BI M技术在高层建筑钢结构安装工程中的应用分析

李大贵，孟珊，肖星星，雷俊，陈健辉

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 深圳 518000）

1 BIM在高层建筑钢结构安装中的技术优势

1.1 实现可视化施工管理目标

基于BIM技术，相关人员可建立高层建筑的3D模型，利用该模型的可视化效果进行安装施工管理，确保钢结构各构件的安装精确度。在此过程中，3D模型可帮助施工人员直观地查看钢结构的连接点以及各构件分布情况，更清晰地处理钢结构安装中的各类问题、设计人员可根据模型中的立面、平面、剖面信息合理调整钢结构安装工程的设计参数，完善高层建筑钢结构安装施工方案[1]。

1.2 有效协调钢结构安装作业

高层建筑钢结构安装工程中所涉及的施工作业较多，钢结构分布较为复杂。BIM技术可利用BIM信息模型协调钢结构安装作业，提升建筑钢结构安装项目管理效率。具体来说，BIM信息模型可促进施工人员、设计人员、管理人员的交流沟通，更为立体地展示钢结构安装施工方案，降低技术交底难度，预防工期延误风险。另外，相关人员可利用BIM模型细化钢结构安装作业，直观地检查钢构件安装、连接活动，有效协调安装作业，规避各类常见质量风险，使施工人员顺利完成钢结构吊装、衔接任务[2]。

另外，钢结构安装精度要求较高，但环境因素、人为因素、设备因素对建筑钢结构安装施工质量的影响较大。BIM技术可通过优化钢结构安装方案，整合高层建筑建设中的钢结构安装信息，更高效地传递安装施工数据，协助一线施工人员排查质量与安全风险，保障钢结构安装施工的精度，同时通过及时评估，发现钢结构安装中的安全隐患，改进钢结构安装方案，保障建筑钢结构安装工程的施工安全。

2 BIM技术在高层建筑钢结构安装工程中的具体应用

2.1 应用流程

BIM技术应用于高层建筑钢结构安装时，相关人员可将高层建筑钢结构的施工设计方案输入Navisworks软件，建立钢结构BIM安装模型，该模型可以可视化地模拟高层建筑钢结构安装施工全过程，满足工程施工管理要求。具体应用流程如图1所示。

图1 高层建筑钢结构安装中BIM技术的应用流程

2.2 建立BIM钢结构模型

借助Revit软件，构建钢结构BIM模型[3]。Revit软件启动后，可按照输入的项目信息创建视图界面，用3D立体的图形呈现钢结构安装工程。联合高层建筑结构设计分别建立钢结构平面图、剖面图、立体面图，并将其合并为BIM模型。模型中包含钢结构安装中螺栓分布情况，以及钢构件安装所需的施工设计参数。钢结构BIM模型可在Revit软件的作用下，展示钢结构中底板结构、钢板焊接设计、钢柱安装设计，高效地完成技术交底工作，并用可视化的模型指导施工人员完成施工任务。

2.3 可视化仿真模拟施工

BIM技术体系中，Navisworks软件可支持高层建筑钢结构安装工程的可视化模拟。该软件不仅可整合钢结构安装中的所有3D模型，还有漫游功能。可利用Project软件导入钢结构安装施工模型，关联安装工程、工况，并用动画形式将高层建筑钢结构安装工程反映到计算机终端展示界面，同时支持关联人员的虚拟操作，模拟钢结构安装施工全过程。

以地下室定位器安装、核心筒钢板剪力墙安装、外框钢柱及钢梁安装等分项工程为例，基于BIM施工模拟动画，钢结构安装工程中，相关人员可直接依据模型中的施工参数固定地下室定位器，连接高层建筑中的钢结构、混凝土基础结构，顺利地将圆形钢管固定在钢柱底部的钢板上；然后按照图示中建筑地下室内的钢构件、混凝土顶面连接区域的定位器分布情况，完成钢结构安装、焊接工作。

高层建筑钢结构安装工程中核心筒剪力墙是指将钢板、圆钢管焊接成钢结构，其安装作业需要通过对称吊装的方式将钢构件安装到位。BIM模型同样可施工模拟核心筒剪力墙的安装活动，协助施工人员顺利地将钢板、圆钢管吊装到位。比如，基于BIM模型中的平面视图，施工人员可及时安装端部的剪力墙，然后将其与建筑结构中的箱形梁相互连接，焊接后吊装高层建筑内部剪力墙。在此过程中，BIM模型可有效控制剪力墙的安装误差，并用错层变换安装的方式完成吊装任务，提升钢结构安装精度。钢梁、钢柱安装时往往需要搭设高空操作平台，利用BIM模型仿真模拟时，相关人员可确定操作平台的位置，设计出可调支撑平台；然后依据钢梁、钢柱安装方案，有序地模拟高层建筑中塔楼、标准层中的钢结构安装活动，分析安装方案的可行性。

2.4 钢结构安装进度管理

BIM技术不仅可用于高层建筑钢结构安装施工指导方面，还能改善钢结构安装进度管理。相关人员可直接在BIM软件中输入钢结构安装工程的时间参数，使BIM模型中的进度计划与实际工况信息相互作用，呈现钢结构安装进度。管理人员可借助BIM进度管理模型，提前分析钢结构安装工程中的各项参数，安排施工作业，协调钢结构安装施工中的人力、物力资源，然后分别模拟高层建筑各区域的钢结构安装过程，排查钢结构吊装中存在的冲突问题，避免在实际作业中损耗大量时间。

实际管理过程中，在BIM-Project软件中输入数据库内的项目信息后，管理人员可自动输入运行命令，然后通过Time Liner按钮下达进度管理指令。之后，BIM软件可依据进度计划和目标整理钢结构安装工程的施工信息，重建任务层。而管理人员则可按照软件任务层的整体设计建立进度管理模型，更合理地安排钢结构安装中的施工任务，提升高层建筑钢结构安装工程的施工效率，防范进度风险。

2.5 钢结构安装质量管理

质量管理是高层建筑钢结构安装工程的重要管理内容，BIM技术在实际应用中可通过自身的施工模拟过程，满足钢结构安装施工的质量管理要求。具体来说，基于BIM技术，相关人员可借助BIM模型对施工人员进行技术指导，保障钢结构安装过程的施工质量。比如，管理人员可利用BIM技术将钢结构安装信息输入模型，BIM模型可仿真模拟钢结构安装施工全过程；而施工人员可通过扫描现场二维码，查看模拟动画，了解钢结构安装工序，规范作业行为，加强钢结构安装质量控制。

在高层建筑钢结构安装工程中，BIM技术体系中的Navisworks、Revit等软件可虚拟吊装钢构件，然后借助Time Liner的功能关联项目操作及信息资源。关联操作结束后，分别在任务层设置钢构件的安装任务，并利用Time liner中的配置命令调整模型外观参数，对钢结构安装工程实施顶层结构设计，同时动态化模拟钢结构各构件的安装活动，协助现场施工人员把控施工流程，排查质量风险，调整构件安装方案。比如，在吊装外围钢结构时，构件重量、长度控制不当都会诱发质量风险，而BIM模型可用可视化的信息数据模型呈现该区域的吊装活动，使施工人员掌握钢柱结构特征及分布情况，有效地控制钢构件的安装施工参数，高质量地完成吊装任务。

2.6 关键节点的施工模拟

高层建筑钢结构安装工程中的子项目较多，安装施工中关键节点的施工工艺非常复杂，所以，实际应用中BIM技术可对钢结构安装中的关键节点进行施工模拟，用动态化、可视化的动画视频指导钢结构关键节点的安装作业。比如，在某高层建筑工程项目中，高层建筑的3～12层为型钢混凝土柱结构，钢柱、钢梁捆扎时的难度较大，需要BIM技术模拟整个施工节点的安装工程。

1）基于BIM技术建立关键节点施工模拟中的信息集合，Navisworks软件可通过进度计划、施工设计信息、命令选项的整合，自动制作高层建筑钢结构关键节点安装时的场景动画。

2）借助Time liner中的“Ani-mator”新建场景，可以更清晰地创建模拟动画，使施工人员可从不同视角观察钢构件各节点的安装情况，分析有无冲突问题。

3）动态模拟钢筋、钢柱绑扎时的安装活动，指导施工人员掌握安装工序。若发现冲突问题，还应立即调整施工设计参数，并改变动画设置参数，重新模拟施工作业，确认无误后执行安装方案；与一线施工人员进行技术交底，可视化地指导钢结构安装工作。

3 结语

综上所述，城市空间开发中，高层建筑项目规模明显增加，钢结构作为高层建筑工程常用结构之一，其安装工程具有较强的复杂性。BIM技术的应用可帮助施工人员应对钢结构安装中的施工难点辅助钢结构安装施工管理，同时通过仿真模拟钢结构安装过程，高效完成钢结构安装工程中的技术交底工作，保障钢结构安装质量，提升高层建筑项目的整体建设水平。