基于BIM技術的建筑結構設計研究

劉權

（浙江御見建筑設計有限公司 浙江杭州 310020）

摘 要：隨著我國科學技術的進步，在當前的可持續(xù)發(fā)展背景下和建筑資源浪費現(xiàn)象，以建筑的設計方法的發(fā)展方向作為切入點，分析建筑資源的現(xiàn)狀和可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾現(xiàn)狀。傳統(tǒng)的設計方法已經(jīng)不能滿足可出續(xù)發(fā)展的設計需求。當今的媒體化時代，建筑異化為圖形，建筑圖景化的現(xiàn)象使建筑失去了一個相對清晰的本體內(nèi)涵；同時，我國建筑業(yè)發(fā)展模式以粗放為主，設計與建造的過程中無法對接，造成資源的浪費，建筑品質(zhì)的缺失。針對以上問題，建筑工業(yè)將是對其的解答，也是未來建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

關鍵詞：BIM；建筑設計；建筑結構；設計研究

傳統(tǒng)的建筑設計中，建筑師把設計作為一種藝術的追求，導致不同專業(yè)的交流減少，各行各業(yè)的發(fā)展相對孤立。在建筑設計中忽略了新技術、新材料對建筑發(fā)展的影響；建筑完成度不髙，造成建筑設計的質(zhì)量不佳。集成設計包括設計制約因素的迭代，是從建筑師角度出發(fā)，設計流程中的設計要素的集成，提高設計的準確性。

一、BIM的基本理論

（一）BIM基本概念

BIM的中文概念為建筑信息模型，是以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。它具有可視化，統(tǒng)籌性，模擬性，優(yōu)化性和可出圖性五大特點。

計算機設計軟件的多樣化促使建筑行業(yè)發(fā)生了重大變革，從傳統(tǒng)的手工繪制建筑設計圖紙的生產(chǎn)方式過度到使用計算機軟件輔助制圖。由于及計算機技術的不斷發(fā)展提升，各大軟件開發(fā)商大批的加入建筑行業(yè)，加劇了建筑行業(yè)的激烈競爭。傳統(tǒng)的建筑行業(yè)運轉模式已經(jīng)不能滿足建筑行業(yè)形式的發(fā)展。

1975年，一篇刊登在美國雜志上的文章中提到了一個概念，建筑描述系統(tǒng)--BDS。它的作者是卡耐基麥隆大學的查理伊斯特曼博士。這是BIM的一個早期的工作模型，查理提出，“所有的信息都是互動的典型元素”，在相同的元素闡述中獲取不同的建筑模型視角圖；對于不同布局的修改只需通過一次操作，就可以修改所有繪制圖形；不同計算數(shù)據(jù)分析都可以與這個描述進行逐一對接，最終得到工程運算和估計的材料數(shù)量，最后形成一個有機統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。

（二）BIM的實現(xiàn)價值

BIM的信息交換和共享要在IFC標準、IDM信息交付手冊、IFD國際框架字典基礎上形成框架基礎。

所謂的IFC標準（Industry Foundation classes）指的是包括全部項目信息之間的整合，涵蓋所有的建筑工程內(nèi)容。從2002年起，成為國際正式的ISO建筑衡量標準。它作為一種面向于廣泛建筑工程領域的集合體，以數(shù)據(jù)交換格式為主要衡量標準，規(guī)范了項目工程和工程數(shù)據(jù)。它的主要內(nèi)容包括：工程的信息描述方式和工程信息的獲取方式。其中，工程信息的描述分為四個類別：由低級到高級依次為信息資源層、信息框架層、信息交互層、信息領域層。信息資源層用來描述整體結構的分散信息資源。這一層級是IFC標準的基礎，一切的信息資源都是為臨近的上一級服務的。例如：幾何模型資源、材料屬性資源、日期時間資源、約束資源等；信息框架層指的是描述建筑工程信息的整體框架。與下一層級組成并與上一層的信息資源組合、建立聯(lián)系；信息交互層即描述建筑與其他相關行業(yè)的信息轉化內(nèi)容。這是對IFC標準的深化層級，基于這個層級的標準之上，對建筑各個基本結構的進行更加詳細的分解。例如：空間元素、設備元素、管理元素、共享元素等；信息領域層，主要描述的是各個行業(yè)領域的專業(yè)信息資源。例如：設備管理、結構設計、施工管理、暖通等。這四個層級分別包含不同的信息描述內(nèi)容，遵循相互對應的規(guī)則，各個層級之間只能使用本層級或鄰近下一層級的信息資源，這樣可以保證上層信息資源產(chǎn)生變化時不影響下一層級的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

IDM（Information Delivery Manual）即信息交付手冊。是基于IFC標準下對現(xiàn)有的建筑工程信息進行轉化以及建筑各個階段完成任務的總體概況，針對項目的參與方和項目的不同階段解決信息的組裝問題，滿足建筑的模型的需要。

IFD術語的中文意思為國際框架字典。就是將同一概念、同一語言、同一類別的建筑內(nèi)容進行歸納、命名。通過GUID（Global Unique Identifier）對每個概念進行信息化的重新排列組合，對不同對象的相關數(shù)據(jù)進行提取，最終得出具有相同點的結論，由此組成完整的概念框架。

二、BIM的建筑設計方法

20世紀80年代末，計算機的計算設計軟件走進我國的建筑工程，計算機設計應用軟件的使用使建筑行業(yè)的工作效率和設計質(zhì)量得到了根本性的飛躍。CAD這一應用軟件以平面為基礎，創(chuàng)造點、線、面相互連接的形式來呈現(xiàn)設計內(nèi)容，這與傳統(tǒng)的手繪圖紙一樣，并沒有改變傳統(tǒng)的設計基本模式。建筑物的形狀越來越復雜，對建筑功能的要求也多種多樣，借助于CAD設計軟件的建筑設計方法的弊端逐漸顯現(xiàn)出來。

在方案階段，較側重于建筑外形的設計美感和建筑的主要格局。這一階段主要在于建筑設計師和結構工程師的良好溝通。從藝術美感方面、建筑物的功能方面和力學的角度綜合分析建筑物的主體布局結構。這個過程可以借助BIM的設計方案設計軟件在三維的立體空間中展示建筑設計師的設計成果和設計理念，與結構工程師進行商議，初步確定建筑的設計方案和結構方案。

建筑師可以在建筑的初步設計階段利用BIM建筑模型軟件在設計方案的基礎上依據(jù)水暖電業(yè)的修改意見進一步細化、完善設計方案和BIM建立的建筑模型。其次再考慮構建的位置、設備。之后確定合理的工程預算。協(xié)調(diào)各專業(yè)間技術工種存在的溝通問題，形成初步的文件設計稿。分三個步驟完成：第一，加載BIM建筑模型。在建筑結構的設計過程中要圍繞建筑模型的構建展開，避免影響建筑的藝術美感和建筑的實用功能。例如：在獨立別墅的建設項目中以結構樣板為原件，將設計的建筑模型導入到結構樣板的數(shù)據(jù)文件中，通過識圖的可見性功能導入專業(yè)的模型作為參照模型。第二，布置受力受力構件。雖然BIM的最終模型是以三維立體的圖像展示的，但他的結構化分仍然是在平面圖中繪制。所以，平面圖出現(xiàn)的構件同樣也會在三維的圖像中出現(xiàn)相同數(shù)量的構件。在BIM的模型設置中可以采取利用多個窗口或顯示器同時進行的方法將構件布置的結果實時的傳輸?shù)狡渌麑I(yè)三維模型中；還可以采取BIM的檢測方法，減少各個模型之間的沖突。在基礎的BIM基礎模型軟件建成之后，需要對有限的模型結構進行預算，結合模型中的幾何尺寸等條件通過間接地方式分析數(shù)據(jù)。

結構構件剖面圖 實時顯示三維模型

檢查構件碰撞 三維模型

在進行圖紙的施工階段，主要是將初定的設計模型立體的反映在三維的圖像上，結合建筑的形狀、結構、水暖電的要求進一步的完善基礎模型。施工圖的最終文件是要在合理的范圍內(nèi)符合設備材料的采購、施工的要求。

結束語：

BIM的產(chǎn)生為建筑設計行業(yè)帶來了一場風聲血雨的技術革命，它為建筑設計行業(yè)創(chuàng)新了新的信息管理方式，并且在較短的時間內(nèi)廣泛的受到了建筑行業(yè)專家的認可。本文通過對BIM的基礎理論介紹和總結，對模型的結構、過程做出了詳細的分析，闡述了BIM建筑設計的基本方法。就現(xiàn)階段我國建筑業(yè)發(fā)展的情況來看，BIM在未來的發(fā)展中將會更加重視模型的結構設計的安全性，最大程度的減少經(jīng)濟方面的阻礙因素，加大模型建造過程中的可實用性調(diào)整；在模型的具體項目中引入創(chuàng)新型的技術，直觀的展現(xiàn)模型的結構設計過程，系統(tǒng)的進行模型的合理設計，解決技術中存在的各項問題，降低建筑設計企業(yè)的行業(yè)風險，在發(fā)展中努力的探索適合我國建筑業(yè)的發(fā)展道路。

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