建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐分析與研究

孟凡濤

濟(jì)寧市建筑設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)寧 272001

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程項(xiàng)目的規(guī)模愈加龐大、工藝愈加復(fù)雜，一旦設(shè)計(jì)方案修改，即使很小的變動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，設(shè)計(jì)人員的壓力陡增，大量的圖紙需要重新繪制，而土建、設(shè)備等專業(yè)之間是存在約束條件的，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息的錯(cuò)誤、遺漏、矛盾（建筑行業(yè)中常提為“錯(cuò)、漏、碰、缺”）。人力、物力與時(shí)間成本的損失不可避免[1]。美國(guó)人 Charles Eastman在1975年提出了BIM概念，當(dāng)時(shí)僅僅是提出了構(gòu)建虛擬系統(tǒng)模型，并以此自動(dòng)生成剖視圖和平面圖，通過(guò)在系統(tǒng)模型中增加材料等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)模擬分析。在實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中采用這種方法實(shí)用性很強(qiáng)，虛擬數(shù)據(jù)模型也可以為建筑各種相關(guān)分析提供幫助，BIM被不斷賦予了更多技術(shù)方法[2]。BIM技術(shù)是一項(xiàng)以數(shù)據(jù)為依托，充分融合現(xiàn)代化信息技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的綜合性技術(shù)，借助三維仿真模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)建筑的定量、精確刻畫(huà)與展示，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供直觀、便捷、可操作的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三維虛擬場(chǎng)景與環(huán)境，極大地簡(jiǎn)化了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與修改的工序與工作量，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與可靠性[3]。

1 BIM技術(shù)及其應(yīng)用特征

BIM技術(shù)以信息化手段與技術(shù)為支撐，首先將建筑設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)建筑數(shù)據(jù)的信息化存儲(chǔ)、關(guān)聯(lián)與共享，再以建筑構(gòu)件作為基本組件，基于數(shù)據(jù)庫(kù)中的建筑相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)基本組件的立體組合，在建筑信息以及BIM建模技術(shù)的支撐下實(shí)現(xiàn)建筑三維仿真建模與可視化表達(dá)，改變了傳統(tǒng)建筑軟件以二維成圖為主，以三維建模為輔、三維僅僅用于展示與可視化的應(yīng)用現(xiàn)狀，其以逼真的立體建筑構(gòu)件，如柱子、臺(tái)階、梁、樓板等作為基本單元，而非傳統(tǒng)二維建筑軟件中的點(diǎn)、線、面或者傳統(tǒng)三維建筑軟件中的規(guī)則性圓柱、圓錐、立方體等，這種建模理念的突破極大地簡(jiǎn)化了建筑設(shè)計(jì)人員的工序，豐富了建筑設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)想象力，通過(guò)以逼近實(shí)物的三維建模場(chǎng)景為設(shè)計(jì)工作者營(yíng)造出近乎真實(shí)、極富質(zhì)感的設(shè)計(jì)環(huán)境，設(shè)計(jì)人員可以基于自身的專業(yè)知識(shí)與對(duì)BIM軟件操作的熟練程度，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，在BIM技術(shù)的支撐下實(shí)現(xiàn)“所畫(huà)即所得、所觀即真實(shí)”的建筑設(shè)計(jì)[4]。

2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要功能

2.1 集成化、組件式功能

BIM技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的建筑軟件，其最大的不同在于三維組件式建模，通過(guò)以逼近真實(shí)地物的基本單元作為基礎(chǔ)性建筑構(gòu)件，可以實(shí)現(xiàn)立體建筑構(gòu)件的拼接、疊放、鑲嵌等直觀可視化操作，使不同類型的建筑構(gòu)件形成高度的集成與融合，準(zhǔn)確刻畫(huà)與表達(dá)出真實(shí)建筑構(gòu)件之間的空間關(guān)系與組合關(guān)系[5]。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)基本構(gòu)件單元進(jìn)行排列、組合，可以較為簡(jiǎn)易且便捷地搭建建筑的整體結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)自動(dòng)化檢測(cè)后，設(shè)計(jì)人員可對(duì)檢測(cè)結(jié)果中存在的不合理立體構(gòu)件設(shè)計(jì)與建筑相關(guān)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整與修改，降低建筑設(shè)計(jì)不合理帶來(lái)的建筑工程風(fēng)險(xiǎn)性與住宅用戶的舒適度。

2.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、可編輯

BIM技術(shù)的核心理念與核心內(nèi)容是數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，通過(guò)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的建筑數(shù)據(jù)與建筑結(jié)構(gòu)三維立體模型組件進(jìn)行關(guān)聯(lián)與對(duì)應(yīng)，可以便捷的將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)的建筑架構(gòu)、基本單元構(gòu)件以及其之間的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系等均存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)設(shè)計(jì)人員更改或調(diào)整現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案時(shí)，三維立體模型可以以可視化表達(dá)的形式直觀地向設(shè)計(jì)人員實(shí)時(shí)展示調(diào)整效果，相應(yīng)的，后臺(tái)建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)、結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)關(guān)系等也會(huì)自適應(yīng)的發(fā)生更新，保持三維立體模型與數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性與一致性，充分保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的有效性與高效性[6]。

2.3 信息高度共享機(jī)制

信息高度共享機(jī)制是BIM技術(shù)中的顯著優(yōu)勢(shì)，以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托的BIM技術(shù)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與訪問(wèn)權(quán)限管理，不同的作業(yè)人員可以根據(jù)其訪問(wèn)權(quán)限共享并獲得相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，例如，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員而言，通過(guò)對(duì)同一建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，可以極大地調(diào)動(dòng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的力量共同完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作品[7]。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 結(jié)構(gòu)化建模與可視化

基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)立體構(gòu)件與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)人員可以在結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐下構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的形體，以大跨度建筑物中的常見(jiàn)的鋼結(jié)構(gòu)為例，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)涉及到梁、柱、鉸等基本構(gòu)件單元，并將這些單元進(jìn)行參數(shù)化與有效地組合連接，實(shí)現(xiàn)不同構(gòu)件的有機(jī)集成，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以基于BIM技術(shù)構(gòu)建建筑三維實(shí)體模型，并直觀觀察建筑構(gòu)件，分析建筑結(jié)構(gòu)的功能布局，以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的形態(tài)、尺寸等形成清晰的認(rèn)識(shí)與把握。

3.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量

建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量關(guān)系到建筑工程施工的質(zhì)量以及工程竣工后住戶居住的安全性與舒適度，因此，對(duì)設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行可行性、合理性檢測(cè)具有重要的工程意義。傳統(tǒng)的基于CAD等建筑軟件設(shè)計(jì)的二維平面建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖缺乏立體性，單單從二維平面圖、側(cè)視圖、俯視圖等方面設(shè)計(jì)人員無(wú)法直觀地判斷出建筑結(jié)構(gòu)中個(gè)體與個(gè)體、個(gè)體與整體的碰撞性，極易忽略模型的碰撞問(wèn)題，導(dǎo)致在后期建筑工程施工過(guò)程需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，影響工程施工進(jìn)度，更有甚至?xí){到建筑工程的施工質(zhì)量。BIM技術(shù)為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案提供了直觀立體的可視化呈現(xiàn)效果，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)三維立體設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位瀏覽，消除建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的碰撞問(wèn)題，同時(shí)，BIM技術(shù)中的自動(dòng)化檢測(cè)工具可以通過(guò)預(yù)先設(shè)置的規(guī)則自動(dòng)檢測(cè)建筑結(jié)構(gòu)之間的不合理、不合規(guī)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員可以以此為參考對(duì)設(shè)計(jì)方案加以調(diào)整優(yōu)化。

3.3 協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多基于建筑軟件進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)作業(yè)，然后在由團(tuán)隊(duì)進(jìn)行協(xié)商與分析，再由負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)師單獨(dú)對(duì)設(shè)計(jì)方案中的不足進(jìn)行調(diào)整與修改，這樣的設(shè)計(jì)模式無(wú)法發(fā)揮設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的力量與協(xié)同工作能力，難以保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性?；贐IS技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠高度參與到同一設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)三維模型的展示與動(dòng)態(tài)演示，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中的所有人員均能夠根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)的分配，設(shè)計(jì)師可以就其所給定的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行立體構(gòu)件的新增、刪除、修改以及內(nèi)部設(shè)備的配置，最后再通過(guò)集成化手段將不同設(shè)計(jì)師所設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行有效匯總與整合，保障設(shè)計(jì)工作的正常有序開(kāi)展，極大地提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作效率。

3.4 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)交底

設(shè)計(jì)交底是設(shè)計(jì)結(jié)束階段與施工準(zhǔn)備階段的過(guò)渡環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)，建筑設(shè)計(jì)單位需要將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等詳細(xì)設(shè)計(jì)資料提交給建筑工程的施工單位，施工單位需要領(lǐng)取相應(yīng)的施工圖紙，同時(shí)要負(fù)責(zé)對(duì)圖紙和資料進(jìn)行完整性檢查，保證所拿到的資料是齊全的。同時(shí)施工單位需要組織專門的人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，在工程類圖紙?jiān)O(shè)計(jì)交底階段，所有參與設(shè)計(jì)圖紙的單位需要協(xié)同剖析并處理專業(yè)圖紙之間的矛盾與不解之處，針對(duì)存在矛盾的地方可以充分利用本次機(jī)會(huì)加強(qiáng)溝通，針對(duì)標(biāo)注有遺漏的地方需要落實(shí)到具體的單位予以補(bǔ)充修繕，如果圖紙中的內(nèi)容有矛盾和錯(cuò)誤，需要及時(shí)提出并洽談修改?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)交底過(guò)程與工序相對(duì)繁雜，不利于建筑工程的進(jìn)一步開(kāi)展。BIM技術(shù)為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的共享、協(xié)同、調(diào)整提供了非常便捷的平臺(tái)，設(shè)計(jì)交底階段不同的單位，如施工單位、設(shè)計(jì)單位、工程負(fù)責(zé)單位等可以借助BIM技術(shù)的共享性對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三維立體方案進(jìn)行直觀瀏覽，針對(duì)存在疑惑的部分多方可進(jìn)行在線實(shí)時(shí)調(diào)整，以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)極大地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)交底的流程。

4 結(jié)語(yǔ)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)所具有的集成化、可編輯、高度共享功能與機(jī)制可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者的工作效率與工作質(zhì)量，其極具鮮明的核心優(yōu)勢(shì)使得其在一眾建筑軟件中脫穎而出，成為未來(lái)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流產(chǎn)品與主流技術(shù)。

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