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

張大紅

【摘 要】隨著我國(guó)BIM技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，能夠更好地提升BIM技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的融合程度。本文首先介紹了BIM技術(shù)的概念，分析了BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的特點(diǎn)，探討了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用，研究了BIM技術(shù)的發(fā)展展望。

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

BIM就是利用先進(jìn)的模擬技術(shù)，事先將一切可能發(fā)生的情況完完整整的模擬出來(lái)， 隨著應(yīng)用水平的不斷提高，BIM技術(shù)理應(yīng)被更好地應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。該項(xiàng)課題的研究，能夠更好地提升BIM技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的融合程度，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率。

一、BIM技術(shù)概述

BIM 技術(shù)即 Buding information mode，不僅僅是一種或一類軟件，而是貫穿建設(shè)生命周期的信息集合，可使建筑行業(yè)向高效及精細(xì)化轉(zhuǎn)變，可稱之是建筑行業(yè)向 CAD 邁進(jìn)的技術(shù)改革。在城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快的當(dāng)代，建筑業(yè)在城市社會(huì)發(fā)展中的地位越來(lái)越高，建筑業(yè)的快速發(fā)展促進(jìn)城市更加美觀、個(gè)性化，在滿足人們對(duì)建筑功能要求基礎(chǔ)上，對(duì)城市形象改變及地區(qū)環(huán)境改善具有重要作用。而B(niǎo)IM技術(shù)在建筑業(yè)中的應(yīng)用，促使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來(lái)越合理，美觀性越來(lái)越優(yōu)秀、安全性越來(lái)越高。BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)促進(jìn)各個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量都符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時(shí)為建筑施工定制科學(xué)施工方案，為民用建筑順利施工提供堅(jiān)實(shí)支撐。

BIM是一個(gè)建筑項(xiàng)目中物理與功能特性的表達(dá)，它有共享性，它能為該建筑項(xiàng)目在整個(gè)生命周期中提供完全的決策依據(jù)。在前期的BIM技術(shù)發(fā)展中，主要注意力集中在搭設(shè)BIM應(yīng)用平臺(tái)和構(gòu)建技術(shù)框架上。當(dāng)前的BIM技術(shù)已經(jīng)和遙感、信息技術(shù)等融合。國(guó)內(nèi)的BIM技術(shù)起步晚，但是發(fā)展比較迅速，國(guó)家建設(shè)部門(mén)、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院等都很重視此項(xiàng)技術(shù)。BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)當(dāng)然不止體現(xiàn)在理論上，在實(shí)踐當(dāng)中BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更是展露無(wú)遺。例如“水立方”、上海中心大廈等建筑都應(yīng)用了BIM技術(shù)，解決了空間關(guān)系復(fù)雜等問(wèn)題。

二、BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的特點(diǎn)

1、參數(shù)化建模

參數(shù)化建模是BIM建模過(guò)程的基礎(chǔ)特性。在BIM技術(shù)中建筑模型所有構(gòu)件的數(shù)據(jù)都集成在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑工程項(xiàng)目的信息集成。而且BIM技術(shù)基于三維數(shù)字模型和參數(shù)化關(guān)聯(lián)技術(shù)建立模型，其操作對(duì)象主要為建筑構(gòu)件，如梁、柱、墻、門(mén)、窗等，各構(gòu)件之間存在參數(shù)化聯(lián)系，部分構(gòu)件的修改將會(huì)發(fā)生構(gòu)件間的關(guān)聯(lián)性修改。

2、模型數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)性與一致性

采用BIM技術(shù)的軟件系統(tǒng)在建立三維模型后，可即時(shí)生成各個(gè)位置的平面、立面、剖面等各種二維圖紙，并且在各個(gè)工程數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建實(shí)時(shí)、一致性的關(guān)聯(lián)。該模型還提供多方式的數(shù)據(jù)表達(dá)和信息傳遞，從而實(shí)現(xiàn)信息共享，可以讓與之有關(guān)的工作人員不再擔(dān)心由于時(shí)間和空間的差異而產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生的偏差，從而使相關(guān)工作人員既能專注于自己專業(yè)內(nèi)的工作，又能實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和圖紙同步。

3、各參與方協(xié)同合作

建筑工程項(xiàng)目是通過(guò)各參與方、不同專業(yè)的人員合作完成，因此各參與方的協(xié)同合作非常重要。在BIM技術(shù)實(shí)施前，各參與方之間的合作缺少統(tǒng)一的管理平臺(tái)，各專業(yè)之間的溝通與合作比較繁瑣且效率低下。通過(guò)BIM技術(shù)的實(shí)施，為建筑工程項(xiàng)目各個(gè)專業(yè)提供了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)信息共享的專業(yè)技術(shù)交流平臺(tái)?；贐工M技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)方式具有更高的效率，其大型的數(shù)據(jù)庫(kù)可使不同的人在同一建筑信息模型中共享統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息。

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

1、三維設(shè)計(jì)中BIM模型的碰撞檢查

在建筑項(xiàng)目的施工前，傳統(tǒng)的2D圖紙往往在使用過(guò)程中不能有效地反映個(gè)體以及系統(tǒng)之間的碰撞，時(shí)間緊、多專業(yè)協(xié)作、溝通不充分導(dǎo)致個(gè)體離散行為具有很大的不可預(yù)見(jiàn)性，使得設(shè)計(jì)人員很容易疏漏掉部分碰撞問(wèn)題。所以，這就很需要運(yùn)用BIM技術(shù)中的三維BIM模型進(jìn)行三維碰撞檢查，這種監(jiān)測(cè)的過(guò)程不僅能消除施工過(guò)程中的硬碰撞和軟碰撞，更能減少建筑施工過(guò)程中的返工問(wèn)題和錯(cuò)誤帶來(lái)的損失，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)到后期優(yōu)化施工圖出圖并交底，建筑施工人員也可用BIM技術(shù)碰撞檢查優(yōu)化后的3D模型方案進(jìn)一步進(jìn)行施工進(jìn)度模擬和施工統(tǒng)籌模擬，提高建筑設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量。

2、模型沙盤(pán)推演

我院BIM技術(shù)應(yīng)用在2010年起步于蘇州圓融星座綜合體項(xiàng)目，2011～2013年陸續(xù)在無(wú)錫博世308工廠項(xiàng)目、中哈新疆項(xiàng)目、蘇州廣電傳媒大大廈以及本院新辦公大樓項(xiàng)目中應(yīng)用。主要的目的有兩個(gè)：一是配合設(shè)計(jì)院出圖并校核各專業(yè)間的不可避免的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，包括建筑構(gòu)件與結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的配合施工問(wèn)題，諸如樓梯梁碰頭問(wèn)題、汽車(chē)坡道梁底凈高問(wèn)題、梁底門(mén)窗留洞問(wèn)題等；二是通過(guò)三維模型的沙盤(pán)推演來(lái)配合施工圖紙交底并指導(dǎo)建筑施工，重點(diǎn)解決施工中設(shè)備管線碰撞問(wèn)題、結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)備留洞問(wèn)題等。

3、項(xiàng)目可視化

BIM模型的可視化，是具有反饋性和互動(dòng)性的全過(guò)程可視化，有利于報(bào)表的生成和效果圖的展示，更可以促進(jìn)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造以及后續(xù)運(yùn)營(yíng)中的溝通決策，使整個(gè)過(guò)程都具有可視化狀態(tài)。在投標(biāo)過(guò)程中，這種可視化可以對(duì)設(shè)計(jì)單位的業(yè)務(wù)能力進(jìn)行具有說(shuō)服力的展示，有助于獲得業(yè)主的認(rèn)同，加大了設(shè)計(jì)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，有利于建筑設(shè)計(jì)企業(yè)客戶的拓展。

4、設(shè)計(jì)協(xié)同及優(yōu)化

設(shè)計(jì)階段，基于BIM技術(shù)的三維模型也可導(dǎo)入其他專業(yè)分析軟件做進(jìn)一步的分析和模擬實(shí)驗(yàn)，比如緊急疏散模擬、熱能傳導(dǎo)模擬、日照分析、采光模擬、風(fēng)洞模擬等等；在設(shè)計(jì)完成后的招標(biāo)階段和施工階段，則可進(jìn)行4D模擬，即對(duì)項(xiàng)目工程進(jìn)行項(xiàng)目時(shí)間加3D模型的模擬，通過(guò)4D模擬確定施工方案和施工指導(dǎo)等，BIM技術(shù)的運(yùn)用，讓三維模型與施工進(jìn)度安排實(shí)現(xiàn)協(xié)同和優(yōu)化，便于設(shè)計(jì)方和施工方面的溝通交流，科學(xué)合理地優(yōu)化施工進(jìn)度，解決樓梯、坡道及樓層凈高不足問(wèn)題、設(shè)備管線綜合碰撞打架問(wèn)題、預(yù)留管道位置不準(zhǔn)問(wèn)題等，避免設(shè)計(jì)疏漏和返工，使得設(shè)計(jì)方和施工方的項(xiàng)目經(jīng)理能對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)行有著全方位的把握和了解，確保施工進(jìn)度如期進(jìn)行。

四、BIM應(yīng)用推廣需要注意的問(wèn)題

1、結(jié)合自身情況，合理設(shè)定現(xiàn)階段BIM的應(yīng)用范圍，再逐步尋求拓展BIM增值設(shè)計(jì)服務(wù)。不要在剛開(kāi)始接觸應(yīng)用BIM，便想要求大求全，試圖將revit用于各個(gè)專業(yè)，完美的實(shí)現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計(jì)及相關(guān)應(yīng)用。

2、BIM啟動(dòng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不宜選擇難度過(guò)大的項(xiàng)目，導(dǎo)致BIM推進(jìn)較為艱苦、困難重重，使整個(gè)團(tuán)隊(duì)失去信心。

3、Revit產(chǎn)品的本地化上還不完美，對(duì)初學(xué)者在實(shí)現(xiàn)本地化施工圖出圖上尚存一定難度，需要有對(duì)Revit全面了解的專業(yè)人士針對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)院的出圖標(biāo)準(zhǔn)和各種相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行定制和教授針對(duì)不同類型項(xiàng)目的應(yīng)用方法，使得推廣應(yīng)用事半功倍。

4、BIM的應(yīng)用推廣是個(gè)長(zhǎng)期的不斷發(fā)展的過(guò)程，需要事先考慮BIM團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)，人員梯次，如何實(shí)現(xiàn)逐步推廣等問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃，有步驟的逐步推廣。一個(gè)合理實(shí)用的BIM實(shí)施規(guī)劃很有必要。其中人才的問(wèn)題最為關(guān)鍵。千軍易得，一將難求。BIM團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人也就是BIM經(jīng)理的選擇和培養(yǎng)至關(guān)重要。由于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人對(duì)BIM理解及應(yīng)用過(guò)程沒(méi)有正確的判斷和深刻的認(rèn)識(shí)，無(wú)法得出恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行方案，容易出現(xiàn)決策上的失誤，直接導(dǎo)致公司決策層及項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM的誤解。

在BIM團(tuán)隊(duì)的人員挑選上，也需要尋找學(xué)習(xí)熱情高昂，有自我學(xué)習(xí)思考能力的設(shè)計(jì)師。此外，值得注意的是：BIM的出現(xiàn)將使得BIM制圖員這樣的角色有了一席之地。因?yàn)镽evit三維設(shè)計(jì)的平立剖面圖及大樣詳圖與模型之間的相互關(guān)聯(lián)，直觀有效地避免了一些低級(jí)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的出現(xiàn)，也能更快捷地實(shí)現(xiàn)建筑師與制圖員之間的交流溝通。所以未來(lái)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)將可能分工細(xì)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，幫助設(shè)計(jì)院有效地控制設(shè)計(jì)人力成本。

5、Revit是三維的參數(shù)化設(shè)計(jì)，創(chuàng)建的是建筑信息模型，這與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別。工具的特點(diǎn)決定了我們針對(duì)不同類型的建筑項(xiàng)目，不同的設(shè)計(jì)階段，不同的設(shè)計(jì)需求，我們需要不同的應(yīng)用方法。

通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)的多項(xiàng)明顯特點(diǎn)使其應(yīng)該成為一項(xiàng)被廣泛運(yùn)用在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的技術(shù)。有關(guān)人員應(yīng)該從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的客觀實(shí)際出發(fā)，研究制定最為科學(xué)合理的BIM技術(shù)應(yīng)用策略。

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