淺談BIM在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

程諾嘉 邊疆 鄂秋樂

摘? ? 要：BIM（Building Information Model）的出現(xiàn)時(shí)一次工程建設(shè)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)革命。自2004年國內(nèi)首次引入BIM概念以來，各類基于此項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)層出不窮。就建筑專業(yè)而言，這無疑是向以AutoCAD為主體的、以工程圖紙為核心的設(shè)計(jì)和工程管理模式發(fā)出了挑戰(zhàn)。因此，為了進(jìn)一步促進(jìn)BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的發(fā)展，本文對(duì)BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用做了一些應(yīng)用研究工作。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);產(chǎn)業(yè)革命;建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1? BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的優(yōu)勢

BIM是當(dāng)前工程建設(shè)行業(yè)中炙手可熱的技術(shù)，并且以正以迅雷不及掩耳之勢在整個(gè)工程領(lǐng)域中引起一場信息化數(shù)字革命。如若想正確高效的運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)，首先我們應(yīng)該明確其定義到底是什么。目前較為全面、完善的關(guān)于BIM的定義是來自于“麥格勞-希爾建筑信息公司”對(duì)BIM的定義。BIM（Building Information Model），即利用三維建筑設(shè)計(jì)工具，創(chuàng)建包含完整建筑工程信息的三維數(shù)字模型，并利用該數(shù)字模型由軟件自動(dòng)生成設(shè)計(jì)所需要的工程視圖，并添加尺寸標(biāo)注等，用以代替AutoCAD完成設(shè)計(jì)需要的平面、立面、剖面、詳圖等施工圖紙?；谠摱x，我們不難發(fā)現(xiàn)，如果建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的過程中使用了這項(xiàng)技術(shù)，可以在直觀的三維空間中觀察設(shè)計(jì)的各個(gè)細(xì)節(jié)，尤其對(duì)于異性建筑的設(shè)計(jì)來說，無論是直觀的表達(dá)還是其高效、準(zhǔn)確的圖檔，都將極大的提高設(shè)計(jì)效率，避免錯(cuò)誤發(fā)生的概率?？偨Y(jié)起來，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢有如下幾點(diǎn)。

1.1? 人性化的設(shè)計(jì)功能將大大節(jié)約設(shè)計(jì)人員的工作量

Revit平臺(tái)是以BIM為核心的三維建筑設(shè)計(jì)工具。除了可以建立真實(shí)的三維BIM模型外，還可以在Revit中生成對(duì)應(yīng)的圖紙、門窗表、工程量清單等。由于所有這些信息軍事來源于所建立的BIM模型，因此當(dāng)設(shè)計(jì)發(fā)生變更時(shí)，Revit會(huì)自動(dòng)更新所有相關(guān)的信息，并將所有內(nèi)容自動(dòng)關(guān)聯(lián)在一起儲(chǔ)存在同一個(gè)項(xiàng)目文件中。

1.2? 減少施工現(xiàn)場的設(shè)計(jì)變更，降低項(xiàng)目成本

由于BIM模型能夠?qū)㈨?xiàng)目的設(shè)計(jì)情況完成的反映出來，BIM模型中的構(gòu)件模型可以與施工現(xiàn)場中的真實(shí)構(gòu)件一一對(duì)應(yīng)?？梢酝ㄟ^BIM模型發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目在施工過程中出現(xiàn)的錯(cuò)、漏、碰、缺等設(shè)計(jì)失誤，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少施工現(xiàn)場的變更，降低項(xiàng)目成本。

1.3? 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，大大降低時(shí)間成本

在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，一般需要建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等多個(gè)專業(yè)共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)。常常是一個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)完再由其他專業(yè)提資料。如果在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)變更，其他相關(guān)專業(yè)則需要進(jìn)行相應(yīng)的修改，這樣往復(fù)的重復(fù)性工作無疑加重了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作量，也使得設(shè)計(jì)工作容易出現(xiàn)由于各專業(yè)協(xié)調(diào)不一而產(chǎn)生的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。利用Revit平臺(tái)各專業(yè)軟件間的強(qiáng)大數(shù)據(jù)互通能力，可以輕松實(shí)現(xiàn)多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)。

2? BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)的工程實(shí)例

本項(xiàng)目為遼寧某大學(xué)大學(xué)生工程訓(xùn)練及創(chuàng)新中心，項(xiàng)目位于遼寧省鞍山市，建筑功能為多層公建實(shí)驗(yàn)樓。工程占地面積3423平方米，總建筑面積17109.45平方米，共5層，建筑高度為21.15米。本工程結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定屬于3類，設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，耐火等級(jí)為二級(jí)。本項(xiàng)目應(yīng)用BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)步驟如下：

Revit軟件建模（各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)）→模型導(dǎo)入廣廈進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析→生成施工圖→修正Revit模型。

3? ?BIM技術(shù)的應(yīng)用流程

Revit系列軟件是針對(duì)廣大建筑建構(gòu)設(shè)計(jì)師和工程人員開發(fā)的三維參數(shù)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。利用Revit可以讓設(shè)計(jì)師在三維設(shè)計(jì)模式下，方便地推敲設(shè)計(jì)方案、快速表達(dá)設(shè)計(jì)意圖、創(chuàng)建三維BIM模型、并以BIM模型為基礎(chǔ)，得到所需的建筑結(jié)構(gòu)施工圖檔，完成概念到方案，最終完成整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過程。由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)輔助功能及低門檻操作要求，被各大設(shè)計(jì)及施工單位所廣泛接受。

3.1? 利用Revit軟件建立模型具體操作流程：

Revit軟件建立建筑模型具體建模流程為：

新建項(xiàng)目→創(chuàng)建標(biāo)高→創(chuàng)建軸網(wǎng)→創(chuàng)建墻體→添加門、窗、幕墻等→添加樓板、屋頂和天花板→添加樓梯→創(chuàng)建場地與場地構(gòu)件。

Revit軟件建立結(jié)構(gòu)模型具體建模流程為：

新建項(xiàng)目→創(chuàng)建標(biāo)高→創(chuàng)建軸網(wǎng)→添加結(jié)構(gòu)柱→添加結(jié)構(gòu)梁→建立結(jié)構(gòu)樓板→建立屋頂→建立結(jié)構(gòu)獨(dú)立基礎(chǔ)。

3.2? ?Revit模型轉(zhuǎn)換為計(jì)算模型

打開廣廈主菜單→設(shè)置導(dǎo)出路徑→Revit轉(zhuǎn)換→用Revit打開需要轉(zhuǎn)換的項(xiàng)目→廣廈數(shù)據(jù)接口→生成廣廈模型。模型轉(zhuǎn)換完成后，檢查幾何構(gòu)件尺寸及位置是否與原Revit模型一致，轉(zhuǎn)換后每個(gè)自然層均作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層。確認(rèn)無誤后在GSSAP中輸入各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)后進(jìn)行計(jì)算，查看樓層控制指標(biāo)層間位移角再審核構(gòu)件控制指標(biāo)柱梁板等構(gòu)件的超筋超限驗(yàn)算。

3.3? ?AutoCAD自動(dòng)成圖

若要完成AutoCAD自動(dòng)生成施工圖需要按照下述步驟進(jìn)行操作：

選擇廣廈主菜單→平法配筋→AutoCAD自動(dòng)成圖→生成DWG文件→按照建筑結(jié)構(gòu)平法表示規(guī)則進(jìn)行局部修改→分存DWG生成鋼筋算量數(shù)據(jù)。

3.4? ?根據(jù)計(jì)算模型修正Revit模型結(jié)構(gòu)

Revit模型根據(jù)計(jì)算模型修正后，即可以提供給各專業(yè)進(jìn)修協(xié)同設(shè)計(jì)，在協(xié)同設(shè)計(jì)的過程中如果存在較大的修改，則需要回到計(jì)算模型修改然后重新導(dǎo)出Revit模型。

4? 設(shè)計(jì)院人員應(yīng)用BIM技術(shù)的未來展望

對(duì)于設(shè)計(jì)院來說，在學(xué)習(xí)和推進(jìn)BIM技術(shù)的過程中最大的挑戰(zhàn)來自于傳統(tǒng)，一般傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程和方法對(duì)新的技術(shù)是存在抗拒的，而在推進(jìn)BIM技術(shù)過程中的學(xué)習(xí)、探索又不可避免的會(huì)帶來短暫的、低效的、甚至無效的過程，這些都是必須要付出的代價(jià)。而一旦客服了這些困難，新技術(shù)帶來的效益也是非常顯著的。

大部分設(shè)計(jì)院在應(yīng)用BIM技術(shù)的初期會(huì)遇到如下問題：（1）觀念問題：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是采用二維設(shè)計(jì)，而BIM用的是三維的平臺(tái)，由于不適應(yīng)，所以有些設(shè)計(jì)人員不愿意轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)平臺(tái)。（2）軟件匹配問題：商業(yè)軟件不太匹配，許多工作不能夠在同一平臺(tái)上協(xié)作，影響了應(yīng)用。（3）標(biāo)準(zhǔn)體系尚未健全，要建立一個(gè)統(tǒng)一的新標(biāo)準(zhǔn)。

基于上述問題，如果想推廣好BIM技術(shù)則需做好以下工作：（1）轉(zhuǎn)變觀念，提高認(rèn)識(shí)：BIM還屬于一個(gè)新事物，在使用過程當(dāng)中允許出錯(cuò)，這些付出必不可少，需要堅(jiān)定不移的走下去。（2）作為設(shè)計(jì)院應(yīng)當(dāng)關(guān)注除了提高設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率外，還能為業(yè)主帶來哪些利益。（3）BIM技術(shù)的推進(jìn)還需要行業(yè)的推動(dòng)。設(shè)計(jì)單位間發(fā)展不均衡，推進(jìn)BIM應(yīng)用需要具備一定的條件，需要花費(fèi)很大的代價(jià)，但是這是行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，需要企業(yè)痛下決心以推動(dòng)BIM技術(shù)的發(fā)展。

5? 結(jié)束語

歷史告訴我們科技的進(jìn)步時(shí)常是伴隨著技術(shù)的革命。從繪圖板、丁字尺、針管筆等手繪圖紙的方式到高效率、高精度的CAD制圖方式，再到現(xiàn)如今的BIM技術(shù)，這一次次的技術(shù)革命無疑給人們帶來巨大的效益。BIM技術(shù)的發(fā)展同時(shí)亦任重道遠(yuǎn)，通過深入的研究可以發(fā)現(xiàn)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)仍然存在很多瓶頸，例如法律監(jiān)管的力度、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定、設(shè)計(jì)人員能力的提升等，這些瓶頸都需要我們進(jìn)一步來解決。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何清華，錢麗麗，段運(yùn)峰.BIM在國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報(bào)，2016（1）：12～16.

[2] 李韌.探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].江西建材，2017（18）：62+64.