BIM技术对钢结构工业建筑改造的应用

本文以实际工程为例，对bim技术在钢结构工业建筑改造中的应用细节进行了探讨，最后对BIM技术在设计行业中的作用进行了分析。

1.工程概况

某建筑工程修建于上世纪90年代，建筑整体状况较好，如果直接将建筑拆除会比较浪费，而土地资源空置又会造成浪费，研究决定将原有结构改造成办公用房。建筑结构为框排架结构，屋盖采用钢屋架，屋面板采用大型屋面板，在对建筑进行改造前首先要搞清楚建筑的原有结构，确定需要保留、拆除和加固的构件。如果采用常规的CAD方式进行改造设计难度较大，不仅会浪费大量的人力和物力，而且很容易出错；而采用BIM技术进行设计可以有效缓解设计师工作强度，更加客观的对施工进行指导，具有显著的优势。

2.BIM技术优势

在建筑设计的众多方法中BIM技术当属一次技术上的革新。BIM技术实现了二维图形向三维模式转变的过程，从传统的离散独立设计逐渐发展成了协同全过程整体设计理念。该技术不管是在技术革新层面或是模型构建方面都取得了突破性的进展，为建筑设计带来了新的发展机遇。通过相关研究得知，在预算中通过BIM技术的应用可大大提高预算的准确性；在造价估算通过BIM技术的应用可有效降低企业成本，尽可能地缩短工期，为企业创造一定的利润。此外还可通过BIM技术有效提高估算的准确性。BIM技术的优点如下：

（1）关联协同的模型信息。BIM技术借助拓扑关系及三维几何建构形成关联协同的模型信息。对管理信息中所涉及各方面内容比如材料特性、结构类别、人力控制等各个层面进行综合管理。

（2）对模型构件进行有效识别，根据设备技术等更新对模型构件进行更新。在建筑设计的过程中BIM技术可系统统计分析模型构件信息，针对信息内容自动生成与之相对应的文档图形等。此外相同的构件模型还可进行自动识别，若在某一阶段系统可对构件进行整体修改与更新。

（3）演化拓展的模型整体。经过BIM技术所构建的模型整体可对建筑的整个过程进行演化拓展，在设计过程中一旦模型中的某一对象发生变化，系统则会对与之相关联的所有模型构件进行自动调整与变化，使其处于协调状态。

3.BIM技术的具体应用

BIM技术是传统三维模型的拓展，在原有的三维模型上加上一个虚拟平台，使多个不同的专业可以在同一平台上配合使用。此工程应用了Revit设计软件和盈建科软件，这两种软件可以互相贯通，方便施工方案的设计和调整。

（1）设计工作的第一步是将需要改造的建筑结构输入到Revit软件中，这是所有工作进行的基础；然后输入第一次改造的内容，最后输入第二次改造内容。怎样输入改造的内容、以何种方式输入是BIM技术的核心。与CAD性质不同的是在BIM系统中每一个构件都有自己独特的信息。CAD中的构件基本上都是简单的线条或者是块，并没有构件的相关信息，在一些比较先进的软件中也只是存在简单的信息，更具体的信息就非常少。

在bim软件中还有一个核心就是工作集和可见性。工作集可比喻成盒子，不同的工作集就是不同的盒子，而构件就是小球，不同的小球放入不同的盒子中，不同的盒子由不同的设计师负责。这样就将所有的细节分类，然后不同的设计师负责属于自己的责任，一个项目多人完成既提高了设计的效率，又保证了设计的质量。在Revit中分配好工作集后就可以进行结构构件的建立，结构构件在哪一个工作集下工作就归到哪一个工作集中。不同的工作集具有不同的结构构件，设立可见性就可以在图纸上表达。

图1是其中一次改造完成后还没有拆除的1层结构，图中所显示的内容就是根据可见性设置的，换一种说法就是图1表现的是阶段性的施工图。在图1中区域1是不能拆除的结构，区域2是需要新建设的结构，区域3是锅炉所在地，上述的区域并不是全部要拆除的，有一部分需要保留，这些信息需要在另一张图纸上反应给施工团队。由于图1中的所有结构已经输入到BIM软件中，已经规划到工作集中，所以想要单独表达这些部件仅只需要对拆除的部位进行可见性设计，这样就可以得到改造前需要拆除的图纸。

此部位拆除后需要将原平台也拆除，在拆除的地方新建楼层。这时可以设置第二次拆除可见性，即可在图纸上显示第二次改造前需要拆除的部分，然后设置最后形态的可见性，就得到了最终完成所有改造后的效果示意图，如图2所示。在图3中区域3是需要拆除部位拆除后，需要与一次结构连接的二次结构。在使用BIM技术后各个施工的状态都可以非常方便的表达，过程也非常的简单。所有的施工状态都是通过视图表达。由于项目的整体比较复杂，需要设计的层数也比较多，所以视图就比较多而且杂乱，因此需要对结构的视图进行整理，有条理地表达出不同楼层和施工状态的视图。

设计完成后可以将视图转存为DWFx文件，当施工单位需要查看时可以用DesignReview软件查看其三维效果，能够很直观的知道建设的思路。由于Revit和盈建科软件具有互相贯通的功能，可以将模型传入盈建科软件来进行结构的相关计算。最终的计算结果显示，方案中的强度不够需要进行加固。构件连接最新采用的是钢结构，所以钢梁和钢柱之间可以连接，但是与原有的结构柱连接需要计算，加固的方式也需要进行计算。在模型传入时Revit族与盈建科构件的截面先要进行匹配。

经过研究发现，下面两种方法可以很好地解决加固和连接的问题，同时也满足匹配截面的要求：

（1）第一种匹配就是不改变原有的结构柱截面，将结构柱直接匹配成盈建科相同的截面。

（2）第二种匹配就是将原有结构柱匹配为盈建科四角钢格构式组合截面。两种模型最终只能采用一种，所以需要对两种模型进行计算比较后确定更合适的一种。因此得出最后的结果是采用第一种匹配方法，由于这种办法可以解决柱子的加固问题，还能解决柱子与钢架的连接问题。在模型建立的过程中可以在Revit平台上与其他专业的人员协同设计方案，设计的后期需要对三维立体管道进行一系列的检查，但是在施工期中的任何时候都可以进行后续的工程模拟。

综上所述，通过上述案例的分析，可以得知BIM是一种具有全生命周期的信息化技术，BIM非常注重信息的共享。全生命周期是包括规划、设计、施工等在施工中所有需要设计的环节，BIM可以包括全部，所以说BIM是具有所有信息的大型数据库。BIM还为未来全生命建设提供了参考的依据。BIM属于新生的事物，需要专业人员对其进行改进和推广，再加上BIM对建筑业有着非常重要的意义，其开创了全生命建设的先河，将虚拟技术应用在工程中，对我国的工程项目必定产生深远的影响。