BIM技术在钢结构智能建造中的应用与研究

BIM技术在钢结构智能建造中的应用与研究

黄磊  李鹏飞 王利辉 崔文娟

  中国建筑第六工程局有限公司

摘要：在当前信息技术飞速发展的背景下，建筑行业也面临着越来越多的挑战和机遇。钢结构智能建造作为一种前沿的建筑技术，已经成为建筑行业追求高效、精确和可持续发展的重要方向之一。然而，随着建筑项目规模和复杂性的增加，传统的建筑设计和施工方法已经无法满足需求，迫切需要一种更高效、更智能的解决方案来提升建筑项目的质量和效率。在这一背景下，建筑信息模型（BIM）技术应运而生，本文旨在探讨BIM技术在钢结构智能建造中的应用与研究。

关键词：钢结构；智能建造；BIM技术

滨海-中关村科技创新产业园一期工程新型产业用地建设项目（二标段），位于天津滨海中关村科技园内，用地总面积为57071.10平方米，总建筑面积为87495.66平方米。其中地上单体9栋，其中产业用房8栋，附属配套1栋。产业用房均为钢框架结构，装配率均为 72%。滨海-中关村科技创新产业园一期工程新型产业用地建设项目以自主创新为主攻方向，以“科创+工业+服务+生态”为规划目标，以建设低碳环保的绿色生态示范园区为宗旨，载体建设具有多样性、灵活性、定制化等多重特色。将构建 5 分钟消费圈和 20 分钟生活圈，按照生产和生活的差异化需求，进行科学分区，形成动静分离的规划特色。打造智慧智能体系，全面建设面向未来的智慧园区。

BIM技术以其全面、一体化的特点，为建筑行业提供了一种全新的设计、施工和管理方法。它通过将建筑项目的各个方面整合在一个统一的平台上，实现了设计、施工和运营过程的高度协同和一体化。这种综合性的特点，使得BIM技术成为了钢结构智能建造的理想选择。

一、智能建造的概念与特点

智能建造是一种利用现代科技手段，结合信息化技术和自动化设备，实现建筑施工全过程智能化的新型建筑技术。其核心理念是通过高度集成的信息化系统，实现建筑施工过程中的数据共享、工序优化和资源协调，从而提高建筑施工的效率、质量和安全性[1]。其具有以下特点：第一：自动化与智能化。智能建造借助自动化设备和智能系统，实现建筑施工过程中的自动化操作，减少人工参与，提高工作效率和质量。第二：信息共享与协同：智能建造通过建立集成的信息化系统，实现建筑施工各个环节的数据共享和协同，便于信息交流和决策-making，减少信息孤岛和重复工作。第三：智能监控与管理：智能建造利用传感器、监控系统等技术手段，实时监测施工过程中的各项指标和参数，帮助管理人员快速发现问题并采取相应措施，提高施工质量和安全性。第四：可视化与模拟：智能建造通过建立虚拟建筑模型和仿真系统，实现对建筑施工过程的可视化展示和模拟分析，帮助人们更好地理解和掌握施工过程，提前发现和解决问题[2]。第五：环保与节能：智能建造注重绿色施工和节能减排，通过优化资源利用、减少建筑废弃物的产生等措施，降低对环境的影响，实现可持续发展。

二、智能建造与BIM技术的关系

智能建造与BIM技术之间存在着密切的关系。BIM技术它可以通过数字化的方式记录和管理建筑项目的所有数据，包括设计、施工、运营等各个阶段的信息。通过BIM技术，建筑项目可以实现全面的信息共享和协作，不同团队之间可以实时交流和共享数据，从而提高项目的协同效率。不仅如此，BIM技术还可以为智能建造提供精确的数据模型，为各种智能技术的应用和整合提供基础。智能建造也为BIM技术的应用提供了更广阔的空间，智能建造所采用的各种技术可以为BIM技术提供更多的数据来源，例如传感器数据、监控数据等；这些数据可以进一步丰富和完善BIM模型，提高模型的准确性和可靠性。与此同时，智能建造还可以为BIM技术的应用提供更多的场景和需求，推动BIM技术的不断创新和发展。

三、BIM技术在钢结构智能建造中的应用

（一）BIM技术在钢结构设计中的应用

在钢结构智能建造中，BIM技术在钢结构设计方面的应用是非常重要的。通过BIM技术，工程师可以利用三维模型来进行钢结构的设计和分析[3]。在设计阶段，BIM技术不仅可以帮助工程师更加直观地理解和评估不同设计方案的可行性，并通过模型的可视化展示，提供更清晰的设计思路。同时，BIM技术还可以在钢结构设计过程中实现参数化设计，通过设置不同的参数，自动生成各种不同设计方案，从而提高设计效率和精确度。除上述所说之外，BIM技术可以与其他专业软件进行集成，实现多学科的协同设计，确保钢结构设计与其他系统的无缝衔接。

而在钢结构设计完成后，BIM技术还可以帮助工程师进行结构分析，通过模拟荷载和应力分析，评估钢结构的稳定性和安全性。此外，BIM技术还可以进行碰撞检测，避免不同构件之间的冲突，提高施工的效率和安全性。

（二）BIM技术在钢结构施工中的应用

在钢结构施工中，BIM技术的应用为智能建造注入了新的活力。第一，BIM技术可以通过三维建模，提供全方位的钢结构施工信息，包括构件的准确位置、尺寸和数量等。这使得施工人员可以在施工前进行全面的规划和预测，从而减少施工过程中的错误和重复工作。第二，可以实现与其他智能设备的无缝连接，如传感器、机器人等

[4]。例如，通过与传感器的联动，BIM技术可以实时监测施工现场的各项数据，如温度、湿度、压力等，从而及时发现并解决施工过程中的问题。

第三，可以提供施工人员的培训和指导。通过虚拟现实技术，施工人员可以在模拟环境中进行实战训练，提高工作效率和质量；同时，还可以为施工人员提供实时的指导和反馈，确保施工过程的准确性和安全性。相信随着BIM技术的不断发展和应用，钢结构智能建造的发展将迎来更加广阔的前景。

（三）BIM技术在钢结构运维中的应用

BIM技术的应用为钢结构建筑的管理和维护提供了更加智能化和高效的解决方案，具体可体现在以下几个方面：第一，BIM技术可以实现钢结构的全生命周期管理，包括设计、施工、运营和维护等各个阶段。通过将钢结构的相关信息和数据集成到BIM模型中，运维人员可以实时监测钢结构的状态和性能，及时发现并解决潜在问题。第二，BIM技术可以实现钢结构的智能化监控和预测维护。通过将传感器和监测设备与BIM模型相连接，可以实时收集和分析钢结构的运行数据，如应力、振动、温度等参数。基于这些数据，BIM模型可以进行智能化分析和预测，提前发现可能出现的故障和问题，并提供相应的维护建议。第三，BIM技术还可以实现钢结构的远程监控和管理。运维人员可以通过云平台远程访问和管理BIM模型，实时了解钢结构的运行状况，并进行远程控制和调整。这样不仅可以提高运维效率，还可以减少人工巡检的工作量和成本。

四、钢结构智能建造中存在挑战与未来发展方向

钢结构智能建造是现代建筑领域的一个重要发展方向。然而，在实施钢结构智能建造的过程中，仍然面临着一些挑战。例如，钢结构智能建造需要高度的技术集成和协调，涉及到多个领域的专业知识，如结构设计、材料科学、机械工程等[5]。因此，如何实现各个领域之间的无缝对接和有效的沟通合作是一个重要的技术挑战。又如钢结构智能建造需要依靠先进的自动化和智能化设备，如机器人、无人机等。然而，目前这些设备的应用仍然面临着技术限制，如精确度、速度和灵活性等方面的问题。因此，如何提高设备的性能和可靠性，以满足钢结构智能建造的需求，是另一个重要的技术挑战。不仅如此，钢结构智能建造还需要解决材料的可持续性和环境影响的问题。钢结构在建筑中的应用量大，因此如何降低钢材的消耗和能源消耗，减少对环境的负面影响，是一个迫切需要解决的挑战。

针对上述存在技术挑战，未来钢结构智能建造的发展方向应朝着下述三个方向发展：第一，需要进一步加强各个领域之间的合作与协作，推动技术的集成和创新。第二，应大力发展先进的自动化和智能化设备，提高其性能和可靠性，以满足钢结构智能建造的需求。第三，应加强对材料的研究和开发，探索新型钢材和环保材料的应用，实现钢结构智能建造的可持续发展。

五、结束语

总而言之，BIM技术在钢结构智能建造中的应用与研究无疑为建筑行业带来了革命性的变革。通过BIM技术的引入，钢结构智能建造的设计、施工和运营过程将得到显著改进，提高了工程质量和效率。虽然当前阶段仍然存在一些挑战和问题需要进一步研究和解决，但相信BIM技术在钢结构智能建造中将发挥更大的作用，为行业的可持续发展带来更多机遇和突破。

参考文献

[1]李解,童宇超,邹海涛,郭祥,张俊毅,钱少波. 基于BIM的智能建造技术在杭州西站的研究与应用[J]. 安装,2023,(09):65-69.

[2]王艳艳. 新型集束智能装配式结构体系及性能研究[D].中原工学院,2023.

[3]黄磊磊,李敏. 基于BIM技术的大型钢结构建筑智能建造关键技术的应用[J]. 智能建筑与智慧城市,2022,(11):87-89.

[4]王鹏,闫希晔,尹慧楠,王益民,桑秀兴. 城市副中心剧院项目钢结构全生命期BIM+智能建造综合应用[J]. 建筑技术,2022,53(08):1082-1085.

[5]李元齐,杜志杰,路志浩,安东亚,苏磊,郑华海. 装配式钢结构体系建筑一体化建造技术研发和实践[J]. 建筑钢结构进展,2021,23(10):12-25.