李彦婕 杨亚丽 刘可心
（西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳621010）
摘要：当前BIM技术已成为我国建筑业信息化发展的核心技术之一，是当前的研究热点。围绕BIM技术在钢结构工程中的应用研究，分设计、施工、运营三个阶段综述国内学者们的研究文献，总结现有研究的不足，并提出基于BIM的绿色设计、全过程施工管理、运营管理等仍有待进一步研究。
关键词：BIM技术；钢结构；全寿命周期管理
美国标准协会（NBIMS）对BIM(building information modeling)的定义是:BIM是一个设施（建筑项目）物理和功能特性的数字表达；是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同的阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业[1]。BIM理念源于乔治亚理工大学教授Chuck Eastman于1975年提出的“建筑描述系统”理论。随着计算机技术的发展，国外一系列基于BIM理念开发的应用软件应运而生。美国于2007年发布了国家标准（NBIMS），并得到广泛认可。欧洲一些国家，特别是芬兰、挪威、德国、英国等，BIM应用软件的普及率已经达到60～70%[1]。我国于2005年正式引入BIM技术，我国住建部在“十五”科技攻关计划、“十一五”科技支撑计划、“十二五”、“十三五”信息化发展纲要中都在强调BIM技术的推广运用[2]。目前，BIM技术成为理论研究和实践应用的热点技术，也是建筑业未来转型和发展的关键技术。
钢结构工程是以钢材为预制构件的原料，现场拼装时构件间采用特定连接方式的一种结构。它具有轻质高强、力学性能良好、抗震性能优越、施工速度快、工业化程度高、投资回收快、外形美观、可再次利用及符合可持续发展政策等一系列的优点[3]，被广泛地应用于大型厂房、轻型及大跨度结构工程、高层建筑工程等领域中。目前，我国钢结构设计、施工等方面的规范标准较为完善，设计、施工技术水准全面提升，钢结构建筑发展已颇具规模，并且具备良好的发展空间[4]。但钢结构建筑建设过程中仍然存在诸如设计方案不合理导致用钢量、投资大；设计可施工性差；钢结构加工和施工安装企业生产效率和信息化管理水平较低等问题，迫切需要引入BIM等新型技术来提升行业效率，提高企业管理水平。为此，国内学者围绕BIM技术如何在钢结构工程中应用展开了大量研究，综述如下。
目前钢结构工程在设计阶段，因钢结构专业和BIM技术人才缺乏，导致设计深度不够、设计造价偏高；因设计方案不合理使后期施工困难，只能返工重新设计而导致投资增加等情况屡见不鲜。利用BIM技术按照设计图纸，调用“构件库”和“节点库”进行三维建模，录入构件、节点的参数信息，这在利于构件节点的深化设计的同时，还利于钢结构工程的可视化与信息管理。
胡育科等人通过阐述国家推出的有关推广钢结构的政策，及当前钢结构推广的瓶颈和问题，提出了大力推广钢结构根本在于提升工程设计和应用水平[5]；杨振方通过对Tekla Structures在钢结构工程中的应用研究，阐明了Tekla Structures在不同结构中的详图深化设计功能及运用方法。结果表明，Tekla Structures的数据交互功能，及建筑设计、分析、出图、报表等功能，能提高设计的效率和准确性；尚超宏等人通过实际工程，介绍了Tekla在项目中的深化设计流程、设计依据、深化中遇到的难点重点[6]，突出了BIM技术对设计和后期施工流畅、经济的重要性。由此可见，运用BIM来解决深化设计中的问题，并优化设计方案是可行且有效的。
在当前发展较为成熟的BIM软件中，Tekla Structures在解决节点深化设计问题上扮演着重要的角色。借助钢结构工程的BIM模型，一则能直观地向业主反映项目的建造过程与成果，对现场复杂的安装节点、难度系数高的施工工艺进行可视化三维技术交底[7]，优化设计方案；二则模型自动生成的报表，能为项目和造价管理提供依据；三则模型在Tekla Structures中深化后可同其他软件进行交互，进行管线综合和碰撞检查等。最终达到最优设计，以获得更大的经济效益。
目前在钢结构工程的施工阶段，项目的成本、质量、进度、安全控制方面都存在问题：因工程变更引起造价波动；因预制安装工艺不当、装配安装顺序冲突引起工期延误；因预制构件在运输过程中造成变形、碰伤或污染而增加造价，延误工期；因安全教育工作或安全措施的不到位而引起安全事故。利用BIM技术，对3D模型中的构件进行参数化管理，并进行3D模型与时间轴关联后的4D模拟施工、场布模拟等施工前的计划审查，以保证顺利安装，避免施工工序之间的冲突和施工安全问题，并纠正偏差确保项目各项目标的实现。
周慧恩等人通过对工业化钢结构的4D BIM虚拟建造方法的研究，提出用BIM部品库以及对软件插件进行二次开发，来快速、智能、高效地建模。之后基于4D模型进行模拟施工、各专业综合后的碰撞检查，并模拟重点部分的可建造性以进一步优化施工方案，达到多次虚拟建造优化和一次实物安装建造结合的效果[8]；任玲华等人通过BIM技术在虚拟建筑及节点构造模型中的应用研究，提出了借助BIM模型中精确的节点展现，能提高设计质量及施工效率，并能在随后的建筑施工信息流转中，利用模型制定计划、共享信息、指导现场；壮真才通过一栋钢结构办公楼工程，重点介绍BIM技术在项目施工精细化管理中的应用，提出BIM技术在能保证工程质量、工期、成本、施工安全的同时，提高管理团队的综合施工管理能力；孙亮等人通过介绍BIM-QR系统中动态二维码的信息集成和管理功能，提出了此系统在钢结构施工质量验收和钢结构制造、运输、安装进度、质量管理等方面的应用。
基于BIM平台，实时跟踪并采集项目实际施工中成本、质量、进度的信息，录入3D模型中与模型结合转化为数字信息，并阶段性地与原施工计划比较，动态更新BIM数据模型后再利用BIM-QR系统对完工部分工程进行验收。这样的信息智能管理系统使项目各方能实时跟踪项目的在建状况，及时进行数据共享与意见交流，也使项目按计划顺利进行，确保成本、质量、进度，安全目标的实现。
在钢结构工程的全寿命周期内，运营维护阶段所占时间最长、花费最高。传统建筑的运营维护系统一般是根据工程图纸，人工采集数据后结合Excel表格中设备系统的数据进行监控。这样的运维方式直观性低，时效性差，数据传递易丢失。BIM技术能将项目设计和施工阶段的数据资料完整地传递到运维阶段，为项目建立一份全寿命周期内数据动态更新的成长档案，有效提高运维管理的质量和效率。
目前学者们对BIM技术在项目运维阶段的应用有所研究，但针对于钢结构工程运维阶段的研究却极少。胡振中等人通过综述当前国内外BIM运维的研究和应用，总结出已实现的功能、现存问题及研究空间；陈广军等人通过介绍BIM的项目运维管理系统，提出了多种基于BIM技术的运维管理方案。但涉及BIM技术在钢结构工程中的空间管理、物业管理、应急管理及能耗管理方面的研究还很欠缺。
BIM技术在钢结构设计阶段应用研究大多趋于可视化模型生成、深化设计、图纸报表生成、设计审查方面，而利用BIM技术进行可持续低能耗设计应用的文献较少；在施工阶段的BIM技术应用研究中，关注4D模拟施工、项目进度造价管理应用文献较多，而关于施工质量验收、安全文明施工、施工风险管理和物资管理、建筑垃圾的回收管理方面却并未深入研究；关注工程的设计与施工阶段BIM技术应用研究的文献较多，运维阶段的较少。未来应在设计中实现可持续低耗理念，施工中推广BIM5D平台进行全面的施工管理，运维阶段进行BIM技术在多方面应用的深入研究。建筑业的发展必然朝着“绿色高效”迈进，钢结构工程应充分利用其可回收、智能化、集约化的特点，标准化、工业化、装配化的生产安装形式，在大力开展BIM信息化建设的同时，完善企业信息系统、培养BIM技术及钢结构设计的综合性人才，以推动钢结构的产业升级和行业变革。
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作者简介：李彦婕（1995，8，20-），女，本科在读，西南科技大学。
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