BIM与钢结构的数字化制造

本白皮书将阐述如何用在钢结构的数字化制造过程中使用结构建筑信息模型，以及建筑信息模型（BIM）在数字化供应链中的作用。
根据斯坦福大学集成设施工程中心（Center for Integrated Facility Engineering，CIFE）的研究数据，建筑施工行业的生产效率正在持续下滑。该数据显示，生产效率问题是建筑行业面临的根本性问题，同时也是施工效果无法预测的主要原因。
为了改进这一状况，许多企业将用来描述建筑设计方案的建筑信息模型用到了各种相关的建筑活动中，包括建筑施工和建筑构件的数字化制造。BIM能够支持所有建筑专业中从设计到制造整个工作流程，包括使用结构建筑信息模型完成钢结构的数字化制造。
基于模型的设计和制造
几十年来，制造行业一直在使用机械CAD系统制造数字模型。这些模型不仅能够说明产品的设计，还可以用到其它应用中，如应力分析、现场支持，当然还有制造。CAD模型可以用来生成控制CNC（计算机数字控制）机床，提高机械加工流程的自动化程度。
建筑行业也可以采用类似的方法来实现建筑施工流程的自动化。尽管建筑不能像汽车一样在“加工”好整体后发送给业主，但建筑中的许多构件的确可以异地加工，然后运到建筑施工现场，装配到建筑中。例如，门窗、预制混凝土结构和钢结构等构件。
钢结构建造基础知识
要想了解怎样利用BIM来实现钢结构制造的自动化，我们必须了解构成建筑框架的钢结构组件是怎样制成的。首先，钢厂利用热轧加工流程（通常情况下）制成钢结构原材料。钢结构制造商购入这些原材料，并按照加工详图（详细描述钢结构中每个部分应如何制造的说明书）将原材料切割并制成用于建筑施工的梁和柱。制成后的钢结构组件被运到施工现场，由钢结构安装工进行安装。
那么现场施工图从何而来？结构工程师的职责是设计、分析并验证建筑的结构框架，并创建记录结构设计的施工图。结构图纸中只包含对钢结构制造的总体要求，即关于典型节点的说明。然后，钢结构详图设计师再根据这些施工图和总体的节点说明来设计具体的钢结构组件和具体的几何形状，并创建加工详图，以便准确地指导钢结构制造商如何制造建筑中的每一个钢结构组件。加工详图中包含材料规格、大小、尺寸、焊接、螺栓连接、表面处理、涂装要求等详细信息。

钢结构施工图 （ 左 ） 中仅包含关于节点的总体说明 ， 而加工详图 （ 下 ） 则包含制造每个钢结构组件所需的所有细节。