BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用

呂志強

（山東捷瑞數(shù)字科技股份有限公司，山東煙臺264000）

現(xiàn)代科學技術(shù)推動了建筑行業(yè)的發(fā)展與進步，促使現(xiàn)代建筑功能更加復雜，居民對建筑的要求越來越高，各種先進技術(shù)逐漸被推廣應(yīng)用，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以提高設(shè)計效率，有助于提升建筑產(chǎn)品的整體質(zhì)量，本文主要對該技術(shù)的應(yīng)用進行探討。

1 BIM 基本概念及BIM 技術(shù)的特征

1.1 BIM 技術(shù)概述

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們對于建筑功能的要求不僅僅局限在使用上，而是更加注重建筑的整體性能，如對空間的利用、節(jié)能環(huán)保、新的科技形式的應(yīng)用等。因此，新奇的建筑構(gòu)想不斷產(chǎn)生，建筑向著立體空間發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)日益復雜，向著智能化的趨勢發(fā)展，這給建筑設(shè)計帶來了諸多困難。這一技術(shù)可以貫穿建筑結(jié)構(gòu)實際施工的整個過程，大大提高了工程的效率，降低了施工成本。BIM 技術(shù)是基于計算機和信息化的發(fā)展而產(chǎn)生的，因此，其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的應(yīng)用，對建筑業(yè)的信息化建設(shè)有著重要意義，建筑設(shè)計開始了向信息數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，更準確高效的對繁雜的數(shù)據(jù)信息進行處理，同時，對建筑工程的成本核算和管理、施工質(zhì)量管控、合理安排施工工期等都有著重要幫助，對工程管理的角度更加全面，更加細化，為我國建筑行業(yè)向著高科技、智能化、長久性的發(fā)展鋪開了道路。

1.2 BIM 技術(shù)特征

信息集成是BIM 技術(shù)的一大特點，在該軟件系統(tǒng)中，各個信息模塊是獨立的，在這個模塊中，可以完成每個專業(yè)信息的修改。在BIM 平臺中，可以為每個專業(yè)的設(shè)計人員提供設(shè)計平臺，從而達到集成化設(shè)計理念的應(yīng)用。在BIM 平臺中，數(shù)據(jù)庫是最為重要的內(nèi)容。三維模型組建成了數(shù)據(jù)庫，其中包含多種信息內(nèi)容，如建筑空間信息、零部件尺寸、規(guī)格、施工過程方法等。在模型中，設(shè)計人員能夠快速找到需要的相關(guān)信息，這一優(yōu)勢在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中有比CAD 制圖更加重要的應(yīng)用價值。BIM 系統(tǒng)能夠加強各參建方之間的聯(lián)系。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，設(shè)計人員可以構(gòu)建建筑設(shè)計可視化模型，然后實現(xiàn)業(yè)主、建設(shè)單位、施工單位、設(shè)計單位等各個部門之間的溝通，讓各方了解設(shè)計內(nèi)容并提出意見，設(shè)計人員綜合考慮各方意見和施工實際情況后，可以及時調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。在建筑模型構(gòu)建完成后，還可以對后期管線安裝等工作進行檢測，減少設(shè)計失誤，確保后期施工的順利開展，降低設(shè)計變更概率，在提高設(shè)計效果的同時節(jié)省時間和成本。設(shè)計人員進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，可以修改一些結(jié)構(gòu)參數(shù)，修改后，BIM 技術(shù)能自動完成其他相關(guān)數(shù)據(jù)的更正，最終體現(xiàn)在相關(guān)設(shè)計圖中。

2 BIM 技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 建模及分析

建模是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容，設(shè)計師根據(jù)基本信息，確立各項結(jié)構(gòu)參數(shù)，構(gòu)建虛擬的建筑結(jié)構(gòu)樣機，空間三維形態(tài)呈現(xiàn)精確的空間關(guān)系和數(shù)據(jù)，與其他3D 建模不同，BIM建模根據(jù)模型自動協(xié)調(diào)更改相應(yīng)的信息。設(shè)計師根據(jù)IFC 標準，將建筑結(jié)構(gòu)模型進行基本構(gòu)件的劃分比如梁、柱、板、墻、梯等；進而對構(gòu)件實體進行包括幾何、維度、材料、力學屬性定義，例如墻體是否由外墻裝飾面、隔熱材料、內(nèi)墻、結(jié)構(gòu)層等幾層構(gòu)成；然后通過邏輯結(jié)構(gòu)對模型體系進行對應(yīng)關(guān)系的有效關(guān)聯(lián)，最終實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)實體的定義。建模之后結(jié)合實際情景，基于三維可視化進行各類分析：空間分析、結(jié)構(gòu)分析、效果圖分析，環(huán)境影響分析等。比如完成基礎(chǔ)建模后對建筑進行光照分析，及時發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整結(jié)構(gòu)間距參數(shù)，改善光照資源，比如建筑立面外窗與結(jié)構(gòu)圈梁出現(xiàn)空間交錯的情況，無法開啟及使用，設(shè)計協(xié)調(diào)后及時處理；結(jié)構(gòu)梁柱、連接件、孔洞預留等合理定位模擬，可靠的細節(jié)調(diào)整保證設(shè)計連續(xù)性。

2.2 建筑空間規(guī)劃應(yīng)用

建筑設(shè)計的首要環(huán)節(jié)即為空間規(guī)劃，建筑地點選定條件下即應(yīng)開始分析當?shù)乜臻g、地形，如果基地地形比較復雜，則更有必要分析地形結(jié)構(gòu)。利用BIM 技術(shù)分析建筑基地坡向、斜率、坡高等空間，可以初步探索地形復雜區(qū)域建立建筑物的可行性，奠定設(shè)計基礎(chǔ)，打通設(shè)計思路。利用GIS 建?？梢赃M行坡度分析，模擬各項參數(shù)，根據(jù)設(shè)計需要由各層面以各種視角展開分析、研究，將系列性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)就此生成，為未來設(shè)計提供具體的參考依據(jù)。完成地形探索條件下，建筑物空間規(guī)劃工作即可展開。通常有必要基于BIM 技術(shù)來可視化分析建筑物的空間規(guī)劃，利用3D 技術(shù)將建筑物立體化展示出來，同時展開道路可視分析、規(guī)劃可視度分析、室內(nèi)視野分析等，各類分析展開之前的前置環(huán)節(jié)是有關(guān)模型構(gòu)建，建立好相關(guān)模型后應(yīng)利用BIM 技術(shù)調(diào)試，和各因素相結(jié)合進行統(tǒng)一考慮，將最理想的空間規(guī)劃模型建立成功。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)性能研究

本質(zhì)來看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實質(zhì)上并非簡單排列建筑的各組成部分，而是需要有機組合建筑物的各部分，以此建立起可以相互支持的建筑整體，為建筑結(jié)構(gòu)整體牢固性、抗震性等達標提供保障，因此很有必要分析建筑結(jié)構(gòu)性能。BIM 技術(shù)宜將有關(guān)性能分析軟件設(shè)計出來，并在軟件內(nèi)導入建筑信息模型數(shù)據(jù)，以此將分析過程快速、準確地完成，基于分析結(jié)果將設(shè)計缺陷迅速改變，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量提升。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)建模應(yīng)用

伴隨建筑工程持續(xù)發(fā)展，建筑工程日益呈現(xiàn)出大空間、大跨度發(fā)展趨勢，這也逐步增大了鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用數(shù)量與規(guī)模。鋼結(jié)構(gòu)鏈接、強化件數(shù)量眾多，布置極廣，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計難度因此明顯增大?；贐IM 技術(shù)，則能在計算鋼結(jié)構(gòu)梁高度基礎(chǔ)上專門設(shè)計所有連接件，參數(shù)化處理這些連接件，基于BIM 技術(shù)參數(shù)共享則能有效控制好鋼結(jié)構(gòu)中連接件（種螺栓等） 間距與數(shù)量，如果有新連接件構(gòu)建，設(shè)計師無需進行重復設(shè)計工作，僅需對有關(guān)參數(shù)進行調(diào)整就能實現(xiàn)新連接件設(shè)計；基于BIM 技術(shù)，設(shè)計師同樣可以將加強件的大樣圖輕松繪制成功，滿足加強件的設(shè)計與制作需要。而從鋼結(jié)構(gòu)施工角度來看，BIM 技術(shù)能夠有效簡化技術(shù)人員的工作量，讓其僅需基于設(shè)計位置全能完成加強件部位設(shè)計，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計缺陷因此可以被全面規(guī)避。

2.5 自動出圖

BIM 技術(shù)自動生成和更新施工圖紙，相比于傳統(tǒng)的二維圖紙具有明顯的立體感和層次性，可視化幫助施工員更加深刻的理解圖紙傳遞的結(jié)構(gòu)信息及建造理念。小范圍細節(jié)結(jié)構(gòu)圖紙在模型放大后，展現(xiàn)帶有光特色的構(gòu)件之間的層次位置圖。

3 存在問題及改進對策

3.1 存在的問題

1） 標準體系有待完善。盡管BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中被推廣和應(yīng)用，但是，當前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用的設(shè)計技術(shù)較多，BIM 只是其中之一，且尚處于探索階段，加上業(yè)內(nèi)還尚未建立完善的標準體系來進行規(guī)范和指導，這導致在實際運用中還存在著不少不合理而有待改進之處。2） BIM技術(shù)的應(yīng)用成本較高。要使BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分發(fā)揮作用，需要投入較高的設(shè)備和人力成本。用于購置電腦等設(shè)計工具及繳納費用，以更新軟件和數(shù)據(jù)庫等。

3.2 改進對策

1） 建立健全的項目樣板。項目樣板是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，包含了有限標準化處理表達方式、符號、字體、線型、種族等內(nèi)容，高質(zhì)量的項目樣板，能夠減少設(shè)計過程中的工作重復，降低設(shè)計錯誤率，對提高設(shè)計質(zhì)量和效率有極大的促進作用。2） 提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計質(zhì)量。在當前的建筑工程中，主要建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件有鋼結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆筑件和預制件等形式的樓梯、樓板、梁、墻、柱等。通常應(yīng)用最為廣泛的是現(xiàn)澆筑件，這些構(gòu)件的形式需要設(shè)計者根據(jù)功能要求并參考管線走向等信息進行設(shè)計，確保功能性的實現(xiàn)，同時使構(gòu)件間良好的銜接，避免構(gòu)件與管線產(chǎn)生位置沖突等問題。

4 結(jié)語

建筑行業(yè)作為對社會、經(jīng)濟發(fā)展和人民生活影響巨大的行業(yè)，其發(fā)展不僅需要施工人員努力提高施工水平，在實際施工中不斷探索和創(chuàng)新，不斷改進現(xiàn)場施工工藝、施工方法，還需要設(shè)計人員不斷提高設(shè)計水平，通過應(yīng)用新材料、新工藝、新形式降低施工難度和施工成本，不斷提高建筑的安全性、耐用性。BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，極大地提高了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作效率和設(shè)計方案的科學性，減少了不必要的設(shè)計錯誤，同時通過高效、形象的展示方式更方便現(xiàn)場人員了解設(shè)計信息、組織生產(chǎn)施工。