BIM技术在超高层型钢结构施工阶段的应用

BIM技术在超高层型钢结构施工阶段的应用

刘旭

身份证号：130130199604292715

摘要：在当今建筑行业中，超高层型钢结构建筑因其独特的结构优势和经济效益，已成为城市天际线的新标志。然而，这类建筑的高度复杂性、施工难度大等特点，对施工技术和管理提出了更高的要求。随着信息技术的快速发展，BIM（技术以其强大的信息集成和可视化特性，在超高层型钢结构施工阶段中发挥着越来越重要的作用。BIM技术不仅有助于优化施工设计、提高施工效率，还能降低施工成本、增强施工安全性。

关键词：BIM技术；超高层；型钢结构；施工应用

1前言

钢结构因其具有抗震能力好、承载能力高、刚度⼤、节约混凝土、增加建筑使用空间、降低工程造价、提高工程质量等特点，成为目前建筑行业⼤型公共建筑和高层、超高层建筑的常用结构类型。在施工阶段，优化型钢结构的节点，加强施工现场管理，确保结构避免碰撞、构件正确安装、节点连接适配、资源配置合理等，已成为型钢结构施工重难点。在型钢结构施工中，结合BIM技术，建立三维实体建模用于辅助分析，充分发挥BIM技术的施工模拟、三维可视化、模拟性、协调性等优势，对型钢结构进行模拟安装、提前规划钢构件孔洞布置，预测潜在问题，为项目施工提供重要保障。

2 BIM技术价值体现

第一，技术。BIM技术用于图纸会审可以通过虚拟模型检查设计图纸的准确性和可行性，这有助于发现潜在的问题并进行改进，从而减少施工现场的变更和额外成本。BIM三维可视化技术交底可以帮助识别潜在问题和安全风险，优化施工顺序、规划安全措施，使施工人员更清晰直观地理解设计意图，提高施工质量、效率及安全性。第二，质量。BIM技术在本项目型钢结构施工阶段的应用解决了“工艺繁多、操作复杂、作业面受限、协调管理”等重难点问题。利用BIM软件对各专业进行碰撞检查，及时发现问题，反馈问题，减少施工阶段现场的变更和成本，确保图纸评审的效率，避免专业碰撞冲突，提高施工质量，缩短工期。第三，协同。在项目全过程管理中，搭建建设、设计、施工、监理、专业分包单位之间的协同办公系统，借助BIMFACE技术，实现BIM模型轻量化显示，网页端和APP端无缝衔接，使现场管理人员及时、真实、准确地获得相关资料，进行模型与图纸浏览并完成相关操作，确保与各方之间的信息互通及有效协调沟通、实时掌控现场施工进展、协调各方工作、合理优化物资进场、促进整改落实。

3 BIM技术应用流程及操作要点

3.1 BIM技术应用流程

BIM模型建立——模型碰撞检查——型钢结构梁、柱节点优化——型钢构件工厂加工——三维可视化技术交底——型钢结构安装。

3.2 操作要点

3.2.1 模型建立

根据设计方提供的图纸，利用Revit和Tekla软件，根据工程特点，建立土建、机电模型和型钢结构模型。对建模过程中出现的问题进行集中整理，生成问题报告单。通过整合各专业模型，得到项目整体3D模型，实现了三维可视化，直观地展示结构相互之间的位置和空间关系。

3.2.2 模型碰撞检查

将整体模型导出成IFC格式，然后导入Navisworks软件进行模型合模检测。合模完成后，进行各专业之间碰撞检查。按照先土建，然后设备内部各专业，最后进行土建与各专业之间的顺序进行碰撞检查。发现三维模型中碰撞、专业冲突位置并及时汇总并生成碰撞报告，以便提前与设计方确认进行规避，同时提出优化建议进行模型优化。能有效解决工序交叉问题，避免后期因图纸问题而产生不必要的返工及沟通成本。

3.2.3 型钢结构梁、柱节点优化措施

针对型钢结构柱平面位置定位、梁柱节点钢筋焊接、钢筋与套筒连接、横纵向钢筋安装等方面进行深化设计，生成优化图纸。总结了以下四种节点处理方式，结合实际情况确定连接方式。(1）梁纵筋穿型钢腹板预留孔。优点：钢筋直接穿孔，操作便捷；缺点：需在型钢腹板开孔，削弱型钢强度，对钢筋绑扎定位严格；适用范围：钢筋直径小，工期紧。(2）梁纵筋与型钢上套筒连接。优点：操作便捷，型钢柱内空间较大，利于浇筑混凝土；缺点：套筒成本较高，焊接时间较长，对钢筋绑扎定位严格；适用范围：钢筋直径大，混凝土质量要求高。(3）梁纵筋与型钢上连接板焊接。优点：对钢筋位置要求较上述两种较低，绑扎较方便；缺点：焊接工程量较大，容易与柱纵筋冲突；适用范围：钢筋数量多，直径较大。(4）钢筋加腋绕开型钢。优点：施工方便，成本最低；缺点：需在钢筋绑扎前进行加腋处理；适用范围：钢筋直径较小且容易进行加腋处理的节点。通过三维模型直观展示梁、柱钢筋以及钢筋的连接形式，预先布置钢筋穿插位置和顺序，可避免钢筋间隙过密，没有施焊空间。对于相邻型钢柱翼缘板处，如果同时使用焊接套筒，不利于梁钢筋绑扎。因此，在相邻型钢柱上翼缘板上焊接托板，使梁主筋焊接于翼缘板上。施工时，先绑扎套筒一端的梁筋后施工焊接端梁筋。另外，在型钢梁柱节点处，如箍筋需要穿过梁柱型钢，会增加施工难度。因此，在设计方同意的基础上，将箍筋制作成为U型，然后穿过钢柱腹板进行焊接。施工人员在具体施工过程中可参考模型及施工模拟，以便现场施工时能按需灵活变通，使得施工现场工序及施工质量都得到更好的保障。

3.2.4 型钢构件工厂加工

在型钢结构建筑中，孔洞位置不准确容易导致钢筋的弯折和受力不均匀，进而导致混凝土浇筑产生空洞、表面不平整等一系列问题。利用BIM技术对翼腹板孔洞位置以及抗剪栓钉位置预排布，经过深化复核无误后，生成详细的加工排布图及下料清单，提交设计方审核。审核通过后，将加工排布图及下料清单交给工厂，根据图纸进行加工放样。确保型钢各构件位置符合设计要求并且排布合理。即使在节点构造复杂的部位，钢筋也能顺利连接、穿过型钢柱，有效避免由于孔洞位置不准确而导致的返工或施工质量等问题。同时，减少了提料工作量，提高了下料准确性和工作效率，最大程度减少返工及材料浪费。

3.2.5 三维可视化技术交底

BIM技术实现三维可视化，同时能够在模型中标注相关技术参数，如型钢结构梁柱的型号、重量、数量、几何尺寸、平面位置、标高，以及钢材的品种、类型、规格，连接方法和技术措施等，使得施工团队和相关方更好地理解和共享有关型钢结构施工的重要信息。此外，通过制作三维施工模拟动画，可以将吊装、焊接工艺、技术保障措施等关键施工节点的整套施工工艺和操作流程以动画形式真实模拟展示，实现可视化交底，直观易懂，有助于施工操作人员更好地理解应用，从而提高施工质量和效率。

3.2.6 型钢结构安装

(1）成品运输及吊运。利用三维场布设计，进行临建布置模拟，根据项目情况，布设塔吊、材料堆场以及进场路。高精模型提供了空间布局合理检测，以满足安全文明施工及型钢结构施工阶段现场资源的调配使用，助力项目精细化管理。根据分析结果，共有多处影响塔吊安全和较大重量的钢构件。对于低层靠边角塔吊无法调动的钢构件，在外围用大吨位汽车吊进行安装，高层超重钢构件将采取分段措施安装。(2）精准就位。采用BIM三维测量定位技术，根据设计的定位坐标将钢构件和节点通过软件进行放置。再利用3D激光扫描仪等设备对现场进行数据提取采集和处理，通过逆向建模进行对比分析，对型钢混凝土柱的轴线位移、水平度、垂直度、侧向弯曲等参数进行检查复核，及时调整，纠正偏差，为型钢结构梁柱安装提供了精度的保障。

参考文献

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[2]胡凯,蔡振伟,彭泉胜,等.浅析BIM技术在超高层钢结构施工中的应用研究[J].中国建筑装饰装修, 2023(8):143-142.

[3]刘思腾,于椿汶,李超超,等.浅析BIM技术在超高层钢结构施工中的应用[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术, 2022(8):2.