新時期建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用分析

李泳波

（山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計研究院）

新時期建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用分析

李泳波

（山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計研究院）

由于建筑工程的施工工期一般都比較長，影響施工的因素也較多，因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對整個工程就非常重要。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性將直接影響到建筑安全、施工質(zhì)量以及使用的穩(wěn)定性。BIM技術(shù)的應(yīng)用則可以讓建筑設(shè)計更趨合理、經(jīng)濟(jì)且高效，因此該技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要。

建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計；BIM技術(shù)

1 引言

建筑項目工程的設(shè)計結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜化，如果將BIM技術(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，并將兩者構(gòu)建成一個完整的平臺，進(jìn)一步進(jìn)行統(tǒng)籌管理大數(shù)據(jù)。在這個平臺當(dāng)中，所有的數(shù)據(jù)都是與結(jié)構(gòu)真實可靠的構(gòu)件，而且具備了良好的特征與屬性，更方便其調(diào)動分析，從而為專業(yè)設(shè)備與建筑之間的協(xié)調(diào)工作提供了更多便利。

2 BIM技術(shù)概述

目前建筑工程的規(guī)模正在逐漸變大，大眾對建筑的功能需求也越來越多樣化，建筑體型也隨之變得更加復(fù)雜多樣，所以，建筑工程項目中包含的項目信息也越來越多。這些資源信息對建筑企業(yè)來說非常重要，要是對其進(jìn)行充分利用，可以有效節(jié)省工程開支，減短工期，同時對工程質(zhì)量保證和消除安全隱患都能起到很大的作用。因此，在建筑工程項目中，信息技術(shù)的優(yōu)勢越來越突出，并且取得了建筑行業(yè)對其的認(rèn)可。但是如何將建筑工程項目當(dāng)中的各類信息合理規(guī)劃應(yīng)用，從而有效控制建設(shè)成本并計劃好工期，另外能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程當(dāng)中的不合理之處，避免影響后期工程建設(shè)，這就變得非常重要了[1]。

因此，綜合看來，當(dāng)代建筑企業(yè)必不可少的就是要綜合全面管理施工建設(shè)全過程的信息數(shù)據(jù)。建筑設(shè)計作為工程信息的開端，其始終處在核心位置，同時也是BIM技術(shù)的重點關(guān)注對象。在建筑設(shè)計領(lǐng)域，BIM是一項革命性技術(shù)正發(fā)揮出其顯著優(yōu)勢。

3 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程建模的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)是這一時期建筑物主要的一種結(jié)構(gòu)形式，但在建模過程中通常都會面臨加強構(gòu)建布置與結(jié)構(gòu)鏈接方面的種種困難。在設(shè)計過程中，鋼結(jié)構(gòu)會關(guān)系到梁柱連接、兩梁剛接以及兩梁鉸接等不同的鏈接方式，因此在設(shè)計當(dāng)中要依據(jù)梁高對各個連接部件進(jìn)行設(shè)計，并且要將其加以參數(shù)化。BIM技術(shù)可以實現(xiàn)參數(shù)共享，設(shè)計人員只需在這一應(yīng)用當(dāng)中對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整就可以更改螺栓的數(shù)量和間距，從而生成新的連接件[2]。在加強件和連接件的設(shè)計當(dāng)中，設(shè)計人員只需要畫出輪廓圖樣，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)人員對應(yīng)相關(guān)設(shè)計位置加以參考就可確定加強件和連接件的具體位置，這可有效提高鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量和整體的施工效率。

3.2 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的可視化

在傳統(tǒng)的建筑構(gòu)設(shè)計中是用CAD技術(shù)來繪制施工圖紙，而在BIM技術(shù)中則運用了三維模型將真實的建筑構(gòu)件表現(xiàn)出來。CAD技術(shù)所表現(xiàn)的建筑構(gòu)件信息相對有限，如果在設(shè)計階段運用BIM技術(shù)，就可以將建筑構(gòu)件生成三維立體的模型，這樣就可以從直觀的角度對建筑構(gòu)件進(jìn)行觀察。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析建筑構(gòu)件的各個功能與布局，并且推斷出建筑體量。在一些大型建筑工程的設(shè)計當(dāng)中采用BIM的可視化技術(shù)，能夠動態(tài)演示建筑結(jié)構(gòu)，整體把握建筑結(jié)構(gòu)的尺寸和合理性，從而進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計方案。BIM技術(shù)可以快速檢測隱藏在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中未被發(fā)現(xiàn)的那些隱患漏洞，從而保證設(shè)計的整體質(zhì)量。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)三維設(shè)計中的碰撞檢查

在建筑項目進(jìn)行施工時，先前的傳統(tǒng)圖紙在使用時無法充分反應(yīng)系統(tǒng)和個體之間的碰撞關(guān)系。多專業(yè)協(xié)同工作、溝通不充分、時間緊等問題都會導(dǎo)致個體的離散行為充滿了不穩(wěn)定性，這一部分問題是設(shè)計人員非常容易忽略的。因此，采用BIM技術(shù)構(gòu)建建筑工程的三維模型來對這種碰撞進(jìn)行檢查。在監(jiān)測的過程中就可以消除施工中可能出現(xiàn)的軟碰硬或硬碰硬的現(xiàn)象，同時也有利于降低施工錯誤造成的返工率，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計方案。在后期的優(yōu)化施工圖當(dāng)中，建筑員工也可以利用BIM技術(shù)檢查成型的3D模型方案中是否還存在碰撞與問題，從而進(jìn)一步促進(jìn)施工統(tǒng)籌與進(jìn)度的模擬操作，以提高建筑的整體質(zhì)量[3]。

3.4 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的協(xié)調(diào)應(yīng)用

在建筑設(shè)計領(lǐng)域，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠通過數(shù)字信息建立起虛擬模型。該模型中所包含的數(shù)據(jù)可以運用在不同的專業(yè)，比如在建筑、結(jié)構(gòu)、機電以及水暖等領(lǐng)域，并且能夠相互之間統(tǒng)籌交換，這一集成化設(shè)計可以將不同專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計師構(gòu)建的模型中所包含的信息進(jìn)行統(tǒng)一整合，非常有利于與其他團(tuán)隊進(jìn)行數(shù)據(jù)與資源共享，此舉保證了設(shè)計建筑的所有參與者都能夠全方位掌握建筑的信息，并共用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源。這一模式改變了建筑設(shè)計師、施工企業(yè)、制造商、設(shè)備工程師、結(jié)構(gòu)工程師以及業(yè)主等各個參與方的協(xié)同工作模式，保證了每個參與方都能夠使用統(tǒng)一的建筑參數(shù)進(jìn)行工作。比如在建筑設(shè)計當(dāng)中，設(shè)計師要添加構(gòu)件，結(jié)構(gòu)工程師只需將梁、柱和墻等結(jié)構(gòu)的材質(zhì)信息輸入到BIM模型當(dāng)中，之后設(shè)備工程師再根據(jù)模型中心新加的構(gòu)件位置、數(shù)量以及方式等設(shè)置建筑內(nèi)部各類設(shè)備的配置即可，然后再進(jìn)行設(shè)備信息的測試與異常調(diào)試工作，以保證整體的建筑設(shè)計效果。BIM技術(shù)應(yīng)用到不同專業(yè)的設(shè)計當(dāng)中后，將非常有利于各專業(yè)信息共享，不同專業(yè)的工作人員之間的協(xié)作將會更加便利與高效，這會大大提高建筑設(shè)計的水平與后期施工的有序性，為工程的質(zhì)量提供了更進(jìn)一步的保障。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的難點

在當(dāng)前的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，一般都是根據(jù)設(shè)計方案分布結(jié)構(gòu)，同時通過現(xiàn)有的技術(shù)軟件進(jìn)行建模，再在這一基礎(chǔ)上對整體的空間受力情況進(jìn)行分析與變形計算，最后在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計調(diào)整形成CAD結(jié)構(gòu)平法施工圖。建筑的模型信息全部都由設(shè)計師完成，其他專業(yè)則是通過與之關(guān)聯(lián)的物理模型導(dǎo)入結(jié)構(gòu)，最后匯總設(shè)計信息，并且根據(jù)計算來修改設(shè)計，構(gòu)成完整的設(shè)計模型、動態(tài)信息以及施工圖的信息。對結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，建筑的信息模型都是通過施工圖與結(jié)構(gòu)分析將其關(guān)聯(lián)起來的。

因為BIM技術(shù)采用的3D工具軟件需要用到大量的系統(tǒng)參數(shù)以及模塊的參變量，這與2D的創(chuàng)建視圖技術(shù)的差別非常大。而且，BIM工具軟件還需要兼顧到2D技術(shù)的設(shè)計關(guān)聯(lián)性，整個的模塊參變量與系統(tǒng)參數(shù)比之前2D工具軟件中的參數(shù)更加龐大與復(fù)雜。因此一旦數(shù)據(jù)的設(shè)計參數(shù)不合理，或者參數(shù)之間的匹配出現(xiàn)問題，就會帶來很大的麻煩[4]。

在構(gòu)建BIM模型的過程中，結(jié)構(gòu)工程師更加注重如何在物理模型中自動生成平法施工的圖型文檔，可以正確地轉(zhuǎn)化為能夠被結(jié)構(gòu)分析軟件所識別的結(jié)構(gòu)分析模型。其中對安全性能的分析與設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計所要考慮的一個重要環(huán)節(jié)，BIM模型是純粹由數(shù)據(jù)庫信息構(gòu)成的一個模型，理論上可以與結(jié)構(gòu)分析模型兩者間建立起雙向鏈接。

5 結(jié)語

在建筑項目工程當(dāng)中，要想順利完工并且保證工程的質(zhì)量，這當(dāng)中需要大量的專業(yè)知識，并且對施工的時間也有一定的限制，必須要保證在合理的最短工期內(nèi)竣工。而采用CAD技術(shù)無法實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求。但是BIM技術(shù)就能夠在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，節(jié)省大量能源并且對環(huán)境的危害也不大，與此同時，還提高了整個工程的施工效率。但是，目前BIM技術(shù)還不夠成熟，如果設(shè)計人員想要掌握這一技術(shù)，就一定要投入大量的時間與精力，不斷提升自己的專業(yè)水平，加強學(xué)習(xí)。只有全面掌握BIM技術(shù)設(shè)計人員才能夠?qū)⑵潇`活運用到建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計當(dāng)中，使自己的建筑結(jié)構(gòu)方案達(dá)到最優(yōu)，從而提高整體的施工水平與質(zhì)量。

[1]陳慶豐，徐云博，劉繼鵬，胡愈.探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].四川水泥,2015(11)：154.

[2]汪建設(shè).剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用探究[J].門窗,2014(9)：222.

[3]吳繼軍.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用的幾點探討[J].建筑知識,2017(14)：28.

[4]車俊.解析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].建材與裝飾,2017(1)：60.

Application Analysis of BIM Technology in Architectural Design in New Period

LI Yong-bo

(Shandong Jianzhu University Architecture & Urban Planning Design Institute)

Because the construction period of the construction project is generally longer, the factors that affect the construction are also more. Therefore, the architectural design is very important for the whole project. The rationality of architectural design will directly affect the construction safety, construction quality and the stability of use. The application of BIM technology can make architectural design more rational, economical and efficient, so the technology is very important for architectural design.

building structure; design; BIM technology