查”，并由评审员进行整体评审。
所有连接节点组装完毕后，使用“碰撞检查”功能进行所有细微的碰撞检查，以检查设计者在建模过程中的错误。执行该函数后，可以自动列出所有结构碰撞。情况，以便设计人员可以验证更正。通过多次执行，所有细节设计错误最终都会被消除。
▶第四阶段是根据3D实体模型绘制设计图。
利用建模软件的绘图功能自动生成图纸，对图纸进行必要的调整，生成加工安装的辅助数据（如材料清单、构件清单、油漆面积等）。节点组装完成后，按照设计指南中的编号原则对元件和节点进行编号。编号后可生成布局图、构件图、零件图等，并可根据设计标准修改图纸类别、图纸尺寸、图纸比例等。所有加工细节（包括布局图、元件图、零件图等）均根据三视图原理投影和剖面生成详细图纸。图纸上的所有尺寸，包括杆长度、截面尺寸和杆交叉角度，都是通过直接投影在构件模型上产生的。因此，这样完成的钢结构详图理论上是没有误差的，可以保证钢构件的精度达到理想状态。
钢材消费统计等数据。统计所选构件的用钢量，并按照构件类别、材质、构件长度进行合并排序。它还输出统计信息，例如组件数量、单位重量、总重量和表面积。
通过3D建模的前三个阶段，我们可以清楚地看到钢结构深化设计的过程就是参数化建模的过程。输入参数作为函数自变量（包括杆件的尺寸、材质、坐标点、螺栓等、焊缝形式、成本等），通过一系列函数计算出的信息与模型一起存储形成模型数据库集，第四阶段是数据库集输出形成的结果。
可视化模型和结构化参数数据库构成了钢结构BIM。我们可以通过改变参数轻松修改构件的属性，或者通过输出一系列标准格式（如IFC、XML、IGS、DSTV等），与其他专业BIM协作，更重要的是，几乎已经成为钢结构制造企业生产管理数据源。这也是钢结构BIM受到钢结构厂家高度重视的原因。 ☟☟
▷钢结构BIM在企业管理中的应用◁
传统的钢结构生产管理中，图纸和信息在企业内部或设计单位与生产单位之间通过纸张、传真、电子邮件等方式传递，极大地影响了效率，有时甚至在传递过程中产生信息。失真甚至丢失；同样，为了更好地完成企业内部的生产组织，必须依靠人工分拣、人工拣选、人工输入来完成图纸和材料信息来源的收集，进而完成材料采购清单的收集和计算。 、零部件清单、零件清单、下料加工清单、工艺路线卡、手工排版等信息。现在看看后来，这一切都显得繁琐，数据不准确，这也成为导致后续工作发生变化的因素之一。
☞经典案例分析☜
案例提供：深圳市简树科技有限公司
一、项目概况
整体项目位于大鹏半岛中部大鹏湾北岸，大鹏新区大鹏街道办事处下沙社区内。该项目属于佳兆业金沙湾国际园区06-02号地块，包含洲际酒店、凯悦酒店、艺术展览馆、演艺中心四栋单体建筑。表演艺术中心位于场地东侧的部分区域。
演艺中心为表演大楼，为中型二级多功能剧场。 1046个座位的中型二等多功能剧院。总建筑面积9962.14㎡，演艺中心总建筑面积27890.41㎡，商业面积692.68㎡，建筑层数：地上4层，地下2层。规划建筑高度29.82m。
底层为剧院和临街商业，地下为车库、设备间和表演室。
主要结构类型：一是高层现浇钢筋混凝土框架结构体系，二是位于框架结构上方附着的空间网壳钢结构体系。
演艺中心项目定位：该项目旨在通过为游客提供丰富多彩的文化演出或定制企业演出来凸显度假村的时尚定位，提高酒店入住率。其意义不仅在于打造一座高品质剧场，更是主题公园内原创性、地域性、艺术性的地标建筑。
建筑效果图如图1所示。
★★★项目难点：
★钢结构设计形式独特，结构新颖，整体造型如大鹏展翅，无疑增加了工程难度。并且对装配精度控制、安装精度控制和安装过程监控精度都有很高的要求。
★特别是混凝土结构拼装、钢结构节点预埋、机电插入空间、管井预留空间等，精度要求较高。如何将三维结构安装在设计的空间中是一个极其复杂的控制过程，也是该项目最困难的环节之一。
★结构难点：建筑顶部覆盖六个“柳叶”形屋顶，由南向北展开，形成平面相连、基座高的优美造型。第五、六叶不在建筑内部观众的可视范围内，且紧邻下部钢筋混凝土主体结构。它们直接连接到主体结构。无需设置专门的钢结构支撑系统。它们可以根据幕墙安装。设计要求金属屋面支撑预埋件直接预留在主体结构上。
1~4屋面钢结构布置
第一至第四屋顶的南侧和东侧边缘设置了三个近似弧形的巨型结构拱门。最南的一座大致沿东西方向，另外两座与之垂直，三座拱门相连。拱门下端固定支撑在地下室顶板上，并与下方的钢筋混凝土结构框架柱连接。拱跨约为32米、26米和27米，弧垂高度约为9米、6.5米和5.5米。使用直径为700mm的圆管。三个拱门作为东侧和南侧叶片的结构支撑，并与第一至第四屋顶相连，形成一个整体。屋顶还为平面外的三个拱门提供了有效的横向刚度。
结构拱布置
一、三、四层屋面纵、横向均采用空间钢桁架结构体系。水平间距约为3米，纵向间距约为2至4米。桁架截面的高度随着屋顶的建筑形状而变化。最高点约1.5米，采用不同尺寸的钢圆管截面。东侧、南侧部分悬挑部分采用楔形工字型截面。纵横桁架之间设有水平和纵向支撑。由于厚度限制，3、4板东侧不能采用网架体系。因此，采用实腹工字钢梁，与空间桁架铰接并改制成圆管。
第三、第四屋顶跨度中部分别设有支撑，支撑杆下端铰接于礼堂屋顶钢结构。这样，西侧的钢混凝土柱、礼堂钢屋顶提供的支点和东侧的钢拱门共同构成了第三、第四屋顶的竖向支撑体系。
结构拱布置
屋顶与下柱结构连接
第二个屋顶比较特殊，跨度很大，中间没有垂直支撑。另外，建筑物提供的结构厚度较小钢结构安装定位测量技术，不能依靠自身刚度形成纵向受力结构。因此，将第二个屋面的受力方向调整为侧向力，水平设置实心腹板钢梁，利用其与相邻屋面之间均匀布置的钢拉杆将竖向荷载传递到第一个屋面。盖子和第三个屋顶。
第二层屋面结构布局
一、三、四屋顶北侧各设有加强桁架，以提供屋顶所需的结构刚度。
屋面钢结构主要受力构件采用Q345B，应符合《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008的相关要求。截面形式主要为圆形钢管和工字型钢，其中包括楔形工字型钢。圆管截面直径为108~700mm，厚度为8~30mm，工字形截面高度为300~600mm。整体模型为混凝土结构和钢结构。使用MIDAS/Gen计算整体结构：
整体计算模型
恒载模型
恒定+主动组合下的垂直位移
☆解决方案☆
设计阶段引入BIM，参与项目的所有专业设计师均在BIM标准平台上操作。利用BIM模型整合各学科，让所有专业设计师能够在共同标准下进行协同设计工作。这是一个复杂的项目，我认为这个通用的三维平台是BIM最大的优势。
在钢结构与混凝土结构定位时，由于本工程屋面钢结构的定位点一般位于弧形结构板的边缘，因此很容易出现安装不稳定，导致无法安装的情况。因现场施工出现偏差。钢结构节点的嵌入高度是有限的，特别是与斜板组装时。钢柱的高度受到严格限制，可操作空间也极其狭窄。施工阶段很容易无法施工。另外，本工程屋面存在大量机电井、管井，极易与钢结构的结构布局产生纵横冲突。
钢柱位于弧形结构的边缘
钢柱安装高度测量
钢结构与气井碰撞的位置
为了避免这些问题，BIM模型被用来整合各个学科进行协调设计。预先对风井高度进行优化，在满足通风要求的同时，降低风井高度，避免与钢结构碰撞。其次，调整钢结构的布置，避免钢柱节点安装位置不合理。通过在BIM模型中对钢结构进行调整和优化，最后在没有碰撞问题后，将钢结构定位点方案导出并反馈给设计师，以改进后续的结构建筑设计。
钢柱锚点
最终，通过多次协调修改，在满足结构设计要求的同时，减少了用钢量。这样保证了后续施工的进度和成本控制。
钢结构优化前
钢结构优化后
♥项目经验♥
BIM核心技术贯穿设计和施工全过程
从目前BIM应用的定位来看，早期的BIM设计遵循设计。我们一般根据设计要求规定必要的原则，然后设计者根据这些原则构建整个BIM模型钢结构安装定位测量技术，并遵循合理的设计原则。在设计过程中，我们不断利用BIM模型来发现设计中的问题，包括设计空间。设计中存在的一些问题，并不意味着设计完成后，设计师就可以交给下游再放手。我们的 BIM 已集成到整个设计流程中。在这个过程中，我们的设计师会提供很多不同的研究模型。这些模型不是最终模型，但可以在设计初期为设计师甚至施工方提供帮助。可以考虑并避免以后可能出现的很多问题。这也是我们使用BIM构建流程的最大特点，即BIM完全是为了服务而设计的。
至于后续的施工阶段，BIM的价值还是相当可观的，比如从钢结构的放样、现场拼接、工厂预拼装、各个构件的相对位置、构件的角度等。杆件、接口尺寸和接头、空间坐标、测量控制点等都可以通过BIM应用实现价值最大化。
瓶颈：施工过程中的设计改造
事实上，在设计模型向总承包商转移的过程中，还有很多技术以外的客观因素制约着BIM在我国的发展。很多大型项目都会面临项目建设周期的问题。设计周期只是项目建设周期的一部分，实际上比国际标准要短。国际上比较正常的循环是，设计院首先要花一定的时间进行科学研究和计算，设计师会有专门的设计时间，然后设计师直接指导施工。
但在中国，这个过程在时间上有很大的重叠。为了加快施工周期，往往在设计完成之前就开始施工。如果在这种情况下使用BIM，如果项目不够大，可能比简单的手绘或二维设计要多花50%的时间才能达到同样的效果。这个时候，BIM模型在上下游之间的传递就很难实现了。因为如果设计没有完成，BIM模型就无法细化到最精细的细节，模型中呈现的数据将是虚拟的，无法被下游使用。
另一个主要制约因素是我国建筑师的责任认定制度与国外不同。相比之下，国外建筑师将承担更多的权利和责任。此外，设计者的方法和能力是否适应BIM方法也是一个无法回避的问题。通过过去几年的反复论证，毫无疑问，BIM将帮助建筑设计或工程施工领域取得更大的发展。我认为它的具体推广不存在技术瓶颈。
BIM实施标准仍需细化
我们现在做的BIM不是技术，而是和设计的关系更紧密。随着BIM的发展，关于BIM标准的讨论也被提上日程。标准并没有消亡。它们会随着软件的发展、社会支撑环境等不断调整。我个人希望能早点出台更详细的国家标准，设计者或者参与具体运营的企业不能仅仅依靠自己的努力来实现合理化程度。现在软件的使用、存储、交付等标准都比较困难。如果BIM能够像施工图一样有一个相对明确的交付标准，而不是像现在这样依靠项目参与者自愿同意一个项目标准，很多合作可能会更加顺利。
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