BIM技术下的钢结构工业建筑论文范文

1BIM技术的发展应用与优势特点

目前，美国多个州的法律已经规定政府投资项目必须使用BIM技术。而在2010年，日本国土交通省也宣布全国各级政府投资工程将全面推行BIM技术。英国在2011年要求政府工程必须在5年内普及BIM技术。新加坡建设局计划采用BIM技术的业者至2015年将达到80％。韩国则要求500亿韩元以上的建筑项目至2015年必须采用BIM技术进行管理，并在2016年实现BIM技术在全部公共设施项目中的普及[2]。而澳大利亚buildingSMART组织受澳大利亚DIISRTE（DepartmentofIndustry,Innovation,Science,ResearchandTertiaryEducation,工业、创新、科学、研究和高等教育部）委托于2012年的《国家BIM行动方案》（NationalBuildingInformationModelingInitiative）也建议至2016年7月1日，政府建筑采购全部使用基于开放标准的协同信息交换BIM技术。因此，BIM技术不仅是一次建筑设计方法的集成化技术革命，也是一轮建筑师设计思路的整体性颠覆：二维几何绘图表现开始转向了三维全信息构件信息模型集成；离散独立设计逐步走向了协同全过程整体设计。而根据美国斯坦福大学CIFE中心（CenterforIntegratedFacilityEngineering，集成设施工程中心)针对32个项目的深入数字统计研究表明：使用BIM技术可避免40％的预算外更改，节省80％的造价估算耗时，压低10％的成本价格，压缩7％的项目工期[3]。通过使用BIM技术还可以提高造价估算精确度，减少差错以及能源、资源消耗，并具有以下三点优势：1）关联协同的模型信息。BIM技术通过拓扑关系和三维几何建构关联协同的模型信息，全程整合设计信息与施工信息、管理信息：如构件名称、材料特性、结构类别、形体关系；施工工序、成本进度、土方计算、人力控制；工程安全、材料耐久性能、维护成本等。2）识别更新的模型构件。在设计的全生命周期中，BIM技术支撑的信息模型对象是可识别更新的，系统统计分析模型构件信息，并生成关联的文档图形和虚拟形体。同一构件模型能够自动识别，在不同阶段的构件对象修改都可同步整体更新。3）演化拓展的模型整体。BIM技术建立的模型整体概括了演化拓展的建筑全生命周期，设计中模型某个对象出现变更，与之关联的模型构件都会自动得到拓展，二维图纸与三维形体以及四维管理信息进行同步演化。

2当前工业建筑钢结构改造的客观局限性

钢结构建筑属于较为绿色环保的一类建筑，其迎合了可持续的建筑发展需要，已被广泛应用于工业厂房改造建设中。同时，在应力幅度内的钢结构具有良好弹性、韧性，具有较好的抗震性能。综合而言，其发展前景乐观，但由于材料、结构以及施工、设备特性，其长足发展受到一些客观条件的限制。1）工业建筑改造成本高。由于工业建筑改造带来建筑使用功能的变异，设计建造时的设计理论方法与改造后的功能有所不符，结构要求、空间使用要求、规范强制性条文要求也存在较大差异。所以，相对于新建建筑，工业建筑改造在设计初期必须对建造时的设计方案以及工业建筑现状进行全面了解，延续地域文脉，如图1所示。同时所需钢材量大价高，导致整个改造工程需要耗费大量人力物力，成本相对较高。2）施工精确度要求高。工业建筑由于其使用功能要求，空间较为开敞，结构跨度相对较大，但外表皮围护结构不太受重视且较为脆弱。因此，在进行钢结构改造过程中普遍要对原有工业建筑外表皮进行处理，必需对保留的工业遗产进行创新性的改造设计，赋予其全新的功能，使其融入现代城市生活，实现复兴与再生[4]。施工精确度必须较高才能达到预期改造效果，稍有不慎就会破坏原本希望保持的工业建筑风貌。3）钢结构设计难度较大。结构造型设计相较于传统梁板柱建筑较为复杂且成本较高。设计者必须对各种钢结构构架形式，材料受力性能，以及结构荷载进行合理分析计算以获取最优方案，其设计、施工以及维护难度相对较大。

3应用计算机模拟“BIM”技术进行工业建筑钢结构改造项目优势

通过“甩图板”，我国建筑设计行业进行了第一次技术革命，计算机技术开始全面应用于原本依靠手绘的建筑设计领域，然而传统设计软件是针对于传统设计的计算机信息平台，其功能也大多只是为了支撑传统设计流程，如图2所示，容易形成信息孤岛和断层。而应用计算机模拟“BIM”技术的第二次技术革命将二维平台转化为三维、四维、乃至五维应用，在工业建筑钢结构改造项目中具有传统技术无可比拟的优势。

3.1高效性——协调最优改造方案，显著提升工程改造效率在工业建筑改造的钢结构设计前期方案和初步设计阶段，运用BIM技术可以协调建筑师、结构以及设备等各专业工程师，并在BIM模型中进行各专业冲突以及碰撞检验，灵活提供可实现的备选方案[5]。同时向工程甲方以及施工方提供3D模型，以便直观对比得出最优化方案，进而可大幅度加快改造进度。

3.2经济性——控制工程造价，扩展钢结构工业建筑改造工程应用前景“BIM”平台建立了与成本相关数据的时间、空间、工序的5D维度关系，优化人力资源配比，可将工作分解后利用项目调度系统优化钢结构安装方案，统筹完善工业建筑改造的成本控制，如图3所示进行协作。在清晰表达造价关系的同时提供精确的成本信息，使实际成本数据得到高效处理分析，从而有效地控制钢结构工业建筑改造成本较高这一实践短板，扩展应用前景。

3.3便捷性——同步更改二维图纸，降低结构二次设计难度利用BIM模型,三维建筑构件及方案的更改都可以在二维设计图纸中进行同步更新。模型可自动生成同步的各层平面结构图与剖面图，快速完善导出2D结构条件图，制作钢结构的装配节点详图[6]。各视图下的修改内容（构件大小、位置）在关联的配筋、大样图中自动更新，大大降低了设计变更以及细节更改带来的结构二次设计难度。

3.4直观性——参数化搭建装配，可视化模拟四维模型BIM依托三维参数化软件CATIA及相关二次开发技术,可以模拟建立与工程相应的节点系统，自动批量地进行钢结构节点模型的创建，进而将钢结构构件与节点模型结合，搭建完整钢结构BIM模型，实现四维立体可视化，如图4所示。

3.5安全性——全生命周期监控，增加工业厂房改造工程安全性能基于“BIM”平台的建筑工程模拟，可以借助计算机整合各项工程数据，预测监控整个工业建筑钢结构改造项目全生命周期的建筑具体情况[7]，并在早期设计阶段发现后期真正施工阶段以及实际使用时所会出现的各种问题，提前整合并处理后期隐患，减少不必要的能源损失和资源耗费，提高施工、实际使用以及后期维护的工程安全。

4结束语

在提倡社会与环境协调发展的大背景下，工业建筑的改造再利用得到了广泛的重视实践，从而使城市的灰色空间记忆得以留存与延续。虽然我国计算机技术起步较晚，但对BIM等技术的理论研究十分重视，而通过国家、行业、技术、企业层面的相互结合，利用计算机模拟BIM技术进行工业建筑钢结构改造项目的设计、施工、管理必将具有广阔的发展前景。

作者：王润生王泉徐静单位：青岛理工大学建筑学院烟台市建筑设计研究有限公司