BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的合理運用

聶詩茂

摘 要 隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展與科技的進步，建筑行業(yè)市場無論是從規(guī)模、施工技術(shù)難度還是使用需求上都有了極為顯著的提高，在日益發(fā)展的城市化進程下，各地區(qū)的建筑工程項目中不斷引進新興技術(shù)來提升項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工效率。本文就基于目前引入較廣泛的BIM技術(shù)來分析其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用情況，以期為當下建筑工程施工建設(shè)提出一些有效的工作改進意見。

關(guān)鍵詞 BIM技術(shù) 建筑工程 結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：TU17;TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）05-0103-03

在建筑工程項目中應(yīng)用BIM技術(shù)可以通過動態(tài)控制、三維模型建造等手段來優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計方案更加完整且具有合理性和可行性。

1 BIM技術(shù)概述

伴隨著現(xiàn)代社會電子信息技術(shù)的發(fā)展，先進的科技與各種傳統(tǒng)行業(yè)之間充分融合形成了新的技術(shù)和行業(yè)輔助手段。BIM技術(shù)是將建筑工程項目資料數(shù)據(jù)化后以三維模型的形式來展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的一種工程技術(shù)，以計算機作為載體來實施動態(tài)化模型構(gòu)建和參數(shù)設(shè)計，能夠極大程度地避免結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中出現(xiàn)重復施工、交叉設(shè)計等問題。BIM技術(shù)最為鮮明的優(yōu)勢就是能提高建筑項目的建設(shè)效率和項目可視化，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中相關(guān)人員需要充分挖掘BIM技術(shù)的各種功能來提高設(shè)計安全質(zhì)量與可行性，借助三維模型來發(fā)現(xiàn)其設(shè)計方案中存在的不足并將其優(yōu)化完善。BIM技術(shù)最初起源并非在國內(nèi)市場中，因此我國相關(guān)的數(shù)據(jù)資源庫建設(shè)尚待完善，這也致使BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中的實際應(yīng)用存在不少限制條件[1]。

2 BIM技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性體現(xiàn)

2.1 BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的必要性

BIM技術(shù)將傳統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計帶向了三維立體空間中，其可視化的優(yōu)勢使得設(shè)計人員能夠更加全面地觀察建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的模擬運行情況，以此來提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的準確性與可行性。并且，隨著我國社會經(jīng)濟的進步發(fā)展，民眾在大量信息的沖擊下對建筑工程項目的設(shè)計與施工環(huán)節(jié)有著自己的想法和需求，尤其是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計作為決定施工建設(shè)方式的主要環(huán)節(jié)，更需要利用BIM技術(shù)來強化其設(shè)計科學性和有效性。建筑企業(yè)要想合理控制建筑項目的質(zhì)量與效率，就應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段緊抓其工作質(zhì)量，充分融入BIM技術(shù)來建立建筑項目的三維立體動態(tài)化模型，然后將設(shè)計圖紙中的數(shù)據(jù)與三維模型中的數(shù)據(jù)進行比對分析以避免誤差，最終高質(zhì)量完成建筑工程項目的科學性結(jié)構(gòu)設(shè)計[2]。

2.2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的功能體現(xiàn)

就目前的建筑工程施工情況來看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計從傳統(tǒng)的二維設(shè)計或CAD簡易模型制作方式轉(zhuǎn)向了更加先進的三維設(shè)計方向，BIM技術(shù)在動態(tài)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模式中承擔了關(guān)鍵角色。BIM技術(shù)具備著對數(shù)據(jù)信息等資源的高效收集與整合功能，所以BIM技術(shù)可以借助這項功能來搭建大規(guī)模的信息數(shù)據(jù)共享資源庫，將與建筑項目結(jié)構(gòu)設(shè)計的所有信息進行歸納整理以提高方案圖紙的設(shè)計效率，建筑企業(yè)的各部門之間也能借助共享資源庫來加強信息交互環(huán)節(jié)，減少由于數(shù)據(jù)信息不足或錯漏等情況而出現(xiàn)的問題。

另外，基于BIM技術(shù)下的建筑工程項目設(shè)計可以實時修改調(diào)整，修改前后的圖紙方案都會在系統(tǒng)中保留相關(guān)記錄，以此來不斷優(yōu)化和檢驗建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，幫助設(shè)計團隊中的工作人員更好地處理交叉任務(wù)、重復性工程設(shè)計等問題，還能方便為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供信息支撐，幫助建筑工程的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計更進一步的完善[3]。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的現(xiàn)狀

BIM技術(shù)是利用實際數(shù)據(jù)信息來收集與反饋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的信息資料，然后再依據(jù)用戶的操作應(yīng)用來完成動態(tài)模型結(jié)構(gòu)的模擬。在實際應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，設(shè)計人員首先考慮的是其結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的安全質(zhì)量，然后才是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性等情況，這其中涉及的參數(shù)非常復雜且繁多，一些設(shè)計人員就容易由于對一些影響參數(shù)考慮不完全以至于結(jié)構(gòu)設(shè)計方案存在問題，特別是建筑材料自身所產(chǎn)生的荷載力等關(guān)鍵性參數(shù)，是關(guān)乎建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)質(zhì)量的重要影響因素。

除此之外，盡管BIM技術(shù)在我國建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域具有相當廣闊的發(fā)展前景，但其中存在的不少問題尚待解決。有部分建筑企業(yè)使用的工程模型數(shù)據(jù)信息不統(tǒng)一導致設(shè)計效果無法很好地展現(xiàn)出來，在實際現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)很容易出現(xiàn)模型浪費與重復等問題，可企業(yè)之間出于個人利益而難以統(tǒng)一模型標準;另外就是BIM技術(shù)并沒有完全在國內(nèi)普及，不少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對BIM技術(shù)的認識局限于三維建模的程度上，沒有深入分析挖掘BIM技術(shù)的優(yōu)勢自然就難以將其應(yīng)用于實際工作中。BIM技術(shù)其實質(zhì)上是指一種設(shè)計理念，旨在聯(lián)合工程項目中的所有人員在統(tǒng)一的建筑模型數(shù)據(jù)庫下開展項目建設(shè)，而我國目前在BIM標準上的研究正在持續(xù)進行中[4]。

4 BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用

4.1 利用BIM技術(shù)來監(jiān)控結(jié)構(gòu)設(shè)計實施情況

建筑工程的建設(shè)涉及項目眾多且極其漫長，整個工程需要嚴格的方案設(shè)計與現(xiàn)場管理來指導施工作業(yè)的完成，如果工程項目設(shè)計方案不具備科學合理性與完整性，就會直接影響現(xiàn)場施工的建設(shè)質(zhì)量與效率，對于建筑企業(yè)帶來最明顯的負面影響就是工程造價成本投入的增長和企業(yè)形象的破壞。以BIM技術(shù)來全程跟蹤監(jiān)督建筑項目的施工作業(yè)環(huán)節(jié)，可以利用現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)信息來搭建參數(shù)資料共享系統(tǒng)，當建筑施工時某一參數(shù)出現(xiàn)變動就能通過BIM技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的變動情況，以便于現(xiàn)場工程師參考有效的數(shù)據(jù)來更好地指導施工人員開展工作，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性和可行性，并且還能幫助施工現(xiàn)場完善其管理體系建設(shè)，促使建筑工程項目能高質(zhì)量、高效率的滿足業(yè)主對建筑使用性能的需求。

4.2 通過虛擬模型完善設(shè)計方案

BIM技術(shù)通過相關(guān)軟件來實施建筑工程的三維動態(tài)模型創(chuàng)建，在這一過程中結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可以更加全面地了解結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計數(shù)據(jù)信息。過往的建筑結(jié)構(gòu)圖紙設(shè)計如果要改動某一部分結(jié)構(gòu)，需要從整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案上分析改動部分對整體的影響，其工程量所造成的時間與精力消耗非常高，多次反復的修改很有可能導致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計逐漸超出預(yù)算成本或是偏離設(shè)計初衷。應(yīng)用了BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)圖紙設(shè)計只需要保證設(shè)計人員錄入?yún)?shù)的準確性就能得到模擬情況下需要調(diào)整改進的參考建議，極大限度地降低了建筑結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計與繪制難度[5]。

虛擬模型的數(shù)字化演示并不是BIM技術(shù)的主要目的，關(guān)鍵在于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計處于真實模擬環(huán)境下各項目使用性能的評估和試驗，常見的評估與試驗多出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的受力、多種抵抗性能的設(shè)計等等。這項技術(shù)對于越來越多的復雜型建筑和高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工建設(shè)提供了更便捷的信息處理手段，可以讓設(shè)計人員從整體角度看待建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時還能將每個項目放大來研究細節(jié)處的結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過BIM技術(shù)搭建的三維立體模型還可以優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中管線等系統(tǒng)的安裝，強化不同項目中的細節(jié)設(shè)計以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性。

另外，在針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的動態(tài)模擬中可以幫助設(shè)計人員更加直觀地掌握建筑物在不同應(yīng)力情況下所造成的損傷，類似于地震、洪流等碰撞或震動應(yīng)力的模擬影響都是傳統(tǒng)平面設(shè)計無法實現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員能依據(jù)模擬環(huán)境下結(jié)構(gòu)設(shè)計展現(xiàn)出的性能實施進一步的優(yōu)化。

4.3 BIM技術(shù)的應(yīng)用思路探索

建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是基于理論情況下進行的概念設(shè)計，其實踐操作展現(xiàn)在建筑工程的現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)中，如果沒有三維模型的模擬試驗就只能依靠人工去預(yù)設(shè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可行性，所以有必要通過一定的應(yīng)用思路來推動BIM技術(shù)更好地在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計里發(fā)揮其作用。

其一，結(jié)構(gòu)設(shè)計團隊需要利用指定平臺來開展協(xié)同設(shè)計，建立相關(guān)資源數(shù)據(jù)共享庫來輔助團隊成員進行建筑結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計，以便于及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計里存在的漏洞或缺陷并進行調(diào)整修改。

其二，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該積極主動地發(fā)掘BIM技術(shù)的各種功能，提高設(shè)計工作質(zhì)量與效率的同時直觀明了的為非專業(yè)設(shè)計人士展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)設(shè)效果，強化建筑施工企業(yè)與投資企業(yè)或業(yè)主之間的溝通交流，面對投資企業(yè)與業(yè)主在建筑性能上的需求也可以做到及時改進和完善。

其三，借助可視化的三維模型技術(shù)相較于單調(diào)的平面數(shù)據(jù)信息更能幫助工程師理解設(shè)計人員想要呈現(xiàn)的效果，兩者之間借助三維模型進行互動溝通可以極大程度減少結(jié)構(gòu)設(shè)計臨時變更的情況發(fā)生。

其四，BIM技術(shù)作為依托互聯(lián)網(wǎng)實施的工程技術(shù)，能有效保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的數(shù)據(jù)信息準確性，用科學的方式來盡量避免數(shù)據(jù)的錯漏或缺失，不僅能保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)質(zhì)量，還能實現(xiàn)對建筑企業(yè)造價成本的控制與市場競爭力的提升[6]。

4.4 BIM技術(shù)下的可持續(xù)性環(huán)保設(shè)計

現(xiàn)代社會對于可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保理念十分推崇，這一理念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中同樣也應(yīng)該貫徹到底。綠色環(huán)保設(shè)計相對來說要求較高且影響因素復雜，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要事先調(diào)查并收集建筑場地周圍的地理地質(zhì)條件等綜合數(shù)據(jù)，然后基于精準的數(shù)據(jù)信息來展開有效分析，再利用BIM技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行模型建設(shè)。

譬如說，設(shè)計人員可以運用BIM技術(shù)來研究建筑物在采光、通風等方面的節(jié)能降耗情況，在適宜人體居住的范圍內(nèi)充分利用各方面抗性性能優(yōu)秀的材料實施結(jié)構(gòu)設(shè)計，把經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)環(huán)境效益統(tǒng)一結(jié)合起來，以提高建筑物的使用感受并實現(xiàn)對周圍環(huán)境的保護目的。

4.5 BIM技術(shù)下對鋼結(jié)構(gòu)模型設(shè)計的影響

鋼結(jié)構(gòu)是很多建筑工程項目中所普遍應(yīng)用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計，這一部分結(jié)構(gòu)在設(shè)計時需要將零散的鋼結(jié)構(gòu)合理連接起來，在綜合考慮不同鋼結(jié)構(gòu)的參數(shù)信息后實施科學有效的連接設(shè)計以保證其運行效果，這項工程任務(wù)較為復雜繁瑣。BIM技術(shù)可以自動調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)模型設(shè)計中的參數(shù)信息和間距來實現(xiàn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠幫助提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計效率并且優(yōu)化鋼建材的材料利用率[7]。

4.6 BIM技術(shù)下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計管理工作

利用BIM技術(shù)輔助建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計管理工作可以拉近各部門之間的距離，實現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的工作氛圍。因此建筑企業(yè)有必要強化內(nèi)部管理機制的建立和完善，破除企業(yè)員工的拖延、懈怠等消極思想，BIM技術(shù)能夠協(xié)助建筑企業(yè)開展日常管理工作并完善權(quán)責統(tǒng)一機制，幫助建筑企業(yè)及時發(fā)現(xiàn)并剔除干擾建筑項目施工進程的人員，進而肅清建筑企業(yè)的不良風氣和提高統(tǒng)籌管理水平。

4.7 BIM技術(shù)能優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的招投標環(huán)節(jié)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的招投標環(huán)節(jié)中建筑企業(yè)需要耗費大量時間和精力來整理相關(guān)材料，而BIM技術(shù)就可以通過工程項目中的實際參數(shù)來直接展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，簡化了建筑企業(yè)為體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案而準備繁復資料的過程。并且，在招投標環(huán)節(jié)往往容易出現(xiàn)不少利益上的競爭與糾紛，建筑工程項目涉及的眾多環(huán)節(jié)通常都是由不同企業(yè)來承包開展的，如果招投標環(huán)節(jié)中出現(xiàn)任何問題都會影響到建筑項目后續(xù)的施工建設(shè)與成本投入。BIM技術(shù)以科學、客觀的角度反映出項目內(nèi)各項資源的利用程度，可以盡量避免資金、材料等資源的浪費與糾葛，維護建筑工程施工建設(shè)過程中的和諧氛圍[8]。

5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代化進程的不斷加快，我國城市中各類復雜型建筑、高層建筑等施工難度較高的工程項目不斷涌現(xiàn)，這對于建筑項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。總而言之，我國建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員有必要順應(yīng)現(xiàn)代社會的技術(shù)發(fā)展情況來調(diào)整固有的工作模式，充分利用BIM技術(shù)去推動建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的信息化，利用互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)各項資源信息的共享并加強設(shè)計團隊的合作效率，進而提升結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的合理性和可行性，深入落實建筑項目的建設(shè)安全質(zhì)量與節(jié)能降耗性能。

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