大型鋼結構建筑智能建造關鍵技術應用
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【摘要】在大型鋼結構建筑中實施BIM技術，需要對智能建造技術進行有效研究以及結合具體的項目工程，進而分析項目的建筑難點。在應用智能建造技術中需針對性采用關鍵點，主要涉及了BIM技術協同設計、多維施工以及數據準備等，通過這種方式可以滿足大型鋼結構建筑智能建造需求。
【關鍵詞】BIM技術；大型鋼結構；智慧建造；智慧管理平臺
1引言
鋼結構建筑在建筑行業中需要借助智能建筑技術，但在實施的過程中難以滿足BIM技術的應用需求。它需要在建造過程中有效融入關鍵技術，提高建筑施工質量的同時，滿足安全性需求，這說明其在鋼結構施工階段有效結合BIM技術分析關鍵技術具有重要意義。
2工程概況
南京江北新區市民中心項目上園高樓結構總體采用鋼框架支撐結構體系，頂部3層剛性桁架結構整體提升安裝，直徑104m，提升總質量約5300t，提升總高度約37m。在本次項目提升的鋼結構中，主桁架梁采用的是100m環桁架梁以及45m的環內8榀，采用各種復雜的構造結構有效連接，進而組成一種綜合體結構。將和塔部的連接空間預留出來，而該綜合結構體主要在內部產生的性能較差，對此，加強結構提升表現出“外整內缺，累計提升”的特點，通過和國內過往的相關超大型鋼結構提升進行對比發現，本次采用的提升工藝復雜程度以及對變形控制的精度在世界建筑行業中都比較罕見。
3大型鋼結構建筑的重難點
對于大型鋼結構建筑而言，由于工程體量大，往往存在較多施工重難點，主要體現在以下方面：①體量大、管理難，容易對施工進度帶來壓力；②采用BIM技術，應用多元數據交付運維管理有較大的要求，采用的管理方式難以滿足規劃以及管理需求，在施工、設計以及運維管理中相對獨立，且很難傳遞數據與完整信息化模型，在后期運維平臺管理中缺乏前期數據支撐[1]；③工程建設要求高，難以管理組織和策劃，需要有效考慮全壽命周期和相關參與者的同時，還要顧及經濟、社會以及環境等相關風險問題和綜合建設目標。
4分析BIM技術智能建造技術的應用
4.1BIM技術協同設計與數據準備
4.1.1BIM技術與增強現實技術協同
在BIM技術應用階段，為保障相關鋼結構建筑整體的質量體系，需要重視鋼結構在建筑設計中的細節，BIM呈現出來的正向設計能夠滿足技術的協調性需求，增強技術的應用效果，需要有效構建以BIM技術為基礎的增強技術協同平臺，進而滿足多專業協同設計需要。在滿足增強現實技術和BIM技術有機融合的過程中，首先需要搭建Revit模型，進而對BIM模型做輕量化處理，有效將AR軟件導入，通過該軟件和移動設備將BIM模型投影到桌面上，通過預覽后對AR軟件實行二次開發，滿足該軟件和BIM模型的高效連接，借助云端處理來滿足多終端同步編輯和查看。借助空間對BIM模型全面反饋，能夠滿足專業設計人員設計BIM模型的協同性需求，將精確構件和復雜節點的要求精細化，并借助手機終端進行展示、更新和修改，滿足實時交流需求。將BIM+AR技術所衍生而來的模型與可視化結合，能夠滿足施工教育需求，對相關人員采用頭戴式設備進行傳達信息，完成組裝后又將下個正確位置以同樣的虛擬化顯示出來，可以提高施工協同效果，降低失誤和錯誤率。
4.1.2搭建有效數據庫
鋼結構建筑為了滿足全生命周期智能化需求，需綜合考慮設計、施工以及運維階段，預先研究相關階段平臺構架，對階段數據類型高效掌握，從設計階段起便需要籌備數據庫，而對設計和施工階段交接時，需要對下一階段的數據進行交付，交付設計和施工階段的數據能夠滿足運維平臺對相關數據的有效應用和調取。在數據庫搭建方面，需要設計三個階段，進而滿足大型鋼結構全過程智慧建造需求。通過對圖1進行分析，通過設計平臺構架后做統一的數據傳輸標準和數據統一接口設計。在當前的數據庫中，涉及了存儲數據庫HBase和關系型數據庫MySQL等。本次研究采用的是MySQL工具來搭建數據庫，有效規定數據主鍵，針對性借助智慧管理平臺，對設計階段、運轉階段和運維階段的數據要求進行設計，同時按照要求設計數據庫，進而篩選出有效的儲存數據，將冗余數據進行刪除，滿足整個體系的數據傳遞。
4.2BIM技術多維施工信息化管理
4.2.1鋼結構預拼裝及施工信息化管理
由于項目存在重難點，在鋼結構預拼裝時需要借助BIM技術，滿足精細化拼裝需求，優化連接節點，解決鋼結構空間問題，在實施輔助性方案，降低施工成本，形成拼裝模擬動畫，進而為后續做資料參考，鋼框架柱與斜撐節點如圖1所示。在智能安全監測系統開發和應用中，需要有效將BIM技術和新技術進行融合，能夠滿足鋼結構。三維可視化、載荷與環境、結構局部和整體、視頻監控等系統的全過程監測需求。借助網絡傳輸技術能夠將施工時施工質量、進度和安全等相關數據有效顯示在三維模型上，僅需要點擊相關攝像頭便可以顯示相關監測內容。這種視頻接口能夠滿足安全管理和BIM模型構建的三維管理需求。在鋼結構預拼裝以及施工管理中應用BIM技術時需要有效選擇優質的方案，滿足標準化和工業化要求，保障工期的同時，給運維階段提供數據支撐。
4.2.2綠色施工
綠色施工管理主要以環境保護、節材節料、資源利用和能源利用等為主。其中，環境保護要求項目建設時對PM2.5、PM10、溫度和噪音等進行記錄，并將BIM智慧施工管理平臺接入到相關監測環境數據中，采用云計算技術對相關數據進行分析和留存，且借助平臺將噴淋、廣播、環境監測系統進行聯動，滿足噴淋降溫降塵需求，養護主體結構[2]。而在節材節料中，需要量化和分析鋼結構和混凝土等工程量，結合智慧工地平臺進行分析數據，有效調配機械和針對性編制材料計劃，通過分析施工進度和庫存等情況來合理采購材料，降低庫存率。而在資源和能源利用方面，需要借助能耗監測系統來采集和監測工地水表的有關數據，降低能源消耗和水資源浪費。此外，需要有效利用空氣能熱泵節能環保、智能控制的特性，并借助空調機控制熱水用量。在土地資源的保護方面，需要借助BIM技術有效創建三維場地布置模型，對其采用動態管理，集中布置和規劃功能分區，有效借助平面圖展現設施、排水以及機械設備和材料等占地情況，減少臨時拆改，而在道路規劃中需要借助擬建道路為施工服務，通過模擬的方式對車輛和設備等進出場進行模擬，滿足場內運輸需求。此外，需要借助勞務實名制管理系統——物聯網技術，有效形成相應的智能終端設備，進而以信息化的方式管理現場勞務人員，滿足對人員進行實名登記、考勤管理、工資監管和安全教育等統計和分析需求，并結合計劃編制合理安排施工人員。
4.2.3集成三維掃描竣工模型
為了滿足大型鋼結構施工實現完整的BIM信息模型，需要在竣工階段添加現場細節，有效集成竣工數據，形成完整信息模型。而BIM技術應用中，需要三維掃描和混合現實技術聯合，進而展現BIM模型和現場狀況之間的差別，進而提示驗收標準以及需要應用的修正方法，借助三維掃描技術對現場驗收進行記錄，采用BIM模型的集合作用，構建完整的竣工模型，滿足運維數據積累需求[3]。在BIM和三維掃描虛擬現實技術有效融合的過程中，可以輔助性融入工程質量檢查以及快速建模措施來降低返工率，且能夠完整記錄工程現場，完善竣工模型，滿足竣工信息模型的在運維階段的工作基礎需求。
4.3少人化智能建造
4.3.1智慧工地平臺系統架構
對于大型鋼結構建筑而言，有效應用了云計算、物聯網和人工智能等技術，此外，還涉及了施工機器人，同時需要搭建智能工地管理平臺，有效對施工現場的設備進行管理，保障施工安全、人員安全和施工質量及進度等信息化管理需求。
4.3.2平臺功能設計
在平臺功能設計中，涉及了信息查詢云管理、BIM模型輕量化集成、鋼結構施工多方協同、多維可視化監測以及智能監控等相關模塊，這些模塊的主要功能如下。①信息查詢與管理模塊：滿足資料和組織構架查詢和儲存需求。②BIM模型輕量化集成：滿足平臺中BIM模型瀏覽需要，主要涉及了整體和專業模型，有效模擬鋼結構拼裝，現場漫游和復雜節點施工等相關模擬。③多維可視化監測：接收現場監測的有關系統數據，并借助云計算技術進行處理，進而在平臺中展現相關分析結果，對閾值超限作出報警處理，滿足管控需要。④鋼結構施工多方協同管理：此模塊需要對現場和平臺數據進行高效處理，進而滿足安全、優質和物資等供應需求。⑤智能監控模塊：主要對進出場車輛、設備、人員施工狀態等進行實時監控，查看現場實時狀態，應用關鍵點及時提示違規現象，比如安全帽的佩戴等都需要借助平臺進行記錄和提示。
4.3.3少人化智能施工
在BIM智慧平臺管理中，需要借助LoRa或NB-IOT等物聯網技術，通過這些技術實現組網傳輸，有效將傳感器、智能設備和控制元件進行連接。滿足少人化智能施工需求。而機器人操控等智能化技術逐漸普及，能夠替代人工勞動，可以將其應用在抹灰、砌磚、BIM的幕墻放線以及鋼結構放樣等施工環節中[4]。同時，可以借助RFID技術來連接平臺和施工機器人，使平臺端能夠實現機器人智能操控需求，降低施工對人力的依賴。
5結語
對于大型鋼結構建筑而言，在智能建造的過程中需要有效應用BIM技術的可視化和信息化等相關特點，針對性搭建信息協同管理平臺，這種關鍵技術的參與能夠提高信息化程度，優化智能管理和提高效率的同時，降低施工對人力的依賴性，進而有效發揮BIM智能建造關鍵技術的優勢，推動大型鋼結構建筑有效利用智能建造關鍵技術的應用。
參考文獻
[1]仇彤，蘇大鵬，朱祝府，李建虎，史國梁，紀西勝.基于BIM的中電科大型復雜鋼結構工程智能建造應用體系[J/OL].土木建筑工程信息技術：1-7[2022-02-24].
[2]雷明，陳子木，殷帥，王璐，趙鑫.BIM技術在大型鋼結構廠房施工中的應用研究分析[C]//第八屆全國鋼結構工程技術交流會論文集，2020：295-297.
[3]李厚萱，馬悅.BIM技術在大型鋼結構施工危險源管理中的發展與應用研究[J].住宅與房地產，2019（25）：128.
[4]韓建.BIM技術在超高層大型綜合體鋼結構設計與施工中的應用[J].住宅與房地產，2019（4）：174.
作者:黃磊磊 李敏 單位:中國建筑第二工程局有限公司
