摘 要：為了解決裝配式鋼框架建筑的信息化和數(shù)字化建造運維問題，以甘肅省某體育館工程為研究對象，運用BIM技術建立三維建筑信息模型，提出了基于BIM技術的裝配式鋼結構建筑的設計-生產(chǎn)-施工-運維一體化集成技術，并在施工階段提出了全專業(yè)協(xié)同一體化應用技術，有效解決了裝配式鋼結構施工中存在的多專業(yè)交叉、工序復雜、施工管理困難等問題。結果表明，所提出的集成技術和應用技術有效地保障了項目的順利驗收，大幅降低了工程造價和縮短了工程建設周期，提高了工程質(zhì)量，積累了工程數(shù)字資產(chǎn)。

關鍵詞：建筑工程；BIM技術；裝配式建筑；鋼結構；一體化集成技術；全專業(yè)協(xié)同

1 前言

目前，傳統(tǒng)的建筑業(yè)正從粗放型、勞動密集型和低端制造型向高端信息化、機械化和智能化的新型建筑模式轉(zhuǎn)型升級[1]。在我國推進建筑工業(yè)4.0的背景下，鋼結構建筑具有天然的預制和裝配特點，具備工業(yè)化建造和智能化建造的優(yōu)勢[2]。在裝配式建筑中，BIM技術提供了一個三維可視的數(shù)字建造模式，參與主體之間可以在信息交互平臺中進行協(xié)同工作，充分發(fā)揮各個專業(yè)的協(xié)同效應，對鋼結構建筑全生命周期的信息流進行管控，以BIM模型為載體，從策劃管理、深化設計、施工階段模擬、場地布置、精準算量和5D進度管理等都能夠提供海量的過程信息，避免了二維圖紙在各個環(huán)節(jié)傳遞路徑中出現(xiàn)效率不高和信息理解偏差的問題[3-5]。

本文以甘肅省某體育館工程為研究對象，在分析工程施工的重難點的基礎上，提出以BIM技術的信息化手段處理工程施工問題，達到智慧化建造的目的，研究成果可以運用于復雜大跨度的裝配式鋼結構建筑的設計、施工和管理，可為智能建造、智慧施工提供一定的參考。

2工程概況

甘肅省某體育館工程總建筑面積為24000 m2，分為東、西2個場館，主要設計為游泳館和籃球館，東側為游泳館，西側為籃球館，如圖1所示。建筑平面大致為長方形，平面長度為160 m，平面寬度為90 m，可以提供5800個觀眾席位，2個50 m×20 m的標準游泳池。建筑場館采用鋼框架結構修建，鋼結構總量5800 t，鋼梁共有780根，鋼箱梁立柱105根，鋼斜柱50根。鋼箱梁立柱采用Q355B鋼材，規(guī)格為400 mm×400 mm×2 mm；鋼斜柱采用Q355C鋼材，四面向外傾斜81°，規(guī)格為1400 mm×1000 mm×35 mm，屋面為焊接性球形網(wǎng)架。

綜合分析工程特點和難點，鋼結構的設計深度對結構的安裝制作和施工質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，且由于建筑物存在斜向鋼柱，結構的受力狀況和安裝方案需要借助軟件進行進一步的深化和計算。結構的安裝構件數(shù)量多，傾斜構件的安裝精度要求較高，因此，需要借助信息化的管理手段和技術手段，對構件安裝過程的精度進行測量、校正和拼裝。

體育場館的跨度較大，結構體系受力復雜，控制結構的定位吊裝、合理安排施工進度等都是傳統(tǒng)施工建造中所面臨的困難，如果借助BIM技術的可視化、優(yōu)化性和模擬性，則可以大幅度提高施工的效率，降低施工過程的難度，并對鋼結構進行優(yōu)化和施工方案模擬[6]。為了適應建筑工程的信息化、數(shù)字化施工建造，項目基于BIM技術對裝配式鋼結構的全過程、全要素進行集成一體化應用，打通虛擬建造和實體建造過程的通道，實現(xiàn)裝配鋼結構體系建筑一體化建造[7]。

3裝配式鋼結構建筑的設計-生產(chǎn)-施工-運維一體化集成技術與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構相比，裝配式鋼結構具有重量輕和強度高的優(yōu)點，充分利用鋼結構的受力性能，可以大幅度提高建筑的開間和跨度，并且鋼結構材料施工裝配速率高、現(xiàn)場施工作業(yè)少，更容易實現(xiàn)工廠生產(chǎn)模數(shù)化、標準化?；谛畔⒕W(wǎng)絡技術、數(shù)字仿真技術和機械化裝配技術，可對裝配式建筑在設計制造、運輸安裝、施工運維、拆除回收等所有環(huán)節(jié)實現(xiàn)參數(shù)化建模、智能化建造、自動化運維和人工智能優(yōu)化。以BIM技術為核心，以鋼結構建筑產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化為基礎，改變傳統(tǒng)鋼結構建筑施工的粗放化現(xiàn)狀，打破虛擬建造和實體建造之間的壁壘。為此，項目提出基于BIM技術的裝配式鋼結構建筑的設計-生產(chǎn)-施工-運維一體化集成技術。

在鋼結構設計階段，梳理裝配式鋼結構的基本構成元素，建設和開發(fā)相關的部品庫和族庫，基于建立的體育場館BIM平臺，在技術策劃階段、方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段、詳圖深化設計階段和施工階段，全方位滲透設計要素，BIM模型中的設計部品部件與實體構件相互結合，可以實現(xiàn)參數(shù)化、可擴延和可兼容，在不同的設計階段與設計單位、建設單位、審圖單位等進行協(xié)同化工作，在結構專業(yè)中可以提供計算分析、正向設計，施工現(xiàn)場指揮建造。裝配式鋼結構不同設計階段的工作流程如圖2所示。

在裝配式鋼結構生產(chǎn)階段，基于BIM模型可以精確地提取項目所需鋼材料的構件類型、構件數(shù)量和構件規(guī)格等信息，以制定更為精細的生產(chǎn)任務，提高生產(chǎn)效率和減少材料浪費。在生產(chǎn)工藝流程上，可以基于鋼結構企業(yè)資源計劃系統(tǒng)、詳圖深化設計系統(tǒng)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，與數(shù)控機床等設備進行聯(lián)合集成，直接從模型中提取數(shù)據(jù)，進行鋼構件的切割、彎折和鉆孔，并對生產(chǎn)流程進行優(yōu)化，加快生產(chǎn)速度和提高構件加工的精度[8]。項目也針對鋼龍骨、鋼立柱和鋼斜柱開發(fā)了一套基于Unity 3D的建模系統(tǒng)，可以適用于鋼結構模型的參數(shù)修改、數(shù)據(jù)庫存儲等。具體的裝配式鋼結構加工一體化流程如圖3所示。

在裝配式建筑施工階段，主要在傳統(tǒng)的施工工藝基礎上進行，對裝配式鋼結構各個構件進行部品集成化，運用物聯(lián)網(wǎng)技術和互聯(lián)網(wǎng)技術追蹤各個構件的施工過程。在施工時圍繞BIM模型開展各個專業(yè)的工作，協(xié)同建筑、結構、電氣設備各專業(yè)的施工進度，預留工作結構，并以顏色方案解決膨脹問題，即用不同的顏色來標注不同的構件或施工進度，以便于識別和管理。在施工工序、施工工藝、施工周期、施工關鍵節(jié)點等問題上進行技術交底，并按照全天候攝像頭或航拍影像獲得的現(xiàn)場實景進行施工安裝進度管理，記錄、存儲施工數(shù)據(jù)，比較實際進度與計劃進度，實現(xiàn)可視化的項目進度、質(zhì)量和成本協(xié)同管理[9-11]。

在裝配式建筑運維階段，圍繞設計、生產(chǎn)和施工形成的數(shù)字資產(chǎn)，將運維管理與BIM模型進行協(xié)同和一體化集成，構建運維管理平臺，實現(xiàn)鋼結構部品部件的實時監(jiān)測、查詢、保修。BIM技術提供的強大可視化功能可以及時定位設備的故障位置，提供歷史運維信息，將數(shù)字資產(chǎn)與真實場景之間進行連接，提供維修信息的查詢和應急仿真模擬功能，提升裝配式鋼結構建筑的整體品質(zhì)和水平。

4裝配式鋼結構建筑的全專業(yè)協(xié)同一體化應用技術

裝配式鋼結構的施工涵蓋了多個專業(yè)領域和繁雜的工序。具體到結構專業(yè)，其施工設計不僅涉及多種工藝，這些工藝的選用還直接影響到整個項目的順利進行。以裝配式鋼結構的安裝為例，它可采用的方法包括高空原位安裝法、整體頂升安裝法以及整體吊裝法等。因此，為了確保施工的順利進行和高效完成，各個專業(yè)子系統(tǒng)之間的全方位合作和協(xié)同配合顯得尤為關鍵[12]。

在信息化處理手段中，各個子系統(tǒng)為獨立存在的子系統(tǒng)，通過BIM平臺的信息集成，形成更大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。綜合項目的建筑、結構、機電設備、室內(nèi)裝修等專業(yè)類別，提出全專業(yè)協(xié)同一體化應用技術，該技術中包含了若干子系統(tǒng)，主要為結構系統(tǒng)、外圍護系統(tǒng)、設備與管線系統(tǒng)以及內(nèi)裝系統(tǒng)，在技術策劃階段、方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段、深化設計階段，實現(xiàn)各個專業(yè)的模數(shù)與模數(shù)協(xié)調(diào)、模塊與模塊組合，逐步遞進與交叉，提高設計施工工作效率，縮短建設周期和減少資源浪費?；贐IM技術的裝配式鋼結構建筑全專業(yè)系統(tǒng)一體化應用技術如圖4所示。

5結論

通過對甘肅省某體育館工程的研究，運用BIM技術建立三維建筑信息模型，并在分析工程施工的重難點的基礎上，提出基于BIM技術的裝配式鋼結構建筑8c580b4403b276ef9d02db98c7432232設計-生產(chǎn)-施工-運維一體化集成技術，得到以下幾個重要結論：

（1）通過BIM技術的應用，實現(xiàn)了裝配式鋼結構建筑全生命周期中信息壁壘的有效解決。這包括在設計制造、運輸安裝、施工運維、拆除回收等所有環(huán)節(jié)實現(xiàn)參數(shù)化建模、智能化建造、自動化運維和人工智能優(yōu)化，從而顯著提高了整個項目的管理效率和質(zhì)量。

（2）提出的全專業(yè)系統(tǒng)一體化應用技術，確保了裝配式鋼結構施工過程中各個專業(yè)子系統(tǒng)之間的全方位合作和協(xié)同配合，實現(xiàn)了信息的互聯(lián)互通。這不僅有效保障了項目的順利驗收，而且大大降低了工程造價，縮短了工程建設周期，提高了工程質(zhì)量，并積累了寶貴的工程數(shù)字資產(chǎn)。

（3）本研究的成果不僅適用于復雜大跨度的裝配式鋼結構建筑的設計、施工和管理，也為智能建造和智慧施工提供了重要的參考價值。這表明，BIM技術在裝配式鋼結構中的應用具有廣泛的前景和深遠的影響。

綜上所述，本研究不僅驗證了BIM技術在裝配式鋼結構建筑中的實用性和有效性，還為未來類似項目的實施提供了寶貴的經(jīng)驗和指導。

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作者簡介：何成生（1987.09-），男，漢族，甘肅武威人，本科，工程師，研究方向：工程項目管理。