BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程的研究與實(shí)現(xiàn)

宋宇宸

摘 要：BIM技術(shù)是當(dāng)前建筑業(yè)新興的一種能夠保證多方信息交互、三維可視化以及構(gòu)建化處理的技術(shù)。設(shè)計(jì)階段作為體現(xiàn)建造者意圖以及指導(dǎo)施工的進(jìn)行的重要階段，尤其需要通過(guò)BIM技術(shù)提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文分析了BIM技術(shù)的基本特點(diǎn)以及BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本過(guò)程。

關(guān)鍵詞：建筑信息模型;建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)過(guò)程

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)以及信息化技術(shù)已經(jīng)不斷進(jìn)入到各行各業(yè)，對(duì)于建筑行業(yè)尤其如此。傳統(tǒng)的建筑行業(yè)一直以來(lái)是一個(gè)粗放化的行業(yè)，生產(chǎn)效率低下。這首先是因?yàn)榻ㄖ袠I(yè)的進(jìn)行過(guò)程中涉及到了眾多的參與人員，包括開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各個(gè)單位。同時(shí)建造過(guò)程周期長(zhǎng)且環(huán)境復(fù)雜，加大了建筑業(yè)的發(fā)展難度。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為建筑業(yè)的有序發(fā)展，尤其是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言有著重要的意義。

一、 BIM技術(shù)對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

（一） BIM技術(shù)的基本特性

Building information model（BIM）是當(dāng)前建筑領(lǐng)域新興的一種信息化、可視化、三維化以及集成化的技術(shù)，它是一種將建筑結(jié)構(gòu)分解成不同的構(gòu)件，并對(duì)它們賦予各類(lèi)建筑信息的技術(shù)，同時(shí)能夠借助相關(guān)BIM軟件實(shí)現(xiàn)建筑的三維可視化預(yù)覽，在施工之前真正對(duì)建筑的設(shè)計(jì)全貌進(jìn)行了解。最后BIM技術(shù)能夠支持多方參與人員之間的交互，從而能夠更好地促進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的信息傳遞交流和保存修改，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

（二） BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改變

傳統(tǒng)的建設(shè)項(xiàng)目在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)往往是由設(shè)計(jì)師根據(jù)建設(shè)單位的需求先進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工單位再在設(shè)計(jì)單位完成之后，按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的施工和材料的采購(gòu)等工作。這樣一來(lái)，所有建設(shè)參與者之間的信息是割裂開(kāi)來(lái)的，信息的傳遞以及人員的交互效率都十分低下，只有在每個(gè)階段的交界處，不同的參與者之間才會(huì)進(jìn)行信息的交流和傳遞，然而這樣的做法對(duì)于建筑的整體效果而言是十分不利的。

將BIM技術(shù)引入建筑設(shè)計(jì)中，能夠通過(guò)交互式的系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，將不同參與方集成起來(lái)，同時(shí)將他們的信息統(tǒng)一通過(guò)信息平臺(tái)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。這樣一來(lái)，在進(jìn)行建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)能夠同時(shí)參考到建造單位、施工單位以及供應(yīng)商的所有信息和需求，能夠更好地保證設(shè)計(jì)單位理解建設(shè)單位的意圖，在設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)理念的反饋。同時(shí)能夠?qū)⑹┕挝缓凸?yīng)單位更早地納入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考慮范圍，從施工的需求以及材料選擇、成本控制等各方面進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)。同時(shí)，由于BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，所有的信息都存儲(chǔ)在同一個(gè)平臺(tái)，統(tǒng)一修改和反饋，這樣能夠保證所有人員得到的信息都是一致的，大大提高了信息的傳遞效率，減少信息耗散。

此外由于BIM技術(shù)是一種三維化、可視化的技術(shù)，能夠更好地輔助建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)賦予構(gòu)件三維信息，更好地對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)可靠性和美觀(guān)性進(jìn)行分析。BIM技術(shù)擁有的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠?qū)鹘y(tǒng)CAD中的點(diǎn)線(xiàn)面轉(zhuǎn)化為梁板柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這樣一來(lái)能夠大大提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率。在設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)三維可視化技術(shù)能夠更好地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核，檢查設(shè)計(jì)中存在的碰撞，結(jié)構(gòu)不可靠等問(wèn)題，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。

二、基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程

BIM對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程，有了一定的改變。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程是利用 PKPM等有限元結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模、整體空間受力和變形分析及截面設(shè)計(jì)，然后利用二維CAD等繪圖軟件來(lái)繪制傳統(tǒng)的施工圖文檔。這樣的方式需要在CAD中通過(guò)點(diǎn)線(xiàn)面的形式，對(duì)整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且表達(dá)方式為二維。這對(duì)于設(shè)計(jì)人員的空間復(fù)核，以及施工人員對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙的理解都有一定的障礙。

基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程是建筑設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行計(jì)算，而軟件可以自動(dòng)生成施工圖以及三維預(yù)覽。然而由于目前技術(shù)的限制以及人員轉(zhuǎn)換的困難，BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用只能首先從現(xiàn)有的軟件出發(fā)并通過(guò)分階段步驟來(lái)進(jìn)行。

當(dāng)前基于BIM 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)計(jì)算，從而確定建筑結(jié)構(gòu)的方案。然后生成模板圖，修改后自動(dòng)更新結(jié)構(gòu)模型，再經(jīng)過(guò)計(jì)算，自動(dòng)生成施工圖。施工圖最后倒入到Revit軟件中，對(duì)其進(jìn)行碰撞檢查。

到后期發(fā)展完善了以后，則能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)軟件之間的交互。這樣就能夠讓設(shè)計(jì)師直接在Revit軟件中進(jìn)行建筑的設(shè)計(jì)，并通過(guò)三維模擬和碰撞檢查對(duì)其進(jìn)行分析，并通過(guò)不斷的完善和修改對(duì)結(jié)構(gòu)的布置進(jìn)行初步的選擇。在初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，則可以將這一建筑模型導(dǎo)入到有限元軟件中，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性和穩(wěn)定性等各方面進(jìn)行測(cè)算和分析。在不斷的進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的調(diào)整后，確定出符合要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。最后通過(guò)專(zhuān)業(yè)的BIM軟件對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行輸出，自動(dòng)生成施工圖用以指導(dǎo)建設(shè)項(xiàng)目的施工。

值得注意的是，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，并不是只有設(shè)計(jì)單位一方在進(jìn)行，而是綜合了建設(shè)單位、施工單位以及供應(yīng)商等多個(gè)單位的交互。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有設(shè)計(jì)信息的變化，都能夠傳遞到其他參與單位，并接受其他單位的反饋。這樣一來(lái)，設(shè)計(jì)單位能夠更好地明確建設(shè)單位的開(kāi)發(fā)意圖，同時(shí)也能更好地兼顧到施工單位的現(xiàn)場(chǎng)施工需求。同時(shí)，能夠在設(shè)計(jì)階段就考慮到不同結(jié)構(gòu)材料的配置以及成本問(wèn)題，全方位的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

三、結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的出現(xiàn)無(wú)疑將給建筑行業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)大的革新，基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠通過(guò)三維可視化以及構(gòu)建集的方式，更好地提高設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)也能更好地對(duì)建筑施工進(jìn)行指導(dǎo)與反饋。然而其并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的一蹴而就的工作，各設(shè)計(jì)單位應(yīng)該積極進(jìn)行BIM技術(shù)的推廣與應(yīng)用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)不斷的創(chuàng)新與實(shí)踐，更好地將BIM技術(shù)運(yùn)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，提高建筑設(shè)計(jì)的效率。

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