淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM 技術(shù)的應(yīng)用

李 凱，吳 瀟

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

由于工程的特殊性，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有多階段、差異性、動態(tài)性、涉及主體范圍廣的特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，涉及的各部門或者是工作人員之間對于結(jié)構(gòu)設(shè)計信息不會互通有無，信息做不到相互之間交流共享，進(jìn)而導(dǎo)致建設(shè)方、設(shè)計方以及施工方之間的信息不對稱，遇到困難或者問題時難以做到快速協(xié)調(diào)，且容易發(fā)生責(zé)任推諉及逃避的現(xiàn)象。BIM 技術(shù)能夠?qū)ㄔO(shè)工程維護(hù)、運(yùn)營、施工和設(shè)計等多方面的知識內(nèi)容進(jìn)行整理，最終以數(shù)字化可視技術(shù)的形式進(jìn)行體現(xiàn)，提高了材料收集和處理的效率。因此，在建設(shè)工程施工中使用BIM 技術(shù)能夠在很大程度上提高建設(shè)工程施工的品質(zhì)和效率。BIM 技術(shù)有著較強(qiáng)的信息完備性、可視性以及模擬性等特點(diǎn)，因而借助于BIM 技術(shù)可以有效提高施工效率、降低施工造價。

1 BIM 技術(shù)的概念

所謂的BIM 技術(shù)，通常被稱作建筑信息模型技術(shù)。能夠在建設(shè)工程施工中使用數(shù)字化的3D 技術(shù)對工程中的信息進(jìn)行整合，從而模擬出數(shù)據(jù)模型。BIM（Building Information Modeling）通過信息技術(shù)將建筑模型的圖紙及設(shè)計通過云端引入，可以快速便捷地把完整的工程生命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行收錄、統(tǒng)計、處理、分析最終進(jìn)行歸檔，通過這種方式，能夠?qū)⒎彪s且龐大的數(shù)據(jù)量整理成有序的文檔資料，從而完成對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的精細(xì)化管理，也保障了施工主體各個部門之間信息的有效溝通與交流，推動了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的信息化、便捷化與規(guī)范化發(fā)展?，F(xiàn)階段已有實(shí)際案例表明，BIM 技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程過程之中，并且取得了良好的效果。

2 BIM 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 BIM 標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一化

我們國內(nèi)BIM 技術(shù)的興起與發(fā)展時間較短，因此還尚未形成統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，但對于一些初具規(guī)模推廣BIM 技術(shù)的企業(yè)來說，已經(jīng)大致確立了自己的企業(yè)技術(shù)與要求標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)將會為BIM 技術(shù)未來確定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供很好的參考?？梢灶A(yù)測，對于BIM 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的走向，必然要求統(tǒng)一規(guī)范，只有一個行業(yè)做好了全國范圍內(nèi)的規(guī)范與統(tǒng)一，才能夠使得該行業(yè)領(lǐng)域走出國門，邁向世界，從而更好地完成該技術(shù)的實(shí)用性價值。

2.2 BIM 應(yīng)用的集成化

BIM 技術(shù)應(yīng)用的集成化發(fā)展，我們國家相關(guān)企業(yè)已經(jīng)開始研究并成功推出了系列建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，通常包含五個維度，因而被稱作5D 系統(tǒng)，這五個維度包含安全、質(zhì)量、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工進(jìn)度以及資料管理五個方面，對該五個維度進(jìn)行應(yīng)用化的集成管理；而且現(xiàn)階段已有諸多項(xiàng)目已應(yīng)用到了實(shí)際工程當(dāng)中，對于BIM 技術(shù)集成化管理的發(fā)展方向，通過對近年來行業(yè)領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該是利用revit 模型和結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件以及算量軟件的協(xié)同發(fā)展。這將極大的提高建筑行業(yè)對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀

3.1 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式不符合發(fā)展要求

伴隨著我們社會主義的飛速發(fā)展，建筑行業(yè)的發(fā)展可能性越來越多，針對不同功能的建筑，其側(cè)重與要求也大有不同。因此傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式已不能適應(yīng)當(dāng)前的大趨勢，并且嚴(yán)重阻礙了建筑業(yè)的發(fā)展。隨著社會的發(fā)展，各種建筑功能的側(cè)重，使得這種方式在科技飛速發(fā)展的今天不僅不再適用，而且已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了我國建筑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與提高，使得整個行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益呈現(xiàn)逐年下滑的走勢。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息缺乏準(zhǔn)確性

對于信息來說，應(yīng)該盡可能掌握更多更全面的行業(yè)信息，同時注意信息的及時更新。但目前來說還未能做到這一點(diǎn)，很多信息缺乏準(zhǔn)確性與實(shí)際應(yīng)用性，這些都會對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)調(diào)控與管理產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)今的數(shù)據(jù)變化莫測，大部分行業(yè)信息都是即時的，更新改變較快，在一段時間內(nèi)有效的信息轉(zhuǎn)瞬便失去實(shí)際價值與意義，與之相對應(yīng)，建筑行業(yè)的信息也是這樣。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確

受工作人員的影響，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中會有一定的誤差，因?yàn)榘殡S著時代的快速發(fā)展，信息的更新也極快，但工作人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，只參照以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計，經(jīng)驗(yàn)與等級等方面的要求也僅僅停留在往年的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致設(shè)計數(shù)據(jù)都會不準(zhǔn)確，以致為建筑行業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作帶來無法預(yù)測的經(jīng)濟(jì)損失，虛擬施工的項(xiàng)目引導(dǎo)也不能夠按部就班地進(jìn)行。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計憑經(jīng)驗(yàn)

管理體制方面，我們國家從建國以來的各個行業(yè)都存在一定弊端，建筑行業(yè)也不例外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作當(dāng)中經(jīng)常會出現(xiàn)工作人員只憑經(jīng)驗(yàn)，存在相當(dāng)大的問題，這都是由于建筑公司的管理體制方面出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的，這也會直接造成團(tuán)隊(duì)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的部門之間不能夠進(jìn)行高效的溝通與分工，相互之間存在矛盾，這對于項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作來說無疑是更加艱難。

3.5 難以實(shí)現(xiàn)高效的結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)共享

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作過程中，必須要參照一些相關(guān)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在完成該項(xiàng)目之后應(yīng)當(dāng)整理歸檔，以便后續(xù)的工作用來參考。通過將同一個項(xiàng)目工作的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理匯編進(jìn)而上傳，可以實(shí)現(xiàn)資源數(shù)據(jù)共享，有效避免行業(yè)領(lǐng)域中出現(xiàn)同一問題但意見無法統(tǒng)一的現(xiàn)象，從而為下一步工作的快速規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

3.6 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與社會需求脫節(jié)

目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與社會整體需求整體脫節(jié)的現(xiàn)象與問題，具體來說就是，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整時，相關(guān)的部門與工作人員應(yīng)當(dāng)就國家的政策與頒布的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新的判斷與相應(yīng)的調(diào)整，這一過程由于還不規(guī)范，導(dǎo)致工程項(xiàng)目的工期延誤，且完成的項(xiàng)目工程還不符合國家規(guī)范，對人們的居住安危產(chǎn)生一定的影響。

4 BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

4.1 BIM 技術(shù)在可視化的應(yīng)用

模型搭建期間，可以將產(chǎn)品模型放置在三維模型之中。借助于BIM 技術(shù)的可視化特性，還能將具體的施工安裝流程展現(xiàn)出來，使得建筑信息的價值得到全面的發(fā)揮。就BIM 技術(shù)而言，它不僅有著真實(shí)性、準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，同時還具有高度集成性、實(shí)效性的特點(diǎn)。對于客觀真實(shí)性而言，主要是指BIM 技術(shù)的數(shù)字化程度更高，利用BIM 技術(shù)建立的三維模型，可以實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的實(shí)時轉(zhuǎn)換，還能夠?qū)⑹┕ば畔ⅰ⑹┕ち鞒?、材料資源緊密的聯(lián)系在一起。經(jīng)錄入各構(gòu)件信息，比如構(gòu)件材質(zhì)與幾何的尺寸及在圖紙當(dāng)中的標(biāo)識和機(jī)電的信息等，進(jìn)而于土建的施工當(dāng)中可使相關(guān)的施工者對構(gòu)建精準(zhǔn)的澆筑和安設(shè)等。能夠保證項(xiàng)目參與者很好的理解建筑的設(shè)計布局和其中的一些細(xì)節(jié)。此外，BIM 技術(shù)還能夠讓設(shè)計人員對設(shè)計中存在的問題做到及時發(fā)現(xiàn)并解決。

4.2 實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

“標(biāo)準(zhǔn)化”就是在一定的范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對實(shí)際或潛在的問題制定共同和重復(fù)使用規(guī)則的活動。標(biāo)準(zhǔn)化的原則主要有：簡化、統(tǒng)一化、系列化、通用化、組合化、模塊化。統(tǒng)一化、通用化其實(shí)概念差不多，在建筑設(shè)計中為了使預(yù)制構(gòu)件能夠共用模具，節(jié)約成本，通常使構(gòu)件做到形式統(tǒng)一。復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、可以認(rèn)為是相同構(gòu)件的，而鏡像卻是不同構(gòu)件，在傳統(tǒng)項(xiàng)目總體規(guī)劃的時候通常見到互為鏡像的樓棟相拼，而在建筑項(xiàng)目中比較多的是平移關(guān)系。組合化、模塊化則將單一的構(gòu)件賦予變化，通過一種構(gòu)件甚至多種構(gòu)件的排列組合形成不同的變化形式，這在建筑的戶型、立面以及使用功能上都有反映。

4.3 在建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同中的應(yīng)用

BIM 模型把各專業(yè)于一個三維的模型當(dāng)中加以集成，如此不但能精準(zhǔn)直觀的對各專業(yè)的構(gòu)件布置和擺放情況加以觀察，而且還能將各專業(yè)間部件相關(guān)的位置關(guān)系觀察出來。進(jìn)而于BIM三維協(xié)同的環(huán)境當(dāng)中可精準(zhǔn)、高效的與設(shè)計、施工、機(jī)電安裝等作業(yè)相互協(xié)調(diào)，與此同時能進(jìn)一步對建筑構(gòu)件和管線的布置加以改善、提升合理性和使用率。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中使用BIM 技術(shù)，能夠保證設(shè)計人員共同完成設(shè)計，并且對各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，從而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的協(xié)調(diào)性。

4.4 確保建筑數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤

在建筑的竣工驗(yàn)收階段，需要對建筑的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行審查，以保證建筑物的質(zhì)量，將安全隱患控制在合理的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的方法進(jìn)行工程竣工驗(yàn)收通常需要較長的時間，這是因?yàn)樵诮ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計中蘊(yùn)含大量數(shù)據(jù)，通過人工計算難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行多次反復(fù)核算，而在核算的過程中，核算人員會出現(xiàn)意見不一致的情況，導(dǎo)致難以收口或收口耗時過長。建筑全生命周期設(shè)計應(yīng)用BIM 軟件能夠解決竣工驗(yàn)收階段的數(shù)據(jù)核算問題，軟件中存有整個該工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的所有內(nèi)容，在軟件中形成了一個數(shù)據(jù)庫，BIM 軟件會在人工指令下對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，并為施工單位提供審核依據(jù)及審核結(jié)果，確保建筑的各項(xiàng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，為建筑工程驗(yàn)收合格提供理論依據(jù)。

5 結(jié)語

綜上所述，對于BIM 這項(xiàng)技術(shù)來說其在建筑行業(yè)的應(yīng)用具有其先天的優(yōu)勢，該技術(shù)是順應(yīng)時代發(fā)展的要求所產(chǎn)生的一項(xiàng)技術(shù)，其與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的結(jié)合使用大大提高了建筑行業(yè)的工作效率及其準(zhǔn)確性，在完成項(xiàng)目工程的同時，使得工程的質(zhì)量更高、安全性更強(qiáng)，同時還能夠提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，因此BIM 技術(shù)目前處于被廣泛研究與應(yīng)用拓展的廣闊前景之下。