BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用分析

陳淑瑜

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

信息技術(shù)的形成為現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)生活應(yīng)用提供了更加良好的幫助，BIM 技術(shù)的形成，是當(dāng)代建筑工程領(lǐng)域當(dāng)中的重要技術(shù)內(nèi)容，為建筑工程帶來了變革。BIM 技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，以可視化的建筑結(jié)構(gòu)建模效果為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了方便。在不斷發(fā)展創(chuàng)新的背景下，我國的建筑工程行業(yè)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用逐漸成熟。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)的形成是現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的先進(jìn)成果，在應(yīng)用中BIM 技術(shù)能夠?qū)⒈姸鄥?shù)形成綜合整合效果。并基于原始的設(shè)計(jì)內(nèi)容，形成三維可視化的虛擬模型，應(yīng)用到三維動(dòng)態(tài)模擬軟件展示設(shè)計(jì)成果，形成仿真現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)方案，按照實(shí)際場景的同比例縮小，便于在各種模型中觀察整體設(shè)計(jì)合理性與科學(xué)性。并且，BIM 技術(shù)的應(yīng)用從最初的設(shè)計(jì)以及施工到最后的質(zhì)量檢驗(yàn)，都能夠?qū)⑵渲猩婕暗臄?shù)據(jù)保存在軟件中，并構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，便于工程施工后期對(duì)比其中的數(shù)據(jù)[1]。BIM 技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，并且具有明顯優(yōu)勢作用，不僅能夠在建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用，在眾多的橋梁、交通工程中均能夠應(yīng)用到這一技術(shù)，并為相關(guān)工程提供顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的BIM 技術(shù)特征

2.1 可視性

以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中形成的設(shè)計(jì)圖均是以CAD為基礎(chǔ)的2D 圖，這樣的傳統(tǒng)技術(shù)方式難以全面觀察到建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)內(nèi)容，無法為建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提供局部構(gòu)件的精準(zhǔn)位置以及空間信息等眾多內(nèi)容，從而導(dǎo)致后期在實(shí)際的施工建設(shè)中會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)、與設(shè)計(jì)方案不相符的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到建筑工程的施工進(jìn)度以及施工質(zhì)量。而在BIM 技術(shù)的應(yīng)用下，結(jié)合三維模型軟件的應(yīng)用，能夠精準(zhǔn)反映出建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，以良好的仿真模擬效果，能夠保障形成更加生動(dòng)形象的立體空間結(jié)構(gòu)，是保障建筑結(jié)構(gòu)處于合理設(shè)計(jì)效果，并符合設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)施工提供極大便利的基礎(chǔ)條件。在可視化的三維模型中能夠避免施工出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而全面提升建筑施工質(zhì)量，提升建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益以及施工效益[2]。

2.2 協(xié)調(diào)性

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中應(yīng)用BIM 技術(shù)構(gòu)建施工三維立體模型，是保障每一環(huán)節(jié)都能夠協(xié)調(diào)配合的基礎(chǔ)所在。基于實(shí)際而言，則主要是應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不同施工環(huán)節(jié)順序進(jìn)行分析，在三維模型中了解工程各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)，調(diào)節(jié)施工順序，促使每一施工環(huán)節(jié)之間能夠形成相互配合的設(shè)計(jì)效果，避免在施工中由于各環(huán)節(jié)的重要性以及先后性不清晰從而產(chǎn)生交叉施工的現(xiàn)象，容易影響到施工質(zhì)量的同時(shí)，出現(xiàn)返工問題。從而在BIM 技術(shù)的作用下，每一施工管理人員都能夠明確分工建設(shè)，保障合理施工，降低返工概率，提升施工質(zhì)量。

2.3 模擬性

綜合BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用效果得知，其主要是將建筑工程中所有涉及的數(shù)據(jù)信息等，匯總集中，通過先進(jìn)信息技術(shù)形成仿真模擬實(shí)物的效果，同時(shí)也能夠?qū)Τ橄笫挛镄纬煞抡婺M成果。在BIM技術(shù)的應(yīng)用中，建筑工程設(shè)計(jì)檔案的隱蔽項(xiàng)目、細(xì)節(jié)項(xiàng)目以及重點(diǎn)項(xiàng)目等均可以展現(xiàn)在其中，甚至能夠模擬各個(gè)施工階段的具體情況。同時(shí)也能夠相應(yīng)的模擬成本方案、緊急預(yù)案以及處理質(zhì)量問題等方案，便于直觀感受到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果，推動(dòng)后續(xù)施工環(huán)節(jié)的建設(shè)，并節(jié)約不必要的成本。

2.4 可出圖性以及一體化

BIM 技術(shù)的應(yīng)用具有明顯的出圖形特征，這是由于建筑工程中涉及的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，因此在構(gòu)建BIM 模型時(shí)需要借助于大量的參考圖例，才能夠形成更加精準(zhǔn)的模型。基于這樣的效果，BIM 技術(shù)充分發(fā)揮其出圖性特征之后，將會(huì)要求業(yè)主方提供相應(yīng)的資料信息，例如建筑結(jié)構(gòu)的施工方案、管線分布圖等眾多內(nèi)容。促使相關(guān)技術(shù)人員能夠在利用BIM 技術(shù)完成建模后，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，并對(duì)照管線圖以及施工計(jì)劃中的預(yù)留孔位置，保障最終的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理。并且BIM 技術(shù)具有明顯的一體化效果，自動(dòng)化的軟件應(yīng)用等能夠形成更加良好的設(shè)計(jì)作用，從而幫助建筑工程行業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打造更加高效的設(shè)計(jì)途徑[3]。為廣大工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供切實(shí)參考，提升建筑工程設(shè)計(jì)合理性，節(jié)約施工資源。

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

3.1 可視化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，繪制施工圖紙常見應(yīng)用CAD 技術(shù)，但是這樣的簡單繪圖制作技術(shù)在現(xiàn)代化的復(fù)雜建筑工程類型設(shè)計(jì)中已經(jīng)逐漸失去優(yōu)勢。難以精準(zhǔn)展示建筑工程結(jié)構(gòu)中的眾多復(fù)雜構(gòu)件信息，從而無法適應(yīng)現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)要求。而應(yīng)用到BIM 技術(shù)，則可以以先進(jìn)的三維可視化建模設(shè)計(jì)的效果，從全方位展示建筑結(jié)構(gòu)中的各項(xiàng)構(gòu)件信息，呈現(xiàn)出更加清晰直觀的設(shè)計(jì)效果。通過BIM 的三維可視化模型實(shí)景構(gòu)件建筑結(jié)構(gòu)，能夠從內(nèi)、外、四周等各個(gè)角度觀察建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性，從而分析每一環(huán)節(jié)的建筑構(gòu)件。并根據(jù)建筑工程的設(shè)計(jì)要求，形成更加完善的結(jié)構(gòu)布局安排以及功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于推斷建筑工程的實(shí)際體量。設(shè)計(jì)建筑工程結(jié)構(gòu)，利用BIM 技術(shù)，同時(shí)也能夠動(dòng)態(tài)觀察建筑結(jié)構(gòu)，在可視化技術(shù)的應(yīng)用效果之下，對(duì)前期的建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，尋找最佳設(shè)計(jì)方案，在模型中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題并及時(shí)加以處理，能夠保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高效、高質(zhì)。

一般情況下，在建筑結(jié)構(gòu)中的模型創(chuàng)建多應(yīng)用到Revit 軟件形成，建筑工程師可以根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)模型對(duì)實(shí)際的工程進(jìn)行設(shè)計(jì)并分析。處于現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)環(huán)境中，完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，能夠保障各種模型之間形成相互溝通的效果?？梢苑譃閮煞N方式實(shí)現(xiàn)，一種是基于BIM 軟件中的綜合模型創(chuàng)建，包括能耗模塊以及建筑模塊等，而另一種則是建立專業(yè)模型，在數(shù)據(jù)庫中整合專業(yè)模型的眾多數(shù)據(jù)，從而形成及時(shí)溝通交流模型數(shù)據(jù)的作用。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)建模

建筑工程在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的過程中會(huì)生成大量的工程數(shù)據(jù)與信息，這樣的數(shù)據(jù)信息等均處于同一數(shù)據(jù)庫中，不僅僅是建筑工程設(shè)計(jì)的成果，同時(shí)也是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)內(nèi)容。因此，應(yīng)用BIM 技術(shù)構(gòu)建建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型時(shí)，設(shè)計(jì)師可以充分應(yīng)用到這樣的參數(shù)值，保障每一參數(shù)之間形成合理的關(guān)系狀態(tài)，從而根據(jù)信息模型構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的整體形態(tài)。設(shè)計(jì)建筑工程結(jié)構(gòu)時(shí)，關(guān)鍵的目的就是為了提升建筑物的安全可靠程度，以往需要消耗設(shè)計(jì)人員大量的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，并分析每一受力構(gòu)件的受力值，但最終也難以保障精準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果。而BIM 技術(shù)的應(yīng)用，自動(dòng)分析構(gòu)件性能，降低工作量，并提升計(jì)算精準(zhǔn)度。并且為了保障能夠及時(shí)更新BIM 系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，保障BIM 建筑結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)實(shí)時(shí)變化，則需要在一定程度上約束不同結(jié)構(gòu)位置的設(shè)計(jì)參數(shù)。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，能夠?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更加直觀、安全、可靠、真實(shí)的設(shè)計(jì)信息，保障順利推進(jìn)后續(xù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)字化進(jìn)程[4]。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)建模工程應(yīng)用

建筑工程是我國的基礎(chǔ)工程項(xiàng)目內(nèi)容，各行各業(yè)都需要擁有這樣的基礎(chǔ)設(shè)施，因此在城市中不斷擴(kuò)展建筑工程建設(shè)范圍，并不斷擴(kuò)展建筑工程規(guī)模的過程中，建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出了差異性的設(shè)計(jì)效果。建筑工程類型衍生出了更加多樣的表現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用到各種不同的材料結(jié)構(gòu)，從而促使在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能會(huì)應(yīng)用到眾多創(chuàng)新材料。為了促使這樣的施工材料應(yīng)用發(fā)揮出更加良好的作用表現(xiàn)，則需要應(yīng)用到BIM技術(shù)構(gòu)建可視化的三維模型，結(jié)合新材料的參數(shù)以及特征等，搭建相適配的模型，觀察這樣的模型是否為最佳的建筑結(jié)構(gòu)。

其中以鋼結(jié)構(gòu)為代表，作為當(dāng)前最常見的建筑工程材料，在實(shí)際應(yīng)用中，鋼結(jié)構(gòu)逐漸呈現(xiàn)在加大跨度的設(shè)計(jì)應(yīng)用，擴(kuò)張空間的背景下，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用量逐漸提升。眾多建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中更是應(yīng)用到異型鋼結(jié)構(gòu)，為滿足各個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件之間呈現(xiàn)出復(fù)雜的設(shè)計(jì)效果，保障合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要對(duì)這樣的鋼結(jié)構(gòu)形成合理的設(shè)計(jì)應(yīng)用。具體而言，需要應(yīng)用到BIM 技術(shù)搭建鋼結(jié)構(gòu)模型，從而解決復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的困境。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，能夠精準(zhǔn)計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)中的梁體高度以及應(yīng)用數(shù)量，保障達(dá)成更加合理的精準(zhǔn)對(duì)接設(shè)計(jì)。同時(shí)能夠自動(dòng)計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)的連接件，并分析各項(xiàng)鋼結(jié)構(gòu)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合自動(dòng)參數(shù)選擇，每一鋼結(jié)構(gòu)在這樣的建模設(shè)計(jì)中都能夠?qū)?yīng)安裝在其所需的位置上。

BIM 技術(shù)建模完成后的獨(dú)有數(shù)據(jù)共享作用，能夠計(jì)算在建筑結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要焊接的接縫數(shù)量、螺栓強(qiáng)度以及眾多構(gòu)件的間距參數(shù)等，形成科學(xué)設(shè)計(jì)成果。因此，如若在鋼結(jié)構(gòu)的模型中添加新的構(gòu)件，則僅僅需要設(shè)計(jì)人員在鋼結(jié)構(gòu)的BIM 模型中添加相應(yīng)數(shù)據(jù)并做出調(diào)整，根據(jù)BIM 技術(shù)軟件生成設(shè)計(jì)圖，便可對(duì)照施工現(xiàn)場的各項(xiàng)環(huán)節(jié)形成合理的施工效果。同時(shí)設(shè)計(jì)人員根據(jù)這樣的施工模型圖也能夠明確在施工中需要強(qiáng)化質(zhì)量檢驗(yàn)的位置，保障鋼結(jié)構(gòu)具有良好的質(zhì)量表現(xiàn)，提升建筑結(jié)構(gòu)整體的設(shè)計(jì)質(zhì)量[5]。

3.4 BIM 技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展為我國的建筑工程設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新動(dòng)力，先進(jìn)的BIM 技術(shù)促使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成了創(chuàng)新變革。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中構(gòu)建BIM 模型的實(shí)際分類則表示為設(shè)計(jì)模型、施工模型、體量模型以及運(yùn)維模型等。在每一建筑工程的階段向下一階段過渡時(shí)，模型則需要隨之提升設(shè)計(jì)精度與應(yīng)用技術(shù)，在組件中展示更加詳細(xì)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，能夠在模型中也會(huì)相應(yīng)的展示出這樣的信息量。

以白云美灣大廈的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)過程中，應(yīng)當(dāng)利用BIM 技術(shù)保證建筑結(jié)構(gòu)的完整性，比如，設(shè)計(jì)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時(shí)，因受到主次杠桿結(jié)構(gòu)的影響，可以利用BIM 技術(shù)構(gòu)建施工模型，模擬吊裝鋼網(wǎng)架的過程，并調(diào)整彎矩，能夠避免彎扭作用給實(shí)際施工環(huán)節(jié)帶來影響，圖1 為白云美灣大廈的屋面層建筑。

同時(shí)在這一建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，觀察眾多詳細(xì)數(shù)據(jù)，更是為其中較為復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)和立面造型燈形成了詳細(xì)的設(shè)計(jì)效果，例如二層的建筑面積約為2836.83m2，其中存在較多弧形分隔墻，異形洞口及樓梯。具體的BIM 結(jié)構(gòu)模型如圖2 所示。

基于BIM 技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⑦@一建筑結(jié)構(gòu)中復(fù)雜的設(shè)計(jì)形成更加簡化的效果，精準(zhǔn)解決在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題。基于實(shí)際而言，BIM 技術(shù)不僅僅能夠形成簡單的可視化三維結(jié)構(gòu)模型，更是能夠具有信息查詢、技術(shù)交底、模型漫游、仿真施工的作用，在BIM技術(shù)的應(yīng)用下，白云美灣大廈的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行可進(jìn)行模擬施工測試，對(duì)實(shí)際中的工程施工環(huán)節(jié)形成科學(xué)合理的安排，并控制各個(gè)環(huán)節(jié)的施工工序，保障建筑工程的施工效率有所提升。

4 結(jié)語

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用到BIM 技術(shù)，則能夠形成更加良好的三維模型設(shè)計(jì)，相較于以往的2D 設(shè)計(jì)圖，則能夠形成更加良好的設(shè)計(jì)效果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)模型、分析結(jié)構(gòu)參數(shù)以及功能等，保障施工進(jìn)度有所提升，優(yōu)化建筑工程質(zhì)量效果，提升建筑工程經(jīng)濟(jì)效益。