钢结构设计与BIM技术在工业建筑中的协同研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 10 日 作者简介：崔静（1982），女，汉族，山东阳谷人，硕士。-141-钢结构设计与 BIM 技术在工业建筑中的协同研究 崔 静 梁跃华 孙 超 航天长征化学工程股份有限公司，北京 101111 摘要：摘要：本文旨在探讨钢结构设计与 BIM 技术在工业建筑中的协同研究，通过对相关案例进行分析发现钢结构设计和 BIM 技术在工业建筑中具有很强的互补性。钢结构设计能够提供高强度和稳定的建筑结构，而 BIM 技术则能够提供全方位的建筑信息和工程数据。通过将二者相结合，可以实现全过程的建筑设计、施工和运行管理的数字化。此外，钢结构的参数化设计和 BIM 模型的建立也能够提高设计效率和质量。然而，钢结构设计和 BIM 技术的协同应用还面临一些挑战，包括技术标准与规范的整合、数据共享与传输的安全性等。因此，进一步研究和探索钢结构设计与 BIM 技术的协同应用是非常有意义和必要的。关键词：关键词：钢结构设计；BIM 技术；工业建筑；协同研究 中图分类号：中图分类号：TU17 1 工业建筑工程概况 工业楼宇在生产车间、物流仓储等诸多行业有着重要的用途，其中一个大型厂房的建设项目就是其中之一。一家公司的厂房坐落在一片开阔的土地上，并设有一个大型的厂房及库房。在该项目中，钢结构的设计起着很大的作用1。厂房设计为大跨屋面，为大型厂房提供足够的空间和承载众多的机械。在本项目中，钢材的设计使其具有较高的强度和较高的稳定性，从而达到了本项目所需要的结构要求。同时，由于其重量比较轻，因此可以降低地基的需求，降低造价。在此基础上，通过 BIM 对建筑结构、设备、管道、电力等进行了建模。通过BIM技术，设计团队能够实现多方协同设计，确保不同专业之间的协调和一致性，减少冲突并提前发现问题。设计团队还利用 BIM 技术对各个施工阶段进行了模拟和优化，提前发现和解决潜在的施工问题，确保施工的顺利进行2。2 钢结构设计与 BIM 技术的协同性分析 2.1 钢结构设计与 BIM 技术的关联性 在工业建筑中，钢结构设计能够提供高强度和稳定性的建筑结构，同时具备轻质化和可重复使用的特点，而 BIM 技术可以通过三维建模和信息管理，对钢结构进行精确的建模和分析，从而更好地优化设计结果。通过利用 BIM 技术对钢结构进行参数化设计和优化，可以提高设计效率，减少错误和变更，并确保结构的安全性和可靠性。BIM 技术可以实现设计团队及时共享设计数据和建模结果，使得所有参与方都能够及时了解和查看最新的设计进展。设计团队可以将钢结构设计的参数化模型导入到 BIM 软件中，实现不同专业之间的数据集成，与其他系统（如机电系统、管道系统等）进行协同工作。这样一来，当设计团队进行钢结构设计的变更时，BIM 模型中的其他相关信息也会相应更新，确保所有信息的一致性和准确性。通过 BIM，建筑队伍能够利用 BIM 进行建筑工程的仿真与优化。通过 BIM 建模，实现对整个工程的全流程进行仿真，提前处理各种矛盾与问题，降低工程建设中的误差与变化。在此基础上，加强了建筑工程与建筑专业人员的沟通与合作，使建筑工程建设的效率与品质得到了极大的提升。BIM 与钢结构设计有着密切的联系，两者结合可以对整个工程进行数字化的管理与优化，提升设计效率、质量以及运行管理水平。本项目的研究将为我国产业建设的发展提供新的思想与方法。2.2 协同研究的重要性和价值 钢结构设计通常涉及到复杂的计算和分析，而 BIM技术能够提供全面的建筑信息和工程数据，使得钢结构设计的计算和模拟更加准确和高效3。通过在 BIM模型中集成钢结构设计，设计团队可以实时进行可视化的设计和协作，各个设计专业之间可以实现数据共享和集成，快速发现设计冲突并进行修正，从而提高设计质量和效率。通过 BIM 技术的协同应用，可以在中国科技期刊数据库 工业 A-142-设计阶段对钢结构进行全面的参数化设计和模拟分析，包括强度、刚度和稳定性等。这样可以及时发现潜在的设计问题，减少施工过程中的错误和变更。施工团队能够通过 BIM 模型进行施工过程的模拟和优化，提前解决施工中可能出现的问题，从而保证钢结构的安装质量和施工进度。通过 BIM 技术的应用，设计团队、施工团队和运营团队可以共享建筑模型和工程数据，实现全过程的信息协同与共享。这有助于更好地进行项目管理和决策，提高项目的整体效益和可持续性。通过 BIM 的数据管理和模拟功能，可以实现项目进度管理、成本控制和资源优化，减少不必要的资源浪费4。协同研究可以提高设计效率，保证施工质量，并增强项目的整体管理能力，通过将钢结构设计与 BIM 技术相结合，能够有效地应对工业建筑领域中的挑战和需求，推动工业建筑的可持续发展和创新。3 钢结构施工方案优化与仿真模拟 3.1 钢结构预拼装 利用 BIM 技术，咱们就能在预拼装过程中对钢构件进行调配优化，演练模拟，看看是否会出现碰撞和滞碍，这样一来，误差和更改能大大减低，施工品质有所提高。通过 BIM，施工团队能实时监测预拼装进度，掌握实况。BIM 还负责生成工艺细则，包括构件的装配、吊装和连接等步骤。这些信息可以帮助施工团队进行施工进度管理和冲突检测，避免不必要的延误和错误，确保预拼装过程的顺利进行。通过 BIM 模型的仿真功能，可以模拟钢结构的预拼装过程，并评估装配过程中可能出现的风险和问题。仿真模拟能够帮助施工团队优化施工路径和装配顺序，提高装配的效率和安全性。此外，通过模拟预拼装过程，还可以评估施工团队所需的设备和工时，为项目管理和资源调配提供参考。钢结构预拼装与 BIM 技术的协同应用可以优化施工方案，并通过仿真模拟验证施工的可行性，这种协同研究能够提高钢结构施工的效率和质量，减少现场施工中的错误和延误，推动工业建筑领域的发展。3.2 安全风险预测与排除 BIM 技术能够将建筑工程中与建筑工程有关的各种信息与参数进行整合，从而实现对建筑工程中存在的安全隐患的精确判定。比如，利用该模型可以对各部件的结构形式、结构的受力状况进行计算，并检验其有无破坏或松弛现象。利用该系统的模拟与分析，能够对工程中存在的某些技术难题及技术难题进行及时的探测与排除，实现干扰探测与碰撞检验。为工程人员选择合适的结构形式，从而提升结构的安全性能。设计团队、施工团队及监理人员可以利用 BIM 技术建立信息共享平台，对存在的隐患进行辨识与分析。各个小组可以对模式进行注解和标注，指出哪些是潜在的风险地区，哪些是需要进行保护的。该协作式交流有助于保证各参与主体对可能存在的危险有共识，并预先制订出适当的防范和应对方案。通过 BIM 模型的仿真功能，可以模拟钢结构施工过程，预测施工期间可能出现的安全风险，并进行相关的安全评估。例如，模拟钢梁的吊装过程，可以评估吊装设备的稳定性和安全性。通过模拟可以检测到潜在问题，为施工团队提供安全的施工指导，并优化施工顺序以确保施工过程的安全性。通过 BIM 模型的可视化功能和仿真模拟功能，可以发现施工过程中可能存在的安全隐患，并采取相应的安全措施进行排除与预防。这将大大提升钢结构施工的安全性和效率，为工业建筑领域的发展提供可靠的保障5。3.3 钢结构构件工业化生产 设计团队可以利用 BIM 软件创建具有标准化形状和尺寸的钢构件模型进行构件的布局和排列，优化构件的空间利用度，提高施工效率和质量。BIM 模型还可以协助设计团队进行构件的优化与材料选择，以提高钢结构的强度和稳定性，设计团队可以通过 BIM 模型模拟构件的生产过程，评估生产线的布置和流程的合理性。通过仿真模拟，可以发现生产过程中可能会出现的瓶颈和问题，并针对性地进行调整和优化，这可以确保在工厂中高效地生产出具有一致性和高质量的钢构件。通过 BIM 模型的可视化功能，施工团队可以预先识别和评估构件生产过程中潜在的安全隐患，并制定相应的安全预防措施，例如，可以模拟吊装过程的安全性，评估设备的稳定性和操作风险。建设工程中，借助模拟和评估，能助我们预知风险，建立矫捷的对策，并对工人进行训练，确保施工的平安无虞。BIM 模型用于形象化表示，加之参数化设中国科技期刊数据库 工业 A-143-计，使工作效率与施工质量皆显著提升。令人欣喜的是，通过模拟与安全评估，施工团队能够及时标出并消除所有潜在的安全隐患，保障施工的顺利进行与绝对安全。我相信，这样的方式会彻底推动工业建筑业界的跃进，实现更有效、精准和持久的建设过程。4 信息化施工过程协同安全管理 4.1 安全信息化管控 通过传感器和监测设备的应用，可以实时监测施工现场的安全状况，例如噪音、灰尘、温度等因素。通过这些数据的收集和分析，可以及早发现安全隐患，并制定相应的控制措施。通过将安全管理系统与 BIM技术进行整合，可以实现施工现场的实时模拟和可视化。BIM 模型可以模拟施工过程中可能出现的安全问题，并提前进行预防和控制。施工人员可以通过虚拟现实技术，进行模拟训练，提高应对突发情况的能力。云计算技术亦为安全信息化管控提供了便捷，为数据共享和协工提供支持，使得各个部门，各个单位均能进行实时的信息交流和安全协作。以此法，可以推动安全管理严谨有序，科学运用，提升建设现场的全局安全标准。但是，安全信息化管控也面临一些挑战,保护施工现场的安全信息不被非法获取和滥用是关键，需要加强对安全信息的保密和权限控制。人员对安全信息化系统的运用和接受程度也需要重视,对工人和管理人员进行相应的培训和教育，提高其使用安全信息化系统的能力和积极性。需要建立相应的法律和规范体系，明确安全信息化管控的责任和义务，将其纳入工业建筑施工的管理体系。4.2 钢结构施工坠落风险管理 BIM 模型可以集成相关的安全数据和参数，包括楼层高度、栏杆高度、临时施工平台等，通过模型的可视化功能，可以分析建筑结构和施工现场的安全隐患。施工团队可以根据模型的分析结果，制定相应的安全措施和防护措施，减少坠落风险的发生。施工团队可以将各个施工阶段的平台、防护设施和安全标志等信息加入 BIM 模型，并进行可视化展示。在施工过程中，可以实时监测施工现场的安全措施是否符合要求，并通过模型对施工人员进行安全培训和提示6。施工现场的监测数据可以与 BIM 模型进行对比分析，实时查看施工现场的安全状况。此外，BIM 模型还可以与其他信息化系统集成，如追踪工人的位置和动态、对施工工人进行标识等。结合人脸识别、定位追踪等技术，可以实现对施工人员的自动监测与控制，如在高风险区域提供及时警示和提醒。这将大大提高施工现场对坠落风险的感知能力，及时发现异常情况并采取措施以降低事故发生的风险。施工团队可以利用BIM模型进行施工过程的仿真模拟，包括材料运输、临时施工平台搭建和拆除等，以评估坠落风险的可能性和严重程度。这将帮助施工团队更好地了解坠落风险，并及时采取相应的安全措施，确保施工过程的安全性和施工人员的健康。4.3 钢结构吊装安全管理 通过 BIM 模型，设计团队可以模拟吊装过程，并评估吊装设备的稳定性和安全性。在模拟过程中，可以考虑不同吊装角度、吊装工艺和吊装设备的参数，以找到最优的吊装方案。这样可以在施工阶段减少吊装时可能出现的风险和问题。BIM 模型中可以标注吊装区域、设备位置和限制区域等信息。利用可视化显示技术，使工人能够了解工地上的施工进度、吊装进度，并能及时发现工程中存在的安全问题。通过对吊装过程中采集到的监测信息与 BIM建模相结合，实现对起重机械运行状况及工人安全状况的实时监测。在此基础上，将 BIM 与其它信息技术相融合，形成了一套完整的施工过程智能监控体系。在此基础上，将提升装置的动力学特性与传感器检测结果相融合，实现对提升装置的运行状况及提升过程的实时监测。BIM 模块具有预警作用，对各种可能发生的非正常状况进行预警，比如：设备倾倒、过载等。这将帮助施工管理团队及时发现并处置不安全的情况，降低吊装过程中的风险。通过模拟吊装过程，包括材料的吊装、运输和安装，可以评估吊装操作的安全性，并优化吊装顺序和工艺。吊装过程的模拟和培训可以让施工人员更好地理解吊装操作的步骤和要领，提高他们的操作技能，从而降低事故风险。4.4 基于 BIM 的消防疏散 BIM 模型的运用，让设计师们有可能于设想阶段，就搞定消防通道、逃生梯、出口等安全设施的布置问中国科技期刊数据库 工业 A-144-题。再通过仿生看看，人逃生的路线和所需要的时间合不合理、有效不有效，都一览无余，太方便了。BIM模型不只可以和各种消防器材、系统连接在一起，像报警设备、灭火器等等，做到全方位管理防火事宜。BIM 模型里，还可以把大楼各层的出口、逃生通道、避难所等重要情况标明，一看就明了。这些信息可以帮助人员在危险情况下快速有效地疏散。结合室内定位技术，消防人员和疏散群众可以通过移动设备获取实时的室内导航，找到最短、最安全的疏散路径，提高疏散效率和人员安全。通过 BIM 模型，可以模拟火灾事故发生后的疏散流程，并进行虚拟演练。这样可以帮助消防人员和员工熟悉疏散流程、出口位置和紧急避难点的位置，提高应对突发情况的能力。此外，结合 BIM 模型的实时更新功能，可以对演练过程的效果进行评估和改进。消防疏散信息可以与消防救援指挥中心、安防系统等进行整合，实时监控火灾报警、疏散情况等数据，并进行相应的应急响应。这种协同管理可以提高消防应急处理的效率和精确性，确保工业建筑中的消防疏散安全。5 结语 通过钢结构设计和 BIM 技术的有机结合，能够实现工业建筑项目从设计到施工和运营全过程的数字化和信息化管理，这种协同研究不仅提高了工业建筑的效率和质量，还能够降低成本、优化资源利用和提升安全管理水平。然而，钢结构设计与 BIM 技术的协同应用还面临一些挑战，如技术标准与规范整合、数据共享与传输安全等。因此，需要继续加强研究和探索，提出更完善的解决方案，推动钢结构设计与 BIM 技术在工业建筑领域的应用与发展。这将为工业建筑行业带来更加智能、高效和可持续的未来。参考文献 1李君永.建筑结构设计中 BIM 技术的应用实践分析与研究J.中国住宅设施,2022,13(01):12-16.2周颖.解析建筑结构设计中 BIM 技术的应用J.城市建设理论研究(电子版),2022,23(34):6-8.3方华.BIM 技术在工业厂房建筑结构设计中的应用实践J.绿色环保建材,2021,4(03):23-25.4蔚统原.BIM 技术在建筑结构设计中的应用探讨J.工程建设与设计,2019,8(10):1-6.