BIM技术在钢结构工程设计制造中的应用研究

张涛

摘要：BIM技术在建筑设计中的应用实现了建筑设计行业的创新发展，利用BIM技术能够建立更加科学和高效的建筑数字模型，能够有效提高建筑工程结构设计质量，确保建筑施工安全和提高施工效率。本文针对BIM技术在钢结构工程中的应用进行了研究分析，结合工程设计实例进行了探讨，旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：BIM技术；钢结构工程；设计制造

1 BIM技术基本特征

BIM技术是Building Information Modeling技术的简称，该技术通过数字化3D技术对建筑工程中涉及的多种信息进行全面的整合，实现了工程数据模型的构建。该技术综合了建筑工程管理全过程中设计、施工、运营、维护等诸多环节的相关内容，将传统的建筑工程设计与管理的纸质文件转化为数字化文件，并以3D可视化的形式加以展示，提升了工程设计与管理人员提取与处理建筑工程信息的准确性与效率性。

1.1 参数化3D模型

BIM技术建模过程中应用的数据信息直接来源于建筑设计参数，通过参数化建模的形式直接将方案设计信息转化为3D模型，以此实现了建筑设计方案2D向3D的转换。参数化的3D模型完全与设计方案向契合，同时在设计过程中能够通过参数的调整直接进行建筑结构智能化设计，保证建筑设计整体的合理性。

1.2 可视化技术

BIM技术的应用其主要特点在于设计方案与施工管理过程的可视化，以往的2D设计与施工管理方案转变为3D可视化模型，设计与施工人员能够通过直接的观察，实现设计与施工管理判断识别，进而完成相应工作的管理与优化。现阶段，建筑工程的体量不断增大，施工工艺应用也相对复杂，仅仅依据传统的方案数据往往难以从整体上对设计与施工工作进行把控，应用BIM技术在实现方案可视化的基础上，结合工期管理、造价管理等诸多因素对建筑工程进行全方位管理工作。

1.3 统一化的信息标准

当前，数字化信息技术在建筑工程领域中的覆盖范围不断扩大，随之而来的是不同软件平台或管理系统内部信息标准的衔接问题。当前，建筑设计与施工管理工作中应用的BIM软件执行的是IFC标准，也是众多信息处理软件的执行标准，因此BIM软件在使用过程中能够更好的实现信息录入与数据输出，统一化的信息标准有效提升了设计与施工管理方案使用的便捷性。

2 BIM技术在钢结构工程设计制造中的应用

2.1 高度直观的可视设计

在应用BIM技术进行建筑设计的过程中，3D模型能够有效实现建筑设计理解度的提升，能够方便的进行设计方案共享交流，数字化的信息载体有效提升了方案处理效率。同时，高度直观的设计结果为设计人员进行结构调整优化提供了更为便捷的途径。

2.2 高度统一的关联设计

BIM的3D设计结果其基础是设计方案的数据支撑，相应的模型与数据是一一对应的，这种高度统一的关联设计保证了设计方案与实际成果的一致性，同时也有效实现了设计方案调整优化过程的统一性，避免了人为操作失误对设计结果的不利影响。

2.3 高效精确的自动统计

建筑工程设计阶段形成的信息对于工程整体质量与成本造价等要点环节有着直接的影响。借助BIM技术，设计人员能够将工程设计的全部信息录入系统形成工程数据库，借助自动统计功能实现数据的全面收集整理，从而实现全过程施工质量与成本造价控制，获得理想的设计结果。

2.4 高效严谨的协同设计

BIM技术的应用是对建筑工程全过程的优化整合，通过数据信息可视化的形式为建筑设计与施工提供了协同工作的有效途径。在建筑设计过程中，设计人员能够通过BIM技术提供的共享途径，不同部位的设计人员能够进行配合工作，有效避免了因信息传递不畅导致的设计偏差，维持设计方案的一致性。

2.5 快速及时的计算模拟

BIM技术应用优于传统建设设计方法的要点在于信息处理效率的提升，通过BIM软件内置的统计、计算、分析等系列功能模块，能够保证设计分析结果的准确性，实现设计流程的标准化控制，对设计方案与思路进行控制，同时对设计结果进行及时的评估。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

某钢结构建筑工程占地面积5680㎡，总建筑面积118725㎡，总建筑高度为95.28m。该建筑顶端钢结构由钢桁架及连系梁构件组成，钢结构连接体系部分总高度25.5m，最大跨度55m，最小跨度是25m。该钢结构共有75个水平、斜向杆件安装连接构成。下图1为该建筑钢结构示意图。

3.2 BIM设计分析

本建筑工程钢结构部分设计使用ANSYS有限元分析软件进行建模分析，结合TERLA进行BIM三维放样，从而实现可视化工程设计。

（1）连体钢结构施工虚拟仿真技术

根据本工程实际设计参数通过BIM软件建立计算模型，导出CAD文件，形成TEKLA模型，结合该模型进行本建筑钢结构的整体分析，对施工节点进行细化，确定构件尺寸，对施工方案进行优化处理。

同时，应用BIM技术对TEKLA模型进行模拟施工，对构件提升、安装等施工工序进行模拟施工，通过可视化功能实现制造安装虚拟仿真，对体积碰撞等情况进行预估，为精确定位与顺利安装制定标准化流程。下图2为连体钢结构提升部分设计尺寸。

（2）复杂节点设计分析

作为钢结构体系中重要的载荷部位，梁柱连接点的应力较为集中，设计过程中应以此部位为设计重点。本建筑钢结构体系节点位置的构建类型主要包括梁、柱、斜撑、侧向连接杆等类型，具体设计尺寸为：钢梁截面700mm×300mm，柱和斜撑截面500mm×400mm，节点部位钢板设计为加强板厚度60mm。

根据结构节点应力特性与制作安装施工流程进行节点位置的设计，其基本要点为：（1）桁架平面内部载荷设计标准应强于平面外部设计标准：（2）主桁架载荷设计标准应强于次桁架设计标准；（3）桁架单元载荷设计标准应强于联系杆件设计标准；（4）钢结构体系中的各构件设计应保证结构体系中得整体协调性与稳定。

同时，为了保证各节点施工质量，节点部位在钢结构制作车间内用大型机械制做成整体节点，由于构件截面比较大，在制作过程中需要对每个杆件进行精准定位后安装，本工程采用TEKLA进行深化设计，优化节点设

计，达到精确放样，从而保证了节点制作、安装质量。

4 结语

综上所述，作为建筑工程领域中应用较为广泛的BIM技术，在实际使用过程中因其突出的参数3D化、模型可视化以及信息标准化在建筑工程实际使用中收到了理想的效果，成为了行业工作者们关注与研究应用的热点内容之一。BIM技术在钢结构工程设计制造中的应用，有效提升了设计与施工管理的科学性，为提升建筑工程质量，保证建筑实际使用性能打下了良好的基础。

参考文献：

[1]黄子浩.BIM技术在钢结构工程中的应用研究[D].华南理工大学，2013.

[2]李凯，黄振邦，于培德.BIM技术在钢结构施工方案优选中的应用[J].钢结构，2015，11：88-93+82.