建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用

李永增

（大同市二院建筑設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西大同 037000）

如今，我國(guó)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀的得到顯著的改善，建筑工程也呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑工程，改善了傳統(tǒng)的運(yùn)維方式，創(chuàng)新了工作模式。BIM 技術(shù)的應(yīng)用可提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，充分展現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)可視化、信息化和仿真化的特色管理。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)也稱為建筑信息模型技術(shù)，該技術(shù)在建筑工程建設(shè)和施工中以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，高效整合重要信息，也可創(chuàng)建符合實(shí)際的數(shù)據(jù)模型。不僅如此，BIM 技術(shù)可全面整合工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等多個(gè)流程的信息，如圖1 所示。BIM 技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使其成為建筑工程設(shè)計(jì)中十分重要的技術(shù)，在建筑工程建設(shè)中扮演關(guān)鍵角色，推動(dòng)現(xiàn)代化建設(shè)朝著更加先進(jìn)的方向發(fā)展。

圖1 BIM 技術(shù)

2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)分析

BIM 技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。如可視化、互助協(xié)調(diào)性、數(shù)據(jù)模擬功能等，下面筆者就將具體分析BIM 技術(shù)的功能特點(diǎn)。

2.1 可視化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可視化尤為關(guān)鍵，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要采取設(shè)計(jì)人員手動(dòng)操作完成二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。但是這種設(shè)計(jì)方式的效率較低，容易因人為因素引起誤差。創(chuàng)建BIM 模型可將傳統(tǒng)的抽象線條設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為三維立體圖形。利用專業(yè)軟件自動(dòng)創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，以生動(dòng)可視的方式展示設(shè)計(jì)思路和理念，該處理模式可有效減少設(shè)計(jì)和施工中的誤差。我國(guó)多數(shù)建筑設(shè)計(jì)方案中均需制作效果圖，且均為CAD 制成的二維效果圖，無(wú)法自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。采用BIM 技術(shù)便可有效彌補(bǔ)上述不足，以生動(dòng)的可視化形式生成效果圖，也可列出與工程相關(guān)的數(shù)據(jù)表格。建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位交流溝通中可在BIM 模型可視化的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程設(shè)計(jì)演示。

2.2 互助協(xié)調(diào)性

工程項(xiàng)目管理需要不同部門間的協(xié)調(diào)與配合。如工程建設(shè)中受多種因素的影響出現(xiàn)問(wèn)題，就必須認(rèn)真分析問(wèn)題的原因，明確解決問(wèn)題的有效方式，采取切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施。BIM 技術(shù)是基于可視化對(duì)不同部門間可能出現(xiàn)的協(xié)調(diào)問(wèn)題所產(chǎn)生的自動(dòng)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，以此有效處理工程建設(shè)中出現(xiàn)的部門交叉問(wèn)題。工程設(shè)計(jì)中，建設(shè)單位、施工單位和設(shè)計(jì)單位可在BIM 可視化模型的基礎(chǔ)上提出切實(shí)可行的修改意見，引導(dǎo)各部門溝通交流，設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)實(shí)際及各方的意見做出合理調(diào)整，以推動(dòng)工程施工的有序開展，減少成本投入。

2.3 具有理想的數(shù)據(jù)模擬效果

BIM 模型一方面能夠模擬建筑結(jié)構(gòu)，另一方面也可模擬現(xiàn)實(shí)生活中無(wú)法構(gòu)建的環(huán)境。工程設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)能夠模擬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的的場(chǎng)景，如節(jié)能模式和熱能傳導(dǎo)模式的模擬等。招投標(biāo)和工程施工中，合理利用BIM 模型可在施工組織設(shè)計(jì)模擬的基礎(chǔ)上科學(xué)安排施工作業(yè)，采用最佳設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)工程施工的科學(xué)性與合理性。BIM 技術(shù)在建模和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，可模擬建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)指標(biāo)，在調(diào)整參數(shù)的過(guò)程中，根據(jù)人們的個(gè)性化需求模擬不同的建筑形式，營(yíng)造多種不同的建筑環(huán)境，也可模擬多種場(chǎng)景下建筑結(jié)構(gòu)實(shí)況，提高勘測(cè)和設(shè)計(jì)的效率。

3 基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)流程

3.1 方案設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為更加生動(dòng)地展現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)效果，務(wù)必高度關(guān)注BIM 技術(shù)并做好建筑方案規(guī)劃工作。建筑方案規(guī)劃工作中，應(yīng)由結(jié)構(gòu)工程師和建筑設(shè)計(jì)師溝通交流，認(rèn)真分析建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑功能及藝術(shù)形式，以三維模式在BIM 軟件上展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以此確定結(jié)構(gòu)方案的內(nèi)容。

3.2 初步設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的過(guò)程中，為彰顯建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，首先，需加載BIM 建筑模型。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要在建筑結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)中充分考慮構(gòu)件和設(shè)備等因素的影響，創(chuàng)建主體構(gòu)件結(jié)構(gòu)模型，之后在創(chuàng)建BIM 建筑模型中，合理利用Revit 軟件當(dāng)中的可視化功能，將CAD 文件導(dǎo)入結(jié)構(gòu)樣板中，隨后參考其他模型顯示的效果合理調(diào)整和優(yōu)化建筑模型。

其次，合理布置受力構(gòu)件。BIM 建筑模型加載后，結(jié)構(gòu)師要基于BIM 平臺(tái)按照要求做好承重構(gòu)件、水平構(gòu)件和豎向抗側(cè)力構(gòu)件的碰撞檢查工作。在碰撞檢查中應(yīng)用的方法主要有兩種，一種是在BIM 平臺(tái)上做到多窗口同步工作，顯示構(gòu)件布置的結(jié)構(gòu)，并與其他模型建立聯(lián)系，進(jìn)而及時(shí)調(diào)整和完善設(shè)計(jì)中的不足。另外一種是在受力構(gòu)件碰撞檢查過(guò)程中，可借助碰撞檢查軟件檢查確定受力構(gòu)件存在缺陷的具體位置。且基于受力構(gòu)件檢查，結(jié)合主流軟件的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)做好建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備的碰撞檢查。在工作的過(guò)程中必須嚴(yán)格遵守規(guī)范流程，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果。

最后，認(rèn)真檢查模型。完成受力構(gòu)件布置后，應(yīng)充分發(fā)揮BIM的作用，利用有限元分析軟件，認(rèn)真分析BIM 建筑模型的幾何尺寸、邊界約束條件和荷載概況等，且全方位結(jié)合模型分析的結(jié)果，合理調(diào)整并完善結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)方案，完成調(diào)整優(yōu)化后方可將模型導(dǎo)入BIM 核心建模軟件當(dāng)中，以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的科學(xué)性與合理性。

3.3 施工圖設(shè)計(jì)

工程施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，為有效改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效果，應(yīng)全方位展現(xiàn)BIM 技術(shù)的作用和優(yōu)勢(shì)。建筑結(jié)構(gòu)施工圖具有指導(dǎo)建材采購(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備制作等環(huán)節(jié)?；贐IM 技術(shù)開展施工圖設(shè)計(jì)的過(guò)程中，工作人員要全方位展現(xiàn)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)平面圖向施工圖的轉(zhuǎn)化。再者，允許操作人員合理應(yīng)用Revit 平臺(tái)瀏覽施工圖信息。在瀏覽施工圖的過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)存在明顯的不足和缺陷，則需要及時(shí)分析和處理問(wèn)題，利用視圖之間的關(guān)聯(lián)功能，更新其他圖紙，以提高施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的效率。與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，BIM 技術(shù)具有十分理想的協(xié)同設(shè)計(jì)功能，故而在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中，務(wù)必參照工程設(shè)計(jì)的要求，注重設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

3.4 結(jié)構(gòu)抗震的分析

Revit 軟件的建模功能比較完善，故而在建筑結(jié)構(gòu)抗震分析中，工作人員需要充分利用Revit 軟件，自動(dòng)生成工程設(shè)計(jì)中需要的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，加強(qiáng)工程量計(jì)算的科學(xué)性與合理性，如圖2 所示。不僅如此，也可在軟件工況設(shè)置、邊界約束條件設(shè)置及荷載模型設(shè)置的基礎(chǔ)上，全面增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抗震分析效果，推動(dòng)后續(xù)工作的順利開展。

圖2 Revit 軟件

在建筑結(jié)構(gòu)抗震分析中，工作人員可充分利用系統(tǒng)族文件設(shè)置梁、板、柱等重要結(jié)構(gòu)，或者也可開設(shè)符號(hào)表示法，設(shè)置荷載工況、荷載組合、分析模型設(shè)置和邊界條件設(shè)置等多個(gè)窗口，在窗口中設(shè)置多個(gè)參數(shù)。待完成所有窗口的參數(shù)設(shè)計(jì)后，工作人員需要充分結(jié)合IFC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入結(jié)構(gòu)抗震分析當(dāng)中，進(jìn)而詳細(xì)顯示幾何屬性、材料屬性、配筋信息、荷載和支座約束等多個(gè)分析結(jié)果，合理判斷建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可否滿足抗震設(shè)計(jì)的規(guī)定與要求。該建筑結(jié)構(gòu)抗震分析方式更科學(xué)，能夠得到更為準(zhǔn)確的分析結(jié)果。除此之外，還可以更好地展現(xiàn)幾何屬性、荷載、制作約束等多個(gè)抗震性能參數(shù)。為達(dá)到上述目標(biāo)，相關(guān)人員務(wù)必在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中合理應(yīng)用BIM 技術(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用極大地轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，能夠更加生動(dòng)地展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果，設(shè)計(jì)人員也從繁重的勞動(dòng)中得以解脫，全面提高了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效率。日后的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，還需繼續(xù)推廣和應(yīng)用BIM 技術(shù)，以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的準(zhǔn)確性，保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，最終促進(jìn)建筑行業(yè)的穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。