随着BIM技术在建筑工程的广泛使用，BIM技术已成为建筑行业重要的技术工具，同时也为建筑信息化提供了技术支持。尤其在钢结构领域，钢结构工程主要分为深化设计、制作、安装三个部分，钢结构深化是钢结构安装质量及施工难度的关键所在，BIM技术则是钢结构深化设计的重要工具。因此，BIM技术将作为钢结构工程的重要依托。
1.1 工程概述
该工程是湖南发展高新置业有限公司开发建设的A、B栋写字楼项目。总建筑面积约296000km?，塔楼A共47层（含裙房），建筑高度为223m；塔楼B共50层（含裙房），建筑高度为233.6m。其中，钢结构主要分布于A栋地下负3层到地上10层，B栋地下负4层到地上13层。该工程结构形式为型钢混凝土结构，钢柱截面形式主要为十字柱和H型钢柱。利用BIM技术对钢结构进行深化设计，建立3D模型，并根据现场配备的设备对构件进行分段分节，指导现场施工。同时，利用BIM技术对该工程钢结构方面进行创效，为项目增加8%的合同额收入。以下是BIM技术在该工程钢结构方面的使用。
1.2 BIM技术建模
BIM的建模系统一般是基于对象的三维实体，其本质是构件的数据库。BIM技术建模是以实体为基础的三维实体，其本质则是钢构件数据库。在该工程中，钢结构主要应用在建筑的A塔、B塔的外框柱和核心筒中，钢柱主要包括：吊装耳板、夹板、加劲板、牛腿及型钢本身，各个部件之间通过空间位置关系形成特定的连接。定位各个构件的空间位置关系是建立组合型钢柱模型最基础的环节。其中，各部件的关键点就是各个参数数据，尤其是在优化设计过程中，需要以结构设计参数为依据。
在该工程中使用Tekla软件，在为工程建模过程中将钢构件相应的轴线位置、规格尺寸、材质、构件名称等参数输入软件，使用这样的参数化建模方式以确定每个构件的参数。以十字型钢柱为核心，掌握其他构件的空间位置关系，将它们组装建立出汇景发展环球中心A塔、B塔钢结构三维立体模型。
2 BIM技术设计模型的优势
2.1 施工方案的指导性
通过BIM技术建立3D模型后，能够很直观地了解构件类型和结构形式。通过BIM信息化数据库可以快速便捷地导出所有构件的工程量。文章涉及工程为超高层型钢混凝土结构，吊装设备主要为塔吊。构件的分段、塔吊选型、塔吊位置布置对施工过程有重大影响。通过3D模拟技术能够快速选出合理的塔吊位置，然后对塔吊吊装能力及构件重量进行分析，选择塔吊的型号并确定构件分段。BIM技术结合施工方案进行施工模拟既提高了工作效率，确保了施工方案的可实施性，也降低了施工中存在的安全风险。
2.2 深化设计与自动出图
随着钢结构建筑的不断涌现，钢结构深化技术已发展为钢结构施工的一项重要施工技术。工程结构施工图中只有主截面采用了钢结构设计，因此，钢结构深化过程中，所有连接节点将通过BIM技术进行深化设计。牛腿高度、长度根据设计图中梁的截面位置、钢筋与钢柱连接方式的设定等各方面综合考虑进行设计，同时要满足规范要求。将BIM技术的三维可视化功能与时间维度相结合，可以进行虚拟施工，大大减少建筑施工中的质量问题。
在钢结构行业中，Tekla Structure作为钢结构深化设计的重要工具之一，用户只需通过软件输入构件节点中所需要的尺寸初值，软件便会根据输入的内容从数据库中提取相应的节点类型生成连接节点，而且构件的截面尺寸或轴线位置进行修改时，节点也会随构件的变化而做出相应的调整，这样极大地提高了模型深化和出图的速度。
2.3 碰撞检测
钢结构工程中钢构件的零部件种类繁多，在设计或者建模过程中或多或少会出现一些钢柱零件板之间或者钢构件零件板与土建钢筋之间发生碰撞的情况。为了减少施工现场返工率、节约项目施工成本，需要项目管理人员进行深化图纸审查，以保证各零部件之间无碰撞情况。传统的人工审图方法效率很低，极不容易发现其中的问题，不能及时修正错误。通过BIM软件的碰撞检测功能，可以在出图前发现碰撞问题并及时修改，使得处理碰撞问题时达到事半功倍的效果。
2.4 工程量统计与投标展示
钢结构工程虽然材料较为单一，但材料种类仍复杂多样，不同的钢构件有不同的截面尺寸、材质和编号。为方便工程项目管理，钢结构工程量计算需要按照不同部位及构件类型进行分类汇总。因此，钢结构工程量计算式是一项工作量庞大的工程。通过BIM技术可以直接导出所有构件的工程量，而且可以通过模型查找任何一个构件的重量。随着BIM技术的广泛应用，很多建设方在招标时对钢结构企业在BIM技术方面的应用极为重视。BIM技术的应用一方面可以很直观地了解整个项目的实际效果，便于可视化管理；另一方面也是钢结构企业技术能力的综合体现。
2.5 进度管理与成本控制
在钢结构施工过程中，建筑方、设计方又或者施工方由于种种原因存在一些设计上的变更或修改，BIM技术可以随时随地了解构件的加工或者安装情况。钢结构企业也可以通过BIM技术对3D模型建模的过程变更进行标记，为工程最终结算提供有效依据，从而达到控制项目成本的目的。另外，将BIM模型与项目的钢构件制造进度计划相结合管理项目进度既能优化项目进度方案，又能及时处理变更引起的制作问题。利用BIM技术可以在3D模型中加入构件的生产计划，也可以模拟构件拼装顺序，指导现场施工，从而为项目施工进度管理提供很大的帮助。
2.6 力学分析与技术创效
钢结构深化完成后，可以根据设计提出的载荷要求进行受力分析。在建立模型时设定合理约束，并在模型上施加载荷，进行受力分析。根据模型中构件各部位受力情况分析，对应力较大区域进行加强，从而提高结构稳定性与安全性。另外，在深化设计时，所有增加的加劲板等零件，在一定程度上也增加了工程量，为项目增加了收益。
作者：王江斌 中建五局第三建设有限公司
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