BIM技术在钢结构模块化的应用

BIM技术在钢结构模块化的应用

王健

沈阳铝镁设计研究院有限公司辽宁沈阳110001

摘要：建筑的工业化和产业化技术越来越广泛的应用于各类建筑中，而模块化建筑作为一种钢结构的建筑模式具有生产快速，结构性能好、建造周期短的特点，能够为未来建筑行业带来可持续发展、为工程带来良好的经济效益和社会效益。

关键词：钢结构、模块化

BIM技术作为CAD之后推动建设行业技术进步和管理创新的一项新技术，是建筑企业提升核心竞争力的重要手段之一，虽然目前BIM技术在建筑工程应用的越来越多，笔者单位也将BIM技术应用到设计及施工中，为设计及施工中创造价值和节省EPC项目的成本，BIM模块化技术会提升工程的集成化程度，同时也可以提高其在投资、设计、施工乃至全生命周期内的效率、质量和管理决策水平。

1模块化建筑运用BIM技术后的优势

在投资上，有助于提升业主对整个项目的掌控能力和管理水平、提高效率、缩短工期、降低投资风险；在设计中，实现绿色建筑设计和各专业之间的协同设计，减少因为“错、漏、缺、碰”导致的设计变更，解决钢结构的构件节点数量多、类型多的难题，提高设计的效率和质量；施工中，实现工业化制造和绿色施工、施工方案的优化，有利于项目的精细化管理、提高施工质量、降低成本和安全风险、优化吊装施工过程中的施工模拟、施工组织、施工顺序；在后期的运营维护中，有利于提高业主自动管理水平和数字化管理的水平。

传统的结构设计是基于二维图纸的工作模式，工作流程如图1-1，虽然现在好多结构设计软件在建模过程中可以自动识别轴网、构件定位等信息，但只是模型很少的一部分，大量的信息还需要手工建模。

图1-1

基于BIM的模块化结构设计流程弱化了传统设计的结构设计前的准备环节（图1-2），增加了模型协调和二维视图生成环节，基于BIM的结构设计，在建筑的方案阶段就已经进入了设计工作，最后在信息交换方面结构方案是在建筑模型中完成结构构件的布置，形成结构BIM模型完成结构设计，并且各专业的综合协调工作贯穿整个设计的流程，可以随时协调设计环节，在设计过程中避免大量的碰撞问题。

图1-2

2模块化结构BIM的软件应用方案

以REVIT为中心的软件建模，在REVIT中创建只包含结构构件等基本信息的结构专业初期模型，并利用程序间的模型互导将REVIT模型导入结构分析计算软件（例如：PKPM，YJK，ETABS等）其中YJK拥有许多不同软件之间互相导入的接口，可以作为一个媒介，在计算分析软件中完成结构的整体分析计算，将计算调整后的模型返回到REVIT中对模型附加属性信息，然后在Navisworks软件中将所有模型合并，最后可以利用钢结构深化软件Tekla导出节点及施工图纸（见图2-1）。

图2-1

3Tekla深化模型的建立

Tekla软件具有强大的钢结构深化的设计功能，通过IFC格式文件可以将REVIT模型导入Tekla软件中，对每个模块的节点进行深化结构设计，完成单独模块的建模，其主要过程如下。

3.1节点的设计

将单独的模块导入到Tekla后，Tekla软件拥有丰富的节点数据库，可以根据模块化建筑中的节点类型在选择节点库中选择相对应的梁、板、柱构件进行组装，对于没有的节点还可以通过编辑功能创建模块化的标准节点库（图3-1），梁柱之间的节点由5部分组成（图3-2），节点单位将不同构件连接成一个整体后的标准化建模提供方便。

图3-2

3.2碰撞检查及出图

完成所有节点的连接和细部构造的装配后，采用软件的碰撞检查功能，预先设置相邻构件之间、螺栓之间的碰撞检查间距，检查建模或设计过程中构件之间存在的碰撞或误差等问题，根据检查结果对模型进行修改，减少结构在施工中返工率和图纸变更的问题，节省成本，完成单独模块的深化建模，最后利用三维视图进行投影、剖面生成构件布置图、构件节点图、零件图等所有加工详图，由于所有构件都是根据实际投影生成，所以构件的长度、断面尺寸、构件相交角度将不会产生误差和碰撞现场。

BIM模型建立的过程就是钢结构模块化深化设计的参数化建模过程，将杆件的尺寸。材质、坐标点、节点、螺栓类型、焊缝尺寸、成本等信息作为函数的自变量通过一系列的计算而成的信息和模型一起存储起来形成模型数据库，图纸的生成及数据库输出结果的一种表达方式。可视化的模型和模型的参数数据库构成了模块化建筑的BIM，通过修改构件的参数可以对模型的不同构件进行修改属性，也可以将这些数据以标准格式（IFC，IGS，XML）输出与其他专业进行协同设计，其做大的作用就是构成了一个工程为以后的制造、施工、运维提供了一个完整的数据源，提高工作的效率，减少不必要的重复工作。

4BIM在钢构件生产制作中的应用

在钢结构的制作中引进BIM技术将简化构件的制作流程，通过工程的BIM模型可以快速的生成所需构件的加工清单、工艺路径进行有效的生产组织，同时BIM技术在异形板的自动套料、自动化焊接、喷漆等方面的作用更为明显，特别是未来钢结构焊接机器人作为钢结构的焊接主要趋势，在建筑行业的应用需要BIM技术的支持，因此模块化结构作为一种高效、快速的建筑模式在模块的制作中更离不开BIM技术的应用。

基于BIM的3D打印技术目前正在使用，BIM技术与3D打印进行结合，可以说是虚拟与现实的结合，通过BIM技术可以完整的将工程的进度、工程量、成本、三维模型在PC端呈现，而将BIM模型输入到3D打印机进行打印则是完成一个建筑实体或零件从虚拟到现实的工作（如图4-1），可以说3D打印技术在建筑行业离不开BIM技术的支持，也别是在异型建筑中更能发挥3D打印技术的优势，同时将极大的缩短建筑的生产周期、降低成本、提高生产率。

图4-1

5BIM在钢构件拼装和检验中的应用

常规的钢结构检验一般采用钢卷尺、直尺、拉线、放样吊线等方法进行检测是否符合设计的要求，对于一些发杂的构件一般还要进行实物拼装来检验每个节点之间的连接、拼装是否满足设计要求，该种方法对于一些比较简单的钢结构工程基本可以完成所有检验工作，但是如果运用常规的检测手段对于一些比较复杂的钢结构工程，例如桁架构件、大跨度的立体桁架构件的进行检测，则不但存在需要较大面积的拼装场地，检测过程还比较繁琐、容易出错、检测精度低、费用高、效率低、时间长等问题，常规的检测方法已经不要满足现在钢结构加工制造技术的需要。

基于BIM的构件检验和拼装技术是运用计算机对实物进行模拟，以到达检验和拼装的目的。该技术的基本思路为：首先在模块单元的BIM模型中对不同的构件进行统一编号，然后再依照选择的测量点对实物进行测量，并将测量的数据输入到三维软件中形成三维模型，最后将理论模型与实际模型进行对比，检查构件的误差是否能满足设计要求，同时也可以将实测的构件模型按照理论模型的拼装步骤拼装成一个模块单元至整个建筑体，检验各个接口之间的匹配程度，起到模拟实物安装的效果，以保证最终现场拼装完全符合要求。该项技术的运用不但解决了模块化建筑的复杂构件的检验问题、提高了检测精度、缩短了检测时间，并且还使拼装不再受天气因素的影响。

6结语

通过对钢结构构件模块化，采用REVIT和Tekla软件进行建模，探索BIM技术在建筑中的应用以及模块化采用的BIM技术及其优点，得出如下的结论：

1）现今BIM技术在我国的应用越来越多，模块化建筑在建造过程中存在深化设计误差概率大、信息传递效率低、构件数量大、种类多，管理效率低等方面的问题，采用BIM技术后可以有效的解决这些问题，特别是设计过程中的“错、缺、漏、碰”等问题的发生。

2）采用以REVIT为中心的模块化结构软件应用方案，由传统的二维设计向三维过度，在建筑全生命周期内采用BIM技术。将不同专业结合一起进行协同设计，可以减少重复建模和不同专业在设计存在的误差，提高设计质量。

3）采用REVIT和Tekla软件对钢结构构件进行模块处理，有利于设计人员的检查校核，构件生产过程实现自动化，利用BIM技术在构建的检验和拼装过程的应用，提高工作效率、减少成本、提高经济效益。

参考文献

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[2]叶之皓.我国装配式钢结构住宅分析及对策研究[J]，南昌大学，2012

[3]丁成章.工业4.0实现住宅现代化[J]，中国房地产2015（14）