探析BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用

王思蓉

Equipment technology 裝備技術(shù)

探析BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用

王思蓉

（陽光學(xué)院，福建 福州 350000）

在建筑工程項(xiàng)目施工過程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性直接關(guān)系著整個建筑工程的質(zhì)量和安全性能。隨著現(xiàn)代化技術(shù)水平的不斷發(fā)展和應(yīng)用普及，BIM作為一種現(xiàn)代化的手段開始在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用普及開來，并取得了很好的應(yīng)用效果。借助BIM技術(shù)的應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，同時可以借助可視化的數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的模擬分析，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提升起到了重要的促進(jìn)作用。本文立足建筑工程設(shè)計(jì)工作實(shí)踐，圍繞BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了具體的探討。

BIM技術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

0 引言

在當(dāng)前的建筑設(shè)計(jì)行業(yè)領(lǐng)域，BIM的產(chǎn)品正在伴隨著BIM技術(shù)的發(fā)展不斷地完善，在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢也更加的突出。在實(shí)際工作應(yīng)用過程中，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)、不同部門和不同設(shè)計(jì)人員之間的數(shù)據(jù)信息共享，同時借助信息技術(shù)的支持，將建筑設(shè)計(jì)以直觀化的形態(tài)展示出來，便于設(shè)計(jì)人員以及施工單位更加直觀地對建筑結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)問題進(jìn)行分析，從而達(dá)到提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的目的。

1 BIM技術(shù)概述及其主要功能

現(xiàn)代建筑工程項(xiàng)目是一項(xiàng)復(fù)雜的建筑工程綜合體，它涉及到多個環(huán)節(jié)不同施工內(nèi)容，同時在建筑工程施工過程中根據(jù)不同的施工項(xiàng)目存在多個施工參與者進(jìn)行參與，這一工程實(shí)際情況使得建筑工程造價管理工作在信息處理上變得復(fù)雜起來。BIM技術(shù)的核心在于信息處理，它是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的可視化建筑信息模型，通過利用統(tǒng)計(jì)學(xué)、幾何學(xué)、建筑工程學(xué)等多種學(xué)科技術(shù)將建筑工程整體信息、施工操作工序、施工技術(shù)等多方面因素進(jìn)行集中整合處理，并以數(shù)字模型的形式呈現(xiàn)出來，便于為相關(guān)建筑工程設(shè)計(jì)及施工管理人員提供清晰、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考。在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，BIM技術(shù)的主要功能大致分為以下幾個層面的內(nèi)容：

一是設(shè)計(jì)圖紙可修改功能?；贐IM技術(shù)應(yīng)用下的建筑結(jié)構(gòu)圖紙，其所有的設(shè)計(jì)信息都是在建筑模型基礎(chǔ)之上生成得出的。通過這種形式設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)圖紙，在后期應(yīng)用過程中在出現(xiàn)修改的情況時，設(shè)計(jì)人員只需要根據(jù)實(shí)際需要對某一數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修改，基于BIM技術(shù)下的整體圖紙?jiān)O(shè)計(jì)系統(tǒng)就會根據(jù)數(shù)據(jù)的變更自主的完善其他數(shù)據(jù)參數(shù)的匹配和修正，因此能夠大大降低設(shè)計(jì)人員的圖紙修改和數(shù)據(jù)修正工作量，從而有效降低工作負(fù)擔(dān)。除了數(shù)據(jù)信息的自動修改，基于BIM技術(shù)應(yīng)用下的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)也具有自動修改的功能，其在減少設(shè)計(jì)人員工作量方面有著積極的促進(jìn)作用，有助于設(shè)計(jì)人員將精力更好的兼顧把控全局和細(xì)部優(yōu)化，通過BIM技術(shù)的自動數(shù)據(jù)比對和修正功能，得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及方案，從而為后期施工質(zhì)量的提升奠定良好的基礎(chǔ)。

二是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息化功能。BIM技術(shù)是一種基于現(xiàn)代化信息技術(shù)的應(yīng)用工具，其核心內(nèi)容就是信息。相較于傳統(tǒng)形式的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，BIM技術(shù)背景下的工程設(shè)計(jì)具有可攜帶信息的特點(diǎn)?；谶@種應(yīng)用的背景，可以將BIM技術(shù)模型作為建筑工程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫使用，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的所需信息都可以從此數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查詢，借助各種數(shù)據(jù)之間的有效關(guān)聯(lián)，還可以獲取最佳配置的數(shù)據(jù)信息。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)踐的應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)人員在需要調(diào)取某一方面的數(shù)據(jù)信息時只需要點(diǎn)擊特定的點(diǎn)，就可以獲知全面的信息內(nèi)容，大大提高了信息的獲取效率，同時也能夠迅速掌握相關(guān)的關(guān)聯(lián)信息，提高獲取信息的全面性。這種工作模式下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程可以幫助設(shè)計(jì)人員在最短的時間內(nèi)獲取系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，有效避免了由于人工記錄和輸出數(shù)據(jù)時存在誤差的情況，從而有效提升建筑設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。

三是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一體化功能。基于BIM技術(shù)設(shè)計(jì)下的建筑工程結(jié)構(gòu)模型，不僅可以直觀的體現(xiàn)出建筑工程的外觀特征，同時可以借助信息化技術(shù)的支持，將工程項(xiàng)目中的光源、熱能傳導(dǎo)以及相關(guān)材質(zhì)信息的屬性等內(nèi)容具體的表現(xiàn)出來，便于相關(guān)設(shè)計(jì)和施工人員對工程項(xiàng)目的相關(guān)綜合信息進(jìn)行科學(xué)全面的掌握。BIM技術(shù)下的建筑模型是一種將建筑工程相關(guān)的各種信息進(jìn)行綜合匯總表現(xiàn)的設(shè)計(jì)過程，它不僅可以從建筑設(shè)計(jì)需要的角度對建筑結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行科學(xué)的評估，同時可以從舒適性、光源以建筑節(jié)能等各個角度對建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合性的評估，從而達(dá)到提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。與此同時，BIM不僅具備CAD設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)功能，同時可以通過技術(shù)渲染完成建筑模型整體的渲染過程，借助設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的分析和處理功能，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出圖、計(jì)算以及整體渲染的一體化目標(biāo)。

四是工程模型三維化功能。BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是其三維技術(shù)的應(yīng)用。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，通過BIM技術(shù)設(shè)計(jì)的建筑模型的直觀呈現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可以直觀地觀察建筑工程各部位之間的關(guān)系，從而有效地避免建筑工程管道、墻體以及其他建筑結(jié)構(gòu)之間的沖突問題，避免后期施工造成不可逆的影響。除此之外，借助BIM技術(shù)的三維化功能，設(shè)計(jì)人員還可以更加深入的分析工程設(shè)計(jì)方案的合理性和科學(xué)性，最大化降低施工困難等問題，從而提升整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析

建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)系統(tǒng)的作業(yè)內(nèi)容，在實(shí)際工作過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)資料的科學(xué)劃分整合是建筑工程設(shè)計(jì)人員最為關(guān)心的問題之一。BIM技術(shù)的應(yīng)用可以將這一問題進(jìn)行科學(xué)的解決，針對建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的存儲。與此同時，在BIM技術(shù)的施工圖紙和模型中，一旦某一數(shù)據(jù)信息發(fā)生變更，其設(shè)計(jì)系統(tǒng)會自動的矯正和修改相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對建筑工程下一步施工目標(biāo)的調(diào)整，進(jìn)而全面展示信息修改對實(shí)際建筑工程造成的可能影響。BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以優(yōu)化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，為后期建筑工程施工活動的順利展開奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1 BIM技術(shù)在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可視化中的應(yīng)用

BIM技術(shù)是一種基于現(xiàn)代化信息技術(shù)背景下建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用，依據(jù)自身信息化的程序設(shè)計(jì)在實(shí)踐應(yīng)用過程中將建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件通過三維模型的方式直觀的展示給用戶群體，從而有效提升建筑設(shè)計(jì)信息的傳遞質(zhì)量。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中都是通過CAD軟件進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)圖紙的繪制工作，這種工作模式下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程很難直觀的將建筑結(jié)構(gòu)信息呈現(xiàn)出來，在一定程度上阻礙著用戶獲取信息的效率。而基于BIM技術(shù)應(yīng)用下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在初期階段就是通過建立三維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助直觀的建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，可以幫助不同用戶從不同角度獲取建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，對建筑構(gòu)件的基本信息和功能布局有一個全面的了解。在大型建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員會通過動態(tài)演示的方式，幫助用戶直觀的對建筑結(jié)構(gòu)各部位信息進(jìn)行觀測，便于設(shè)計(jì)人員選擇出最佳設(shè)計(jì)方案，并及時的發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，從而不斷優(yōu)化和提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

2.2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

基于BIM技術(shù)應(yīng)用下的建筑模型自身就是一個包含所有設(shè)計(jì)元素及信息的數(shù)據(jù)庫，依托先進(jìn)的信息技術(shù)支撐，建筑結(jié)構(gòu)的模型設(shè)計(jì)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)都是緊密相連的，且具有自動關(guān)聯(lián)和修正的功能。在設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)人員可以通過該數(shù)據(jù)庫中的信息資源實(shí)現(xiàn)對建筑工程結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建工作，同時在設(shè)計(jì)過程中對不同的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而確保BIM系統(tǒng)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中可以及時的更新數(shù)據(jù)庫信息。BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最突出優(yōu)勢在于其可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高安全性和可靠性的設(shè)計(jì)信息錄入和輸出功能，科學(xué)化匹配對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，這對于提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量有著重要的促進(jìn)作用。

2.3 BIM技術(shù)在建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，樓梯、墻體以及柱子等部位都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員對整體結(jié)構(gòu)中的具體構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。針對現(xiàn)澆混凝土的工程結(jié)構(gòu)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)人員對建筑工程中的管線走向以及建筑物的基本功能要求進(jìn)行全面的考慮，科學(xué)預(yù)防各建筑結(jié)構(gòu)之間的沖突問題；而在預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員還需要綜合考慮各預(yù)制部件之間的節(jié)點(diǎn)和連接關(guān)系?；诖耍谠O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)工作人員可以利用BIM技術(shù)對其平面圖紙進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換，能夠及時發(fā)現(xiàn)具體結(jié)構(gòu)在整體設(shè)計(jì)中可能存在的問題，從而科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，最終使建筑工程結(jié)構(gòu)達(dá)到相關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求。

2.4 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著我國建筑工程項(xiàng)目的不斷增加和發(fā)展，各種現(xiàn)代化新型的建筑材料和結(jié)構(gòu)模型也迎來了全新的突破，尤其是鋼結(jié)構(gòu)，在大跨度及大空間建筑場景中應(yīng)用也逐步的增多，許多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)都采用了鋼結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)?；诖?，BIM技術(shù)也有助于相關(guān)設(shè)計(jì)人員對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模處理，輔助解決實(shí)際施工過程中可能出現(xiàn)的連接問題和應(yīng)用問題。例如，針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的加強(qiáng)件問題，需要設(shè)計(jì)人員先對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，然后在此基礎(chǔ)上對加強(qiáng)件在工程項(xiàng)目中的具體應(yīng)用進(jìn)行建模分析，借助BIM技術(shù)的應(yīng)用對整個過程進(jìn)行還原和控制，從而更加直觀的凸顯出鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的作用和效果。除此之外，針對鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的連接問題，設(shè)計(jì)人員首先可以對鋼結(jié)構(gòu)各部位之間的連接參數(shù)進(jìn)行分析，然后在實(shí)際工程操作過程中借助BIM技術(shù)的應(yīng)用對連接方式進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，從而獲得最優(yōu)的設(shè)計(jì)成果。在傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)分析過程中往往需要投入較多的人力資源，需要經(jīng)過相對較長的分析周期才能夠得到相應(yīng)的結(jié)果，借助BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)ㄖこ淘O(shè)計(jì)中的缺陷和不合理問題進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化和調(diào)整，從而帶動整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升。

2.5 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用難點(diǎn)

BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是通過系統(tǒng)將所需要的模型發(fā)送到分析軟件中去，然后利用特定的算法將建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行計(jì)算，同時根據(jù)設(shè)計(jì)人員輸入的相關(guān)指令生成動態(tài)的圖紙和結(jié)構(gòu)模型。在這一過程中，為了能夠有效提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和合理性，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員對模型空間整體的真實(shí)性和BIM系統(tǒng)的物理建模能力進(jìn)行綜合的考慮。建筑結(jié)構(gòu)的安全性是整個設(shè)計(jì)過程中首要考慮因素，由于建筑工程設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容范圍較廣，加上施工材料自身力學(xué)特征、荷載組合等內(nèi)容都會對整體結(jié)構(gòu)的安全性造成影響，因此在BIM設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中設(shè)計(jì)人員需要面對各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)參數(shù)。除此之外，由于BIM模型的本質(zhì)是物理模型、建筑結(jié)構(gòu)分析模型以及施工圖文的完全數(shù)據(jù)模型，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中只有采用完全符合標(biāo)準(zhǔn)或者相對較為簡單結(jié)構(gòu)構(gòu)件才能實(shí)現(xiàn)上述多種數(shù)據(jù)模型之間的雙向?qū)?，一旦建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)建在整體設(shè)上沒有達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，勢必會導(dǎo)致其計(jì)算過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。基于此，在BIM技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用過程中需要設(shè)計(jì)人員密切關(guān)注這一問題，不斷優(yōu)化物理模型和結(jié)構(gòu)分析模型之間的雙向?qū)訂栴}，促進(jìn)整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升。

3 總結(jié)

在建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用BIM技術(shù)對于提升整體設(shè)計(jì)質(zhì)量有著重要的促進(jìn)作用。就當(dāng)前我國建筑工程設(shè)計(jì)應(yīng)用情況分析，BIM仍舊有很大的提升和創(chuàng)新空間。相關(guān)設(shè)計(jì)人員要在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)融合BIM技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，促使我國建筑設(shè)計(jì)水平再上新的臺階。

[1]潘平. BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究[D]. 華中科技大學(xué), 2013.

[2]李軾, 王科亮, 劉媛. 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, 2015(03):40.

[3]龍輝元. 淺談BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2010(05):16-19.

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