BIM在钢结构施工和风险管理中的技术应用

刘 维

上海市工程建设咨询监理有限公司 上海 200433

近年来，钢结构已逐渐成为建筑领域广为应用的一种建筑结构。虽然钢结构可以满足当代建筑施工的很多新要求，但其体量大与模型复杂的特点，对施工过程的管理提出了新的挑战。随着BIM技术的应用，通过构建3D模型，并将工程参数录入计算机中，可以实现钢结构管理数字化，为施工设计和过程管理提供有利的条件，提升钢结构施工期间的安全性。

1 BIM技术在钢结构施工前的应用

1）设计可视化，明确管理重点。BIM技术通过3D模型将钢结构设计以立体模型的方式呈现出来，可以让管理人员清楚地了解钢结构设计，发现工程各构件间的联系，熟悉关键隐蔽部位的情况，提前明确施工管理中的重点，便于在施工中更好地落实管理要求[1]。

2）模拟施工过程，优化项目工期。钢结构项目包含的工艺与工序众多，如采用传统施工管理模式，很难提出满足钢结构施工要求的最优方案。BIM技术可以通过数据统计分析，根据使用需要优化施工计划，并以可视化的方式模拟施工过程，从而明确施工设计方案在工程中的效率与可行性，有效地缩短钢结构工程的工期[2]，提升钢结构管理工作效率与质量[3]。

3）检验模型合理性，降低返工风险。钢结构工程的工序众多，构建好的BIM模型可以清楚地反映施工设计方案在工程中的应用情况，通过自动计算判断钢结构施工设计是否具有可行性，快速发现施工图纸中不切实际的地方，提醒管理人员在施工前进行修正，从而避免传统模式中因图纸存在问题而导致大量返工与设计变更的情况[4]。通过4D模拟试验排查施工期间可能出现的突发事故，分析应急预案在应对该类事故时是否合理有效，为施工管理提供更为可靠、安全的保障[5]。

4）优化资源调配，提高施工效益。在钢结构施工管理中，BIM技术可以快速掌握工程资源持有量与分布情况，按照施工方案与施工各阶段的管控要求，动态优化施工现场的材料、工作人员与施工设备安排，提高施工资源调度的合理性。在提升钢结构施工效率同时，有效降低项目成本，让施工单位从项目中获得更多利润[6]。

2 BIM技术在钢结构施工中的应用

1）信息综合管理。钢结构项目作业体量庞大，在工程运行期间会产生大量的信息，如使用传统数据管理方式，无法全面收集施工数据，难以为数据信息设置标准的管理体系。因此，在项目施工后期，在管理层面会出现很多问题，导致项目可能延期交付。BIM技术应用在钢结构施工中，可以在设定的流程下记录工程数据，提高记录信息内容的可靠性与完整性，并将信息进行分类处理。施工管理人员可以整理施工数据，同时对相关数据进行动态追踪，对施工过程进行无死角监管[7]。BIM技术应用到钢结构施工中，可以帮助管理人员进行钢结构工程现场管理工作。另外，应用BIM技术可建立信息共享平台，同时编制信息共享机制，按照工作流程采集、整理信息数据，防止误用信息等情况出现。

2）实时施工管理。在钢结构工程中，为保证工程施工按照要求进行，管理人员使用BIM技术辅助管理工作，可以掌握工程各阶段的施工参数，通过BIM技术可以比对实际施工与设计存在的差距，发现双方差距呈现增大趋势时，快速查找问题原因并制定解决对策，提高施工方案的可操作性与合理性[8]。合理应用BIM技术可以为管理人员提供有价值的参数，便于管理人员从宏观上控制工程施工，对施工进行动态跟踪控制，及时发现并解决施工中出现的问题。保证各工序中不存在质量问题后，方可进入下道工序的施工。在钢结构施工成本管理期间，通过BIM技术实现内部数据共享，在三维模型中，掌握施工情况，按照项目建设信息与要求规划项目管理工作，计算工程的物资与人力资源，从而合理、科学、高效地分配施工资源，将工程资源的损耗率降至最低。

3 案例分析

3.1 项目概述

某数据中心项目，工程所用的主要材质为Q355B钢材，总用钢量约为1.9万 t，结构类型为框架结构，平面尺寸南北向宽205 m、东西向长206 m，结构柱为箱形截面，结构梁为箱形和H形截面，组合楼板类型为闭口型压型钢板。工程中需使用高强螺栓约25万套、楼板栓钉约50万套。

3.2 风险因素与防控对策

3.2.1 图纸深化

本工程中的工程图纸版本多（结构4个、幕墙3个、机电支架2个，变更2次），图纸深化的次数也多。深化过程等待确认时间长，有效深化的周期短。工程构件总数达50万件，深化构件零件数量庞大，增加了施工作业难度。结构存在降板多、节点复杂等问题，致使图纸深化复杂、烦琐，大大影响了生产时间。

针对上述风险隐患，在图纸深化阶段，面对特殊问题，及时调整工作思路，合理调度人员，通过BIM技术的数据分析，决定提前进行备料工作，同步推进备料工作与深化出图，由此可以缩短备料工作的周期，同时快速开展生产加工工作，充分提高了该环节的工作效率。在图纸设计期间，与设计院建立了基于BIM协同平台的沟通渠道，确保各环节工作沟通可以无缝连接。

3.2.2 大梁施工

大梁选择加工厂分段制作，增加预埋、支撑体系，分段加工的构件运至现场后进行支撑，然后吊运至高空进行组装。该施工方法增加了工作难度。另外，构件的进场顺序、支撑安装及卸载是大梁施工的难点，需要在施工过程中随时关注吊装的安全监控、验收等工作。

大梁施工存在一定的难度，会增加工程延期交付的风险，通过BIM技术分析吊装工况，验算支撑体系的承载力，结合相关数据制定施工方案，同时严格按照方案开展工作、约束施工行为。

现场吊装管控需要在技术交底后进行，严格按照方案交底、施工。钢梁预起拱在设计要求下进行，在施工各阶段检测实际变形结果，按照施工要求进行适当调整。按照方案开展工作，在焊接固定后进行整体卸载工作。最后，以影像资料形式记录需要保留的大梁安装过程的施工数据。

3.2.3 高空作业

现场作业点多面广，同时在工程中有大量高空安装与吊装作业，增大了安全管理的工作难度。

针对上述隐患，施工单位在工程启动前，按照安全生产手册建立钢结构安全防护体系，体系内容较成熟，根据BIM模拟情况优化并确定项目施工流程与各工序工作内容，从而保证工作人员可以按照安全防护体系工作，在安全防护措施下，为工作人员构建安全的工作环境。为了保证施工现场的安全性，现场安全管理人员需要具备相关的资格证书和丰富的工作经验，可以应对现场突发状况。在施工过程中，安全管理人员需要对全过程进行安全监督。另外，在施工前确定现场各管理人员的岗位职责，并定期进行安全教育，宣贯职责，让现场管理人员逐渐形成安全管理的意识，发挥职责作用，完成安全管理工作。

3.3 BIM技术在钢结构项目实施中的应用

1）准备阶段。管理人员在钢结构项目启动后，使用BIM技术比对备选方案，从施工技术、经济、安全与进度等方面进行权衡，从中选择性价比、安全度最高的方案。通过BIM技术可视化功能，可以在输入方案后，看到关于钢结构施工的立体模型，从而更加直观地掌握项目数据，为方案比对提供了便捷的条件。另外，在BIM技术构建的模型下，可以发现各方案存在的风险隐患，凭借可视化模型快速制定操作性高的解决预案，确保施工安全。

2）设计阶段。使用BIM技术可以直观展示建筑设计方案，通过立体模型清楚地展示建筑主体情况、管理模型与电气系统模型，并对设计模型进行深层次的分析。结合模型，快速发现并解决方案中存在的问题，以降低设计工作的难度，便于设计人员分析方案，提高设计方案内容的合理性，将干预因素对施工造成的影响降至最低。

3）施工阶段。设计方、委托方、施工方、监理方可以通过BIM技术掌握项目的进行情况，定期围绕钢结构施工开展研讨会，及时提出施工中存在的问题，各方讨论并提出解决问题的意见。BIM技术构建的信息平台，也为各部门人员交流提供了便利，管理人员可以掌握工程进度情况，从而提高施工管理水平，保证工程按照计划推进，且可以有效地控制工程成本。

4 结语

钢结构具有体量大、模型复杂、施工难度较大、危险性较高的特点，对施工进度、成本与安全管理均提出了不小的挑战。钢结构项目管理人员在施工中选择BIM技术，利用该技术可视化等优点，模拟施工过程、优化设计方案，对施工进行全过程监管，挖掘BIM技术在施工管理中的最大价值，应用BIM技术开展动态建模、信息管理与施工管理等工作，为各工序工作的开展提供良好的基础，从而及时发现施工中的风险并给出专项应对方案，强化钢结构施工风险管理能力。

合理应用BIM技术，成为施工单位高效、安全开展钢结构施工的最佳工具，为保证项目在工期内完工、达到业主的要求提供了有力保障。