一、BIM的定義和主要特點
根據(jù)美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)(NBIMS)對BIM的定義:BIM是一個設(shè)施(建設(shè)項目)物理和功能特性的數(shù)字表達;BIM是一個共享的知識資源,是一個分享有關(guān)這個設(shè)施的信息,為該設(shè)施從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程;在項目的不同階段,不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。
簡單說來,BIM就是通過數(shù)字信息來仿真模擬建筑物所具有的真實信息,不僅包含諸如梁、柱、門、窗等三維幾何形狀信息,還包含大量的非幾何形狀信息,如建筑構(gòu)件的材料、重量、價格和進度等,這些信息是常見二維CAD和三維CAD所無法提供和展現(xiàn)的?梢哉f,“BIM不僅僅是一個設(shè)計軟件或一個圖形化的工具,它是一個數(shù)據(jù)管理平臺,是基于三維實體數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)建筑生命周期中各個階段、各個專業(yè)的各種相關(guān)信息的集成”。
二、淺談BIM與鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)系
作為建筑行業(yè)中一個重要的分支專業(yè),鋼結(jié)構(gòu)制作介于建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工安裝之間,起著承上啟下的作用,從理論上看,鋼結(jié)構(gòu)制作又分為計算機仿真設(shè)計(鋼結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計)和車間實體加工兩個部分。
鋼結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計自上世紀(jì)90年代末被引入替代2D-CAD設(shè)計至今已經(jīng)10多年,過去,通常我們稱之為鋼結(jié)構(gòu)三維實體建模,其作用也通常停留在建模和出圖過程中,設(shè)計人員常常關(guān)注的是建模和出圖過程的效率,但隨著建筑業(yè)BIM概念越來越被推廣、研究和應(yīng)用,鋼結(jié)構(gòu)BIM軟件商也越來越注重輸出信息接口的標(biāo)準(zhǔn)化,一方面足以支撐對建筑BIM的協(xié)同,另一方面BIM模型本身包含的信息在后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)制作廠家內(nèi)的管理和制作流程中的完整應(yīng)用也正被充分重視、研究、應(yīng)用和拓展中。本文從鋼結(jié)構(gòu)BIM創(chuàng)建開始,介紹其在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計和加工制造中的重點應(yīng)用。
三、關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)BIM的建立
一般情況下,鋼結(jié)構(gòu)制作企業(yè)在接到訂單后的第一要務(wù)就是通過3D實體建模進行深化設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)BIM三維實體建模出圖進行深化設(shè)計的過程,其本質(zhì)就是進行電腦預(yù)拼裝、實現(xiàn)“所見即所得”的過程。首先,所有的桿件、節(jié)點連接、螺栓焊縫、混凝土梁柱等信息都通過三維實體建模進入整體模型,該三維實體模型與以后實際建造的建筑完全一致;其次,所有加工詳圖(包括布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等)均是利用三視圖原理投影生成,圖紙中所有尺寸,包括桿件長度、斷面尺寸、桿件相交角度等均是從三維實體模型上直接投影產(chǎn)生的。
三維實體建模出圖進行深化設(shè)計的過程,基本可分為四個階段,每一個深化設(shè)計階段都將有校對人員參與,實施過程控制,由校對人員審核通過后才能出圖,并進行下一階段的工作。
第一階段,根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖建立軸線布置和搭建桿件實體模型。導(dǎo)入AutoCAD中的單線布置,并進行相應(yīng)的校合和檢查,保證兩套軟件設(shè)計出來的構(gòu)件數(shù)據(jù)理論上完全吻合,從而確保了構(gòu)件定位和拼裝的精度。創(chuàng)建軸線系統(tǒng)及創(chuàng)建、選定工程中所要用到的截面類型、幾何參數(shù)。
第二階段,根據(jù)設(shè)計院圖紙對模型中的桿件連接節(jié)點、構(gòu)造、加工和安裝工藝細節(jié)進行安裝和處理。
在整體模型建立后,需要對每個節(jié)點進行裝配,結(jié)合工廠制作條件、運輸條件,考慮現(xiàn)場拼裝、安裝方案及土建條件。
第三階段,對搭建的模型進行“碰撞校核”,并由審核人員進行整體校核、審查。
所有連接節(jié)點裝配完成之后,運用“碰撞校核”功能進行所有細微的碰撞校核,以檢查出設(shè)計人員在建模過程中的誤差,這一功能執(zhí)行后能自動列出所有結(jié)構(gòu)上存在碰撞的情況,以便設(shè)計人員去核實更正,通過多次執(zhí)行,最終消除一切詳圖設(shè)計誤差。
第四階段,基于3D實體模型的設(shè)計出圖
運用建模軟件的圖紙功能自動產(chǎn)生圖紙,并對圖紙進行必要的調(diào)整,同時產(chǎn)生供加工和安裝的輔助數(shù)據(jù)(如材料清單、構(gòu)件清單、油漆面積等)。節(jié)點裝配完成之后,根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則中編號原則對構(gòu)件及節(jié)點進行編號。編號后就可以產(chǎn)生布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等,并根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則修改圖紙類別、圖幅大小、出圖比例等。
所有加工詳圖(包括布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等)均是利用三視圖原理投影、剖面生成深化圖紙,圖紙上的所有尺寸,包括桿件長度、斷面尺寸、桿件相交角度均是在桿件模型上直接投影產(chǎn)生的。因此由此完成的鋼結(jié)構(gòu)深化圖在理論上是沒有誤差的,可以保證鋼構(gòu)件精度達到理想狀態(tài)。
用鋼量等資料統(tǒng)計。統(tǒng)計選定構(gòu)件的用鋼量,并按照構(gòu)件類別、材質(zhì)、構(gòu)件長度進行歸并和排序,同時還輸出構(gòu)件數(shù)量、單重、總重及表面積等統(tǒng)計信息。
通過3D建模的前三個階段,我們可以清楚地看到鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的過程就是參數(shù)化建模的過程,輸入的參數(shù)作為函數(shù)自變量(包括桿件的尺寸、材質(zhì)、坐標(biāo)點、螺栓、焊縫形式、成本等)及通過一系列函數(shù)計算而成的信息和模型一起被存儲起來,形成了模型數(shù)據(jù)庫集,而第四各階段正是通過數(shù)據(jù)庫集的輸出形成的結(jié)果?梢暬哪P秃涂山Y(jié)構(gòu)化的參數(shù)數(shù)據(jù)庫,構(gòu)成了鋼結(jié)構(gòu)BIM,我們可以通過變更參數(shù)的方式方便地修改桿件的屬性,也可以通過輸出一系列標(biāo)準(zhǔn)格式(如IFC、XML、IGS、DSTV等),與其他專業(yè)的BIM進行協(xié)同,更為重要的是幾乎成為鋼結(jié)構(gòu)制作企業(yè)的生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)源。這也正是鋼結(jié)構(gòu)BIM被鋼結(jié)構(gòu)制作廠家高度重視的原因。
四、鋼結(jié)構(gòu)BIM在企業(yè)管理中的應(yīng)用
企業(yè)管理的目的是實現(xiàn)對企業(yè)各種資源(包括人、財、物等)的精細化管理,BIM技術(shù)的引入,其被結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫所體現(xiàn)的產(chǎn)品、工程物料屬性和附加其上的進度和成本信息的量化描述特性,作為信息源頭,對后續(xù)物料采購、物料庫存、物料消耗、加工工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品進度乃至成本核算等資源的管理都起到了舉足輕重的作用。
鋼結(jié)構(gòu)制作在業(yè)務(wù)鏈中所處的位置,決定了其無法避免地具有“三邊”的特性,即“邊設(shè)計、邊制作、邊變更”,尤其在完成國內(nèi)工程時,特征更加明顯。
在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)制作管理中,往往用紙面、傳真、郵件等方式完成企業(yè)內(nèi)部,或設(shè)計單位與制作單位之間的圖紙和信息傳遞,效率受到很大影響,有時更會在傳遞時產(chǎn)生信息失真甚至丟失;同樣,企業(yè)內(nèi)部為更好地完成生產(chǎn)組織,必須依靠手工分揀、手工摘料和人工輸入等手段來完成圖、料信息源的收集,繼而完成材料采購清單、構(gòu)件清單、零件清單、下料加工清單、工藝路線卡、手工排版等信息的收集和計算,現(xiàn)在看來,這一切顯得冗長繁瑣和數(shù)據(jù)不精確,也成為后續(xù)工作變更的因素之一。