1、BIM简介
BIM 技术应运而生。BIM 即建筑信息化模型。它以三维建筑模型为基础，将建筑工程项目的各项相关信息数据融入其中。通过数字信息能够仿真模拟出建筑物所具有的真实信息。BIM 技术被称作建筑业的第二次革命。
2、钢结构效率提升方案背景
钢结构是一种绿色建筑产业。它具有结构形式新颖的特点，造型优美，轻便且便于安装。钢结构是国家大力发展的建筑结构。随着钢结构在建筑工程中广泛应用，结构形式日趋复杂，像超高层结构、竖向收进结构、转换层结构、连接结构和悬挑结构等。很多结构还综合了多种复杂情况。
但目前我国的钢结构建设工程阶段存在不少问题，这些问题成为制约钢结构发展的瓶颈。其一，因传统平面设计形式被沿用，导致国内大部分钢结构建筑外观呆板且守旧，既无法突破传统的“方圆”，也无法满足建筑周边环境以及日照率等自然条件等诸多要求。
其次，钢结构的加工阶段是制约钢结构发展的重要因素之一。我国钢结构发展年限较短，大部分钢结构加工工厂采用粗放式加工模式。同时，又受到加工设备和加工技术的限制，这会致使钢材加工精度偏低，浪费现象严重，成本造价较高等问题。最后，钢结构的现场吊装焊接阶段存在一些问题。框架结构在安装时，因为柱梁连接不及时，所以无法形成受力体系，进而导致结构变形。焊接精度不高，焊缝达不到探伤等级要求。钢构件在现场拼接过程中，就位精度低，偏差位移较大。
把 BIM 技术的整合优化等功能引入钢结构工程施工中，将钢结构设计、生产、安装三大阶段进行整合优化。设计可以指导施工现场场地布局，能够规避构件碰撞，还能融入焊接安装工艺，并且杜绝信息孤岛等。研究怎样结合 BIM 技术与钢结构工程建设阶段的核心技术，是本文讨论的重点。
BIM技术特点
BIM技术符合以下四个特点
1.三维动态模型
图1 模型视图
三维建筑信息模型是建筑行业的第三次革命。它能直观地反映出建筑的全貌、结构特点和建筑特点。把二维平面转化为了三维空间。在项目管理前期的项目策划阶段、施工阶段以及后期运维阶段，其作用都非常大（见图 1）。通常，施工现场人员拿到施工图后钢结构楼梯安装安全技术交底，会研读图纸中各种线条绘制所表达的内容。他们只能在大脑中把平面图纸进行拉伸，还原出 3 维的结构原貌。因此，利用 BIM 技术提供的可视化三维信息模型，能够高效解决在项目决策及施工组织设计阶段中容易被忽视和判断错误的关节施工节点问题，也能大大降低技术交底时的时间成本。
2．BI数据+多专业集成
这个方面是 BIM 技术在建筑业的重要内容。业主、各分包工程单位、包工队都涉及其中，总承包、监理、各分包单位等多达十几家甚至几十家公司在为同一个项目服务。要实现整合、协调各分包单位的施工进度、施工条件、施工人员等信息，最大限度地优化组织结构，节约成本，控制施工工期的目的。在如今越来越复杂、涉及专业越来越多的工程项目里，传统的项目管理模式已不能胜任。BIM 技术提供的多专业集成，能够把各分包工程单位的模型、进度、人员、资金等信息，以及变更、质量安全等信息整合汇总起来，然后以各种 BI 数据图表的形式展示出来（见图 2），这样就能让项目进展变得清晰透明，便于进行管理和协调；同时，BIM 建筑信息模型在建筑物建造前期，就可以对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据并提供出来，从而杜绝各专业在集成时因为碰撞而导致的返工以及资源浪费。
图2BI数据分析
3．动画仿真模拟
动画仿真模拟是 BIM 技术的一大特色功能。它可以模拟项目建筑的施工过程，并且涵盖了项目施工管理从初步设计到后期启用和运维阶段的全过程仿真模拟。在项目施工准备阶段钢结构楼梯安装安全技术交底，会进行 4D 动画模拟，即三维模型加上项目的进度时间，通过施工组织设计模拟实际施工，从而制定更加合理的施工方案（见图 3）。在 4D 模拟的基础上，加入成本和预算的信息，从而形成 5D 模型，以此对项目的全生命周期进行成本控制；在运营阶段，可以模拟日常紧急情况的处理方式。
图3 场地布置
4．整合优化
BIM 技术能够将建筑项目中各专业设计阶段、材料生产阶段、加工阶段、运输阶段、施工阶段以及运维阶段整合起来，并持续进行优化调整。可以看出，在信息化时代，通过 BIM 进行的大数据优化，相较于传统的人为管理和协调，更加有效且更加快捷。
BIM技术在钢结构施工中的应用
1、利用 4D 模型划分精确施工时间
运用 Tekla Structure 软件基于 BIM 平台建立 4D 进度模型，同时利用 BIM 仿真软件模拟安装前吊车、起重机等吊装设备的详细位置及分工细节，这样能解决吊装设备时间和用工量的冲突问题，避免成本浪费。还能对主结构、次结构以及围护结构进行安装顺序模拟，在施工初步方案设计阶段提供直观、全面的动画模拟方案（见图 4），降低错误发生概率，缩短工期。
图4 流水段施工
2、4D 虚拟建造的进度管理技术
利用 BIM 进行 4D 虚拟施工过程模拟。把施工进度时间和 BIM 信息化模型相互结合，从而形成 4D 模型，借助 BIM 模拟软件将其展示出来，对进度计划与实际施工进行实时对比，对比结果通过图表以及模型颜色的变化情况来反馈，能够让项目进展情况得以清晰、准确且及时地跟踪报道，这样就可以提前制定相应的解决措施并对方案进行再优化（见图 5）
图5 模拟优化流程示意图
BIM 技术的关键是建筑信息模型，此模型也被称作 5D 模型，它包含着完整的建筑信息数据。5D 模型是由一个或多个三维模型整合而成，并且加上了工程时间信息、预算成本信息、人员组织信息等。它涵盖了这个建筑结构中的所有尺寸、材料、数量、重量，还有场地布局、施工工艺等信息。通过 BIM 模型进行模拟以及项目管理，能够利用计算机数据分析来生成更优化的材料供应计划和资金供应计划。这样可以确保在施工过程中计划合理，信息能够及时传递。同时，也能避免因为资金和材料不足等问题而对施工进度造成影响。（见图 6、图 7）
图6施工模拟流程示意图
图7 施工模拟
3、利用 BIM 模型提高工程质量
在施工阶段的工程质量管理里，不同的参建主体对质量信息的关注各有不同侧重点。基于 BIM 实施质量管理有其优势，而 BIM 技术辅助下的质量管理能为工程各参建方提供诸多便利。将 BIM 模型导入到 BIM 放样机器人的移动终端中，接着进行放样原点设置，之后由放样机器人进行现场测绘、放样并指导安装。这样就取代了利用全站仪、经纬仪等仪器进行二维平面图纸放样。与传统的放样设备及放样方式相比，BIM 放样机器人能够解决放样人员不专业、误差大以及空间点难以找到的问题，还能解放多余劳动力并缩短工期。
图8 BIM放样机器人
4、利用 BIM 技术实现信息实时共享提高合同管理效率
BIM 模型不仅是对项目信息的集成，而将这些数字信息加以应用更是极为重要的。它能够应用于规划、设计以及施工等方面的信息集成化方法。首先，BIM 模型具备完整的项目信息，能够对项目从规划、设计、施工等各个阶段的稳定开展提供支持与服务，从而提高了效率并保证了准确性；其次，BIM 技术有能力解决钢结构在当前建筑业中存在的信息瓶颈问题，能够实现钢结构工程中项目信息资源在全体参与者之间的共享。这样能确保信息的准确性和一致性。实现项目各参与方之间的信息交流与共享，从根本上把项目各参与方因其他交流方式而形成的“信息断层”以及应用系统之间的“信息孤岛”问题予以解决（图 9）；最后，在钢结构建筑的建设阶段，于信息模型中进行信息共享，相同的信息无需再次输入，能够妥善地解决钢结构项目中一系列复杂数据之间的一致性和共享问题。
