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

陳建偉

摘要：BIM技術(shù)主要以建筑工程項(xiàng)目各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)建立模型，涵蓋不同專業(yè)所有信息、功能要求與性能，各種參數(shù)信息相互關(guān)聯(lián)，可在項(xiàng)目不同階段（規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等）隨時(shí)提取、更新、修改，并進(jìn)行準(zhǔn)確的交換。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用可及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，并制定相應(yīng)的調(diào)整方案，減少后期返工等情況，降低成本、提高建筑質(zhì)量，加強(qiáng)相關(guān)分析具有重要意義。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用;

引言

基于建筑設(shè)計(jì)情況分析可得，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程下工作量最大的是施工圖階段，此時(shí)對建筑性能的影響相對較小，但是設(shè)計(jì)變更帶來的成本較大。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理運(yùn)用BIM技術(shù)構(gòu)建可靠的三維模型，減少后期設(shè)計(jì)變更具有重要意義。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理選擇BIM軟件，科學(xué)構(gòu)建三維模型，完成可視化、參數(shù)化以及協(xié)同化設(shè)計(jì)，為后續(xù)施工作業(yè)的開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)即建筑信息模型，它是一種在信息技術(shù)高度發(fā)展與完善時(shí)期所研發(fā)出的3D數(shù)字化技術(shù)，在建筑施工的整個(gè)流程和周期中都能夠發(fā)揮較為明顯的作用。它能夠?qū)⒐こ淘O(shè)計(jì)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以直觀的方式來進(jìn)行呈現(xiàn)，有助于建筑工程的設(shè)計(jì)管理。在傳統(tǒng)的建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)某一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與實(shí)際工程建設(shè)存在不相符的狀況，唯有推翻最初設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行重新修改，才能使得設(shè)計(jì)工作得以持續(xù)進(jìn)行。但在BIM技術(shù)使用過程中，這種大動(dòng)干戈的修改方式得到了進(jìn)一步的革新。技術(shù)人員只需進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，便能夠通過BIM技術(shù)進(jìn)行細(xì)小環(huán)節(jié)的修繕和調(diào)節(jié)。相比較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙返修方式而言，這種修改模擬參數(shù)值的方式顯然更為方便快捷。

二、建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不足

改革開放以來，我國建筑行業(yè)隨著經(jīng)濟(jì)的飛速增長在持續(xù)快速發(fā)展，但建筑行業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中仍然存在很多的問題和缺陷，這些問題和缺陷主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)軟件不夠完善、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的程序不夠規(guī)范。第一個(gè)問題主要體現(xiàn)在建筑行業(yè)在使用BIM技術(shù)的同時(shí)會用較多輔助軟件，但因?yàn)锽IM技術(shù)進(jìn)入我國時(shí)間尚短，很多的軟件使用的是盜版或者簡化版本，不能很好地輔助BIM技術(shù)發(fā)揮作用，應(yīng)用效率不高。另外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序不夠規(guī)范的問題，主要是因?yàn)槲覈ㄖO(shè)計(jì)行業(yè)起步較晚，設(shè)計(jì)流程不夠科學(xué)。在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)子項(xiàng)目中，大多都是不同專業(yè)的人單獨(dú)完成自己的領(lǐng)域，子項(xiàng)目之間缺乏合理溝通，在遇到一些疑難問題時(shí)不能統(tǒng)籌解決，造成項(xiàng)目滯后、浪費(fèi)項(xiàng)目資金的后果。且即使保證了各個(gè)子項(xiàng)目之間的進(jìn)度統(tǒng)一性，也無法保證各個(gè)子項(xiàng)目之間的工作人員能夠進(jìn)行有效技術(shù)信息交流，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，極易導(dǎo)致施工項(xiàng)目返工，使得整體項(xiàng)目難度系數(shù)增大。

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

（一）利用BIM設(shè)計(jì)圖紙

當(dāng)下超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)的運(yùn)用成為關(guān)鍵，能夠起到建筑信息集成、設(shè)計(jì)與管理的作用，有利于提高建筑施工效率、節(jié)約投資成本，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展目標(biāo)。目前BIM技術(shù)主要運(yùn)用在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方面，通過提前建立模型獲取更多完整、專業(yè)的信息數(shù)據(jù)，從而設(shè)計(jì)出詳細(xì)的圖紙。基于BIM可視化技術(shù)設(shè)計(jì)出的圖紙，在立體感與層次性上面較為顯著，相比于傳統(tǒng)二維圖紙，這也是BIM技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)。BIM可視化技術(shù)在使用過程中，由設(shè)計(jì)人員完成建模，并在后續(xù)調(diào)整、優(yōu)化其中的細(xì)節(jié)，從而制作出具有色彩的設(shè)計(jì)圖紙，施工人員能夠直觀看到建筑結(jié)構(gòu)情況，包括具體的施工理念等。即使在建筑規(guī)模較大的情況下，仍然可以借助BIM技術(shù)放大細(xì)節(jié)，利用小范圍結(jié)構(gòu)圖紙明確施工要求，并且圖紙考慮到建筑比例關(guān)系與外觀等因素。由此可見，BIM可視化技術(shù)的優(yōu)勢，只要能夠充分融入超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，發(fā)揮出其本身的作用與價(jià)值，就會為建筑質(zhì)量提供保障，同時(shí)有效減少施工過程中的各類風(fēng)險(xiǎn)。因此使用BIM技術(shù)進(jìn)行施工圖紙的繪制和設(shè)計(jì)這一方式，應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁鼜V泛的使用，不同施工單位和企業(yè)都需要對BIM技術(shù)在圖紙繪制中的運(yùn)用，引起足夠的重視。

（二）優(yōu)化房屋建筑形體結(jié)構(gòu)

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅僅是對房屋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)也要對建筑的外形形體進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到更高層次的設(shè)計(jì)要求。就此而言，BIM技術(shù)能在對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)提高建筑的穩(wěn)定性和安全性，并根據(jù)要求對建筑的布局、外觀進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)指導(dǎo)，確保建筑外形既符合當(dāng)下人們對建筑審美的要求，又能通過建筑的外形對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)充。設(shè)計(jì)人員可以利用BIM技術(shù)科學(xué)地調(diào)整建筑內(nèi)部的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在原有結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上對建筑內(nèi)部的布局和形狀進(jìn)行調(diào)整，提高設(shè)計(jì)完整性。設(shè)計(jì)人員還可利用BIM技術(shù)收集建筑選址、建筑布局、周邊環(huán)境、氣象條件等綜合信息，讓設(shè)計(jì)人員通過這些信息重視建筑外形對整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，利用建筑的外形解決一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題和困難。同時(shí)，BIM技術(shù)也能對一些特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，如對連續(xù)性結(jié)構(gòu)以及桿系結(jié)構(gòu)BIM優(yōu)化設(shè)計(jì)，保障其發(fā)揮設(shè)計(jì)預(yù)想功能的同時(shí)不破壞房屋外形的美觀性，增強(qiáng)房屋外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的緊密性。

（三）參數(shù)化與協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM模型的參數(shù)化，指的是構(gòu)件定義的參數(shù)化與不同圖元的參數(shù)化約束關(guān)系，設(shè)計(jì)人員可利用此參數(shù)化關(guān)系，提高建模效率，并實(shí)現(xiàn)模型的可編輯性。BIM核心建模軟件RevitArchitecture軟件、RevitStructure軟件是基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的建模軟件。傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于二維CAD施工圖中圖元無法實(shí)現(xiàn)一處修改、處處更新，因此缺乏有效的協(xié)作交流，基于三維參數(shù)化模型的應(yīng)用，各專業(yè)可實(shí)現(xiàn)同步設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)信息無縫傳遞、共享，且后期發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí)，無論是修改Revit項(xiàng)目瀏覽器施工圖，還是直接在三維模型中修改，其他視圖相應(yīng)位置構(gòu)件均會進(jìn)行相關(guān)聯(lián)的修改，即：一處發(fā)生改動(dòng)，則其他圖紙相應(yīng)位置也會隨之修改?；贐IM技術(shù)應(yīng)用下的參數(shù)聯(lián)動(dòng)，使得整個(gè)設(shè)計(jì)過程修改、調(diào)整更為方便快捷，各專業(yè)工程師可集中精力進(jìn)行本專業(yè)模型優(yōu)化與細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)水平。

（四）實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)是結(jié)合建筑本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對建筑周圍自然資源進(jìn)行合理的運(yùn)用。建筑節(jié)能設(shè)計(jì)主要有室內(nèi)采光設(shè)計(jì)、室內(nèi)通風(fēng)設(shè)計(jì)等方面，在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中，通過BIM技術(shù)的有效應(yīng)用，可以更加清晰地掌握信息數(shù)據(jù)庫，同時(shí)也能呈現(xiàn)出可視化的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)圖，利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑與自然環(huán)境的有機(jī)結(jié)合，充分利用自然采光環(huán)境優(yōu)化建筑物的采光，實(shí)現(xiàn)建筑物在采光方面的節(jié)能效果。另外，建筑物會受到本身的建筑結(jié)構(gòu)、所處環(huán)境以及建筑物朝向等因素影響室內(nèi)的通風(fēng)設(shè)計(jì)，而若在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬，可以對影響建筑物室內(nèi)通風(fēng)設(shè)計(jì)的因素進(jìn)行充分的掌握和分析，建筑設(shè)計(jì)人員將周邊環(huán)境數(shù)據(jù)通過BIM技術(shù)輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息庫，然后再根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境狀況，如日照、氣候等環(huán)境的分析，從而設(shè)置出建筑參數(shù)值，結(jié)合數(shù)據(jù)對建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行分析調(diào)整，使得建筑物周邊環(huán)境得到有效的利用，以最優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)比例實(shí)現(xiàn)建筑無采光節(jié)能設(shè)計(jì)，并有效提升建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量與水平。

結(jié)束語

BIM技術(shù)作為當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的新興技術(shù)，還有很多細(xì)節(jié)需要不斷地進(jìn)行優(yōu)化。但就目前BIM技術(shù)在我國建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用而言，能較大程度地提高建筑工程的整體設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，并能借助BIM技術(shù)可視性、綜合性的特點(diǎn)，優(yōu)化建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局以及外部形體，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，提升建筑安全性和穩(wěn)定性。對整體提升我國建筑行業(yè)生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮著不可替代的積極作用。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣寶鋒，張亮亮.論基于BIM的可視化技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].赤子，2018（33）：274.

[2]張煜.模塊化建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與BIM技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國科技投資，2019（13）：45.

[3]吳曉磊.BIM技術(shù)在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].建設(shè)科技，2019（9）：85-87.

[4]奚源.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（13）：1260.