基于BIM 技術(shù)的高層民用住宅中的應(yīng)用

劉禮

（安徽科技學(xué)院，安徽 蚌埠233000）

1 BIM 簡(jiǎn)介

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)作為促進(jìn)我國(guó)建筑領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的重要技術(shù)手段之一, 是目前社會(huì)建筑行業(yè)的發(fā)展的一門新技術(shù),其體現(xiàn)出的信息化、工業(yè)化和綠色化特點(diǎn),推動(dòng)了建筑行業(yè)信息化的發(fā)展。BIM 技術(shù)最早由美國(guó)的Chunk Eastman 博士提出,他也是現(xiàn)在公認(rèn)的“BIM之父”。BIM技術(shù)通過(guò)在參數(shù)化的設(shè)計(jì)后,在計(jì)算機(jī)中建立出一個(gè)虛擬的建筑,其中包括項(xiàng)目的各類圖紙、3D 模型、數(shù)據(jù)模型等,這些信息之間是共同關(guān)聯(lián)的[1]。通過(guò)整合工程各專業(yè)的相關(guān)信息,支持建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工等機(jī)構(gòu)對(duì)該項(xiàng)目信息進(jìn)行反饋修改, 實(shí)現(xiàn)在整個(gè)工程生命周期信息的共享, 使各部門技術(shù)人員對(duì)各個(gè)階段工程建造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題作出正確而高效的應(yīng)對(duì), 為建筑施工運(yùn)營(yíng)單位等在內(nèi)的各方建設(shè)人員單位提供協(xié)同化施工的基礎(chǔ), 從而達(dá)到提升效率、減低成本以及縮短工期等方面的目的。在工程的造價(jià)管理、3D 模型的交流、建設(shè)成本控制等方面起到重大作用[2]。BIM技術(shù)曾在《2011-2015 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中多次被提出,并在建筑業(yè)的科技進(jìn)步和創(chuàng)新成果中產(chǎn)生了巨大的影響。在完成整個(gè)項(xiàng)目的過(guò)程中,BIM 技術(shù)所提供的數(shù)據(jù)都能在建造和后期的運(yùn)營(yíng)管理方面發(fā)揮著重大作用[3]。

2 基于BIM 高層建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 BIM的可視化

傳統(tǒng)的施工圖紙,都是基于二維平面所繪制的,對(duì)于一些復(fù)雜的節(jié)點(diǎn), 二維圖紙并不能很好地表達(dá)出各構(gòu)件之間的關(guān)系。BIM 技術(shù)是一種可將平面CAD 圖紙轉(zhuǎn)化為可以進(jìn)行交流的模型,從而可以使人更直觀的了解建筑物的體塊關(guān)系。利用BIM技術(shù)可以在施工前對(duì)各專業(yè)的圖紙進(jìn)行碰撞檢查,從而提高實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的效率。

2.2 BIM的模擬性

在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)中, 利用BIM技術(shù)可模擬出其生產(chǎn)流程,從實(shí)體的角度出發(fā),可以多維度觀察模型生產(chǎn)狀況,在進(jìn)行技術(shù)交接過(guò)程中,可注明易出錯(cuò)的地方,盡量減少施工過(guò)程中因圖紙表達(dá)不明確而引起的工序返工以及工期滯后等現(xiàn)象。BIM技術(shù)還可在施工前對(duì)各專業(yè)之間進(jìn)行模擬生產(chǎn), 提前解決生產(chǎn)過(guò)程中所遇到的工程問(wèn)題。

2.3 BIM的優(yōu)化性

利用BIM技術(shù)可以對(duì)不同的方案進(jìn)行篩選優(yōu)化, 既可以調(diào)高方案實(shí)施的高效性,又能縮短工期和減少造價(jià)。通過(guò)對(duì)比各方案的優(yōu)缺點(diǎn),選取最優(yōu)的方案進(jìn)行施工,有助于項(xiàng)目順利的順利實(shí)施。

2.4 BIM的協(xié)調(diào)性

前期在利用BIM技術(shù)建模的過(guò)程中,需要與結(jié)構(gòu)專業(yè)、機(jī)電專業(yè)、綠建專業(yè)、暖通專業(yè)等各專業(yè)之間進(jìn)行協(xié)調(diào),在完成各專業(yè)之間的碰撞后,生成對(duì)應(yīng)的解決方案。通過(guò)BIM技術(shù),可解決專業(yè)內(nèi)部的空間交叉、凈空設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

2.5 BIM的可出圖性

利用BIM技術(shù)建模,可根據(jù)模型生成各類圖紙,其中也包括各專業(yè)碰撞檢查后的綜合圖紙。在經(jīng)過(guò)圖模會(huì)申后,生成最終的施工方案圖。

研究方法:BIM 需要三大技術(shù)支柱支撐——IFC(Industry Foundation Class) 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)、IDM (Information Delivery Manual) 數(shù)據(jù)傳遞標(biāo)準(zhǔn)、IFD (International Framework for Dictionaries)信息語(yǔ)義標(biāo)準(zhǔn)。信息交換的標(biāo)準(zhǔn)由IFC 提供,信息交換的內(nèi)容由IDM提供, 而交換信息的唯一性則由IFD 提供、三者共同進(jìn)行信息交換,也是BIM技術(shù)價(jià)值最大化的三大法寶。

3 高層建筑建模的主要內(nèi)容

運(yùn)用BIM實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)表現(xiàn)為協(xié)同作業(yè)、可視化設(shè)計(jì)和碰撞檢查口。具體內(nèi)容如下:

3.1 工程概況

某項(xiàng)目位于市區(qū)郊區(qū),是一棟小區(qū)的高層住宅?？傉嫉孛娣e為5647m2,非建筑面積(廣場(chǎng)、綠地)面積約占65%-75%,建筑面積在10000m2-20000m2之間,結(jié)構(gòu)類型為剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)使用年限為50 年,耐火等級(jí)為一級(jí),抗震設(shè)防烈度為7 度。為了使住宅的各個(gè)區(qū)功能互不相同,建筑過(guò)程中使用了BIM技術(shù)。

3.2 建筑模型構(gòu)建

首先,工人們需要對(duì)該地段進(jìn)行勘查測(cè)量,之后將所得的數(shù)據(jù)輸入IBM系統(tǒng)平臺(tái),對(duì)模型進(jìn)行初步構(gòu)建。跟國(guó)內(nèi)很多事務(wù)所BIM 設(shè)計(jì)流程相同,工作人員在bim 技術(shù)的基礎(chǔ)上,將不同專業(yè)、不同樓層的圖紙進(jìn)行分類,然后分析各類圖紙,最后將CAD圖紙導(dǎo)入PKPM-BIM建模軟件中。通過(guò)了解分析所構(gòu)建模型的圖紙, 對(duì)模型進(jìn)行初步的軸網(wǎng)定位。后續(xù)模型便以此為參照依據(jù)。根據(jù)圖紙標(biāo)注的梁、柱、板等在軸網(wǎng)上依次建模,將整體的模型框架搭建好之后,在墻體上開設(shè)門、窗和洞口,也可布置幕墻等。由于軟件自帶相應(yīng)的門窗尺寸,所以可依據(jù)不同的墻體和建筑外形要求對(duì)門窗進(jìn)行尺寸設(shè)置,并且滿足參數(shù)化等要求。按照專業(yè)樓層建立三維模型,在建好模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行交叉分工檢查,最終完善整個(gè)模型。在模型搭建成功后可以對(duì)室內(nèi)外進(jìn)行詳細(xì)的裝修, 并可以導(dǎo)出bimx 模型, 可結(jié)合圖紙進(jìn)行漫游動(dòng)畫展示,實(shí)現(xiàn)由圖紙- 模型- 圖紙的模式,逐步提高模型數(shù)據(jù)的精確度。

3.3 結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

3.3.1 結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)設(shè)置

主要包括:荷載情況、荷載組合、分析模型設(shè)置、和邊界條件。在創(chuàng)建實(shí)體模型的同時(shí),BIM會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型, 并且可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的相互轉(zhuǎn)化。用戶通過(guò)設(shè)置屬性,便可以檢查結(jié)構(gòu)配筋是否合理。最終我們要將所搭建的模型導(dǎo)出來(lái), 具體包括軸線、結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)板、結(jié)構(gòu)柱、以及相關(guān)的洞口和樓板。而相關(guān)的一些荷載結(jié)構(gòu)部分也要導(dǎo)出來(lái),包括恒荷載、活荷載、地震荷載等。一些特殊的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)需要設(shè)置對(duì)應(yīng)的偏心,以滿足結(jié)構(gòu)安全的需要。根據(jù)該民用建筑物的一層建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通圖,建立三維模型。

3.3.2 模態(tài)分析

模態(tài)是建筑中結(jié)構(gòu)部分固有的振動(dòng)特性,每一個(gè)模態(tài)都有一個(gè)固定的頻率、阻尼比和模態(tài)振型。要使得結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),必須要對(duì)模態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,以確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性,與此同時(shí),模態(tài)也是后續(xù)風(fēng)荷載、地震分析的前提。在此過(guò)程中,多自由度體系的運(yùn)動(dòng)方程多使用直接平衡法,參考D'Alember 原理

其中{fI}- 結(jié)構(gòu)慣性力,{fD}- 結(jié)構(gòu)阻尼力,{fS}- 結(jié)構(gòu)彈性恢復(fù)力,{pt}- 外力荷載;模態(tài)振形可分為:Y 向平動(dòng)、X 向平動(dòng)、繞Z 轉(zhuǎn)動(dòng)、X 向平動(dòng)略帶扭轉(zhuǎn)、主扭轉(zhuǎn)帶X 向平動(dòng)、主Y 向平動(dòng)等。了解這些可能的振形形態(tài)可以幫助解決施工過(guò)程所出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題。

3.3.3 碰撞分析檢查經(jīng)過(guò)配筋優(yōu)化后的方案最終設(shè)計(jì)確定,繪制了施工圖。整合首層的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通圖紙,并進(jìn)行碰撞分析檢查,消除各專業(yè)之間的可能發(fā)出的沖突,提高各個(gè)專業(yè)的之間的協(xié)同配合能力。

4 結(jié)論

本文對(duì)BIM技術(shù)在高層民用住宅中的應(yīng)用研究中從建筑模型的構(gòu)建、結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、碰撞分析檢查等三個(gè)方面進(jìn)行了探討,可以得到一些結(jié)論,在建模前需要分析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),使用PKPM-BIM軟件建立三維的結(jié)構(gòu)模型,最后轉(zhuǎn)為建筑部分,為建筑部分提供參照。在進(jìn)行高層建筑建設(shè)的過(guò)程中,充分考慮結(jié)構(gòu)的X- 方向、Y- 方向風(fēng)荷載、抗震能力、結(jié)構(gòu)位移等建設(shè)過(guò)程可能出現(xiàn)的任何問(wèn)題。技術(shù)人員還應(yīng)該對(duì)BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有著充分的理解,并且能夠投入到具體的工程應(yīng)用中。通過(guò)與結(jié)構(gòu)、機(jī)電、暖通等部門進(jìn)行多方面的溝通,不斷地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,在確保建筑物質(zhì)量的同時(shí),實(shí)現(xiàn)建筑的工行的進(jìn)一步發(fā)展。