摘要： BIM（Building Information Model）技术拥有虚拟设计建造和集成协作的优势，钢结构住宅拥有工业化和装配化程度高的特点，两者的结合可以实现优势互补。本文阐述了BIM技术应用优势与钢结构住宅的特征，对BIM技术在钢结构住宅设计、构件生产、施工阶段中的应用进行研究。
关键词：BIM技术；钢结构住宅；部品构件；产业化
1 前言
环境污染，城市雾霾，垃圾围城已严重威胁到人类的生存和城市的可持续发展，钢结构住宅作为一种可回收利用的可持续发展结构体系，近年来进入了发展的快车道。随着时代的进步，传统的生产建设模式已经不能适应当今的需求；同时，在全球信息化建设的大背景下，提高钢结构住宅的信息化程度，成为了亟待解决的问题。BIM技术优势可以解决钢结构住宅设计、制造、安装的协调问题；也可以解决钢构件生产和安装难问题，BIM这种信息化技术和模式为钢结构住宅的发展带来了新的机遇。
2 BIM技术与钢结构住宅
1、BIM技术应用优势
BIM技术完成了全信息模型的集成，整合了建设项目不同阶段的各个分类工作，不同阶段不同参与方的信息被完整保存且相互关联；模型以计算机数据分析和管理为基础，专业间根据项目建设的需要随时对模型数据进行联动更新；通过三维BIM模型使设计、施工、运维管理过程实现虚拟设计（可视化设计）、虚拟建造（可视化化建造），建设项目达到了虚拟和实体的结合，可以将钢结构住宅中构件的制造、安装过程实际需求整合到设计阶段，在虚拟的环境中预演实际建造，减少后期施工的错误漏洞。
2、钢结构住宅特征
1）设计标准化程度高
住宅本身标准化的程度就很高，钢结构住宅整体是由预制构件拼装而成的（包括主体钢结构构件、围护构件、其它成品部件），这种工厂预制现场安装的生产模式，对构件的设计标准化程度就有很高的要求，所以在设计阶段就应该充分考虑制造、安装的需求，尽可能的提高构件的标准化，减少构件的种类和数量，为构件生产和安装提供更大的便利。
2）构件生产精度高
钢构件的生产精度直接决定后期安装难易和施工质量，高精度的构件可以提高住宅本身的保温、防渗、防漏等热工性能和安全性能。所以工厂内构件的深化设计、数字化加工以及存放运输等过程要求极为严格，一时的疏忽或者一个部件的误差都会对后期的施工和安全造成很大影响，保证高精度的构件是钢结构住宅的一个重要特征。
3）装配化施工难
一栋钢结构住宅存在着成千上百个预制构件，要保证梁、板、柱相互之间每个连接节点的准确性有着很大难度。不同的连接节点，不同的构造做法，对施工机械和施工人员的技术有很大要求，这个过程一直都是发生错误最多的，往往因为安装错误或者构件精度不够出现构件返厂、怠时怠工的现象。
3 BIM技术在钢结构住宅设计阶段的应用
1、基于BIM技术的构件优化设计
钢结构住宅中少的种类和数量便于构件批量化生产和运输，简化生产流程，缩短生产时间，节约大量成本；同时，施工过程中的连接节点也可以简化，便于施工管理，提高了施工质量和效率，这样在设计阶段对住宅中的预制构件进行优化设计就必不可少。基于BIM模型的可视化特性，在住宅平面方案设计的同时也能观察构件的空间形态，可以兼顾平面功能的合理性和构件种类的经济性。
某公租房为80m的高层住宅，原有方案（图1）结构形式为装配整体式混凝土结构，现要将其转化成钢结构住宅（图2），但是由于两种结构体系的差异性，在转化的过程中，原有的方案平面不能适应钢结构住宅的体系特征，存在着较多的不合理性。通过BIM建模分析，可以就方案的合理性和经济性就行很好的验证，对原有方案（图3）和优化方案（图4）的标准
.png)
图1原有方案平面图 图2优化方案平面图
层进行拆分，可以直观的看到构件的空间形态，便捷统计构件的种类和数量，从平面功能的合理性、立面效果的多样性、构件的经济性上来对比两个方案的优劣。这样不仅能直观的显示构件的空间位置形态，还可以利用BIM模型自动生成的数据，快速的统计两个方案中不同构件的种类和数量，然后进行对比分析
图3原有方案标准层构件拆分图 图4优化方案标准层构件拆分图
.png)
BIM技术可以对方案指标进行量化，用科学的数据去支撑优化方案设计，优化组成构件，进而减少构件的种类和数量，减少构件间的连接节点和构造做法，为后期的构件生产和施工安装提供便利。
2、基于BIM技术的绿色性能分析
在设计初期，利用与BIM模型具有互用性的能耗分析软件就可以为设计注入低能耗与可持续发展的理念，这是传统的2D工具所不能实现的。在Revit中可以创建项目的日光研究，以计算自然光和阴影对建筑和场地的影响，光研究通过展示自然光和阴影对项目的影响，来提供有价值的信息。Revit中自带可以对项目进行日光研究，同时， Revit Architecture、Bently Architecture等BIM相关建模软件又具有将模型数据导出gbXML 和DXF格式文件的功能，这些导出来的数据可以共享并为各类分析软件使用，为接下来建筑风环境、能耗、采光和热工等性能的分析模拟提供便利。新建模的过程，设计师在方案设计同时就可以随时的就方案的不同性能进行分析，根据分析结果来调整和优化方案。
4 BIM技术在钢结构住宅构件生产阶段的应用
1、基于BIM的构件设计、生产和运输
通过BIM模型对建筑构件的信息化表达，构件加工图在BIM模型上直接完成和生成，不仅能清楚地传达传统图纸的二维关系，而且对于复杂的空间剖面关系也可以清楚表达，同时还能够将离散的二维图纸信息集中到一个模型当中，这样的模型能够更加紧密地实现与预制工厂的协同和对接。同时，BIM技术可以优化构件的生产，对同一型号、同一材质的构件同一批次生产，这样集中生产的模式，可以合理安排工人工作，减少了怠工显现，提高工作效率。其次，钢构件和预制构件的规划模拟运输都是在BIM技术平台的软件中根据实际情况进行的，通过软件的可视化性能规划模拟构件的运输，这样可以模拟出最优的运输方案，最大程度满足构件的运输能力，提高施工质量和效率。
2、基于BIM技术构件库的创建和管理
企业设计效率的提高取决于BIM构件库的完备水平，一个成熟完备的构件库可以实现BIM资源共享，建立模型构件库，丰富BIM设计资源。通过BIM信息的准确传递、指导生产设计，可以精确地把握构配件特征，得到统一标准的构件；同时，BIM技术可以实现设计信息的集成和共享，设计人员利用BIM云平台构建钢结构住宅预制构件族库，随着平台中“族”的不断积累和丰富，将同类型的“族”进行对比优化，以形成钢结构住宅构件的标准形状和模数尺寸。构件库的建立是长时间积累和不断完善的过程，构件数量越多、种类越丰富，构件库就越趋完善，设计人员的可选择性就越大，产品种类就越多样化。
建立构件库管理系统是合理管理和利用构件的有效手段，构件管理系统应基于协同化的数据平台，能和BIM设计软件高度集成，提供高效、方便的数据检索、下载及增删改等功能，并能够设置必要的管理和使用权限，实现按角色进行授权。参照构件库的创建流程和国内构件库管理系统的架构体系，可以将数据库分为：构件管理库、中心数据库、本地应用库。一个完善的构件“族”库，可以帮助设计师在创作过程中根据设计需求选取合适的构配件，不但可以优化方案设计，还可以减少构件后期的深化设计，提高设计效率。
5 BIM技术在钢结构住宅施工阶段的应用
1、基于BIM模型的虚拟建造
通过BIM模型对施工方案进行模拟，包括4D施工模拟和重点部位的可视化模拟，可以使施工过程变得整体可控。经过多次的虚拟建造和优化，做到能够以不消耗实物的形式模拟施工，在虚拟的环境下发现施工过程中存在的问题和风险，并针对问题对模型进行修改和调整，提前制定解决方案和应对措施，避免了实际施工过程中错误导致损失，保证了项目施工的顺利进行。图11为北新钢结构住宅的4D施工模拟过程，首先将BIM模型导入到Naviswork中，然后在3D模型的基础上加入时间的纬度，这样BIM模型就可以根据计划、时间完成情况分别表示已建、在建和延误等形象直观的表现。已建的模型用实际模型颜色表示，在建的模型用半透明红色来表示，同时在屏幕的左上方显示项目在建的时间。
.png)
图11基于BIM模型的4D施工模拟
在对钢结构住宅4D施工模拟的进程中，还可以借助BIM技术的虚拟建造特点对项目的复杂节点进行可视化模拟，通过BIM模型的虚拟搭建来验证施工时可能发生的错误和漏洞。这样就可以指导工人进行快速施工，更加直观的了解构件的连接方式和构造做法，避免了施工错误导致的返工及时间延误。
2、基于BIM技术的施工管理
BIM技术可以对施工的安全、进度和质量进行很好的管理，通过BIM云平台，管理人员对施工现场实时的掌控；同时，在4D施工模型的基础上，增加成本纬度的数据，还可以实现精细化的预算和项目成本可视化统计。基于BIM模型，首先按着施工顺序将住宅拆分成不同的施工阶段，在Naviswork软件中可以录入项目的施工顺序及施工所对应的计划开始时间和结束时间；然后根据实际进展录入实际开始时间和实际结束时间，通过计划和实际时间对比来管理施工进度的快慢；同时，在每个施工阶段还可以加入项目的总费用，这样3D模型就与进度和成本融合在一起，使得整个施工过程变的可控。
利用BIM结合RFID技术，通过在预制构件生产的过程中嵌入含有安装部位及用途信息等构件信息的RFID芯片，将三维模型与施工进度计划连接，将空间信息与时间信息反映到模型中，实现对施工进度计划的管控。同时，BIM技术信息化功能在构件管理中的应用可以有效的提高施工效率，降低安装的错误率，在BIM模型中对整栋建筑的每个构件进行编码，生成代表身份信息的二维码，在施工过程中通过扫描二维码就可以快捷的得到构件的详细信息，不仅可以对现场施工作业产品进行追踪、记录、分析，掌握现场的不确定因素，还可以指导构件的安装位置和安装方式，实时监控施工产品质量，确保建筑物的安全性能。
6 结论
应用BIM技术在钢结构住宅中，可以将钢结构住宅的设计、制造、安装过程协调统一起来，在借助BIM云的条件下，还可以将信息化协同设计、可视化装配、工程量统计、节点模拟等全新运用，整合到建筑项目中。钢结构住宅产业化必将依托BIM信息化技术，开拓出一条依托于虚拟构件库、BIM信息化集成、BIM云平台的创新应用之路。钢结构住宅如何在建筑业BIM信息化大背景下，融入到信息化大潮，两者紧密结合，实现自身设计和集成的优点，必将成为新时代下钢结构住宅创新发展趋势。
参考文献：
[1]葛清,赵斌,何波. BIM第一维度——项目不同阶段BIM的应用[M].中国建筑工业出版社,2016
[2]何关培,李刚.那个叫BIM的究竟是个什么东西[M].中国建筑工业出版社,2012
[3]赵钿,刘冬贺,潘磊.钢结构住宅的六个系统性问题及解决方案[J]. 建筑技艺, 2016,(08):98-101
[4]姚程渊,陈烨,吴宣泽,卢干,王琦. BIM技术在装配式钢结构工程中的应用[J]. 山西建筑,2016,(10):61-62.
[5]黄子浩. BIM技术在钢结构工程中的应用研究[D].华南理工大学,2013.
[6]李玉娟. BIM技术在住宅建筑设计中的应用研究[D].重庆大学,2008.
[7]卢琬玫. BIM技术及其在建筑设计中的应用研究[D].天津大学,2014.