建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用探析

何坤飛

（貴州省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 貴州貴陽 550007）

1 引言

在現(xiàn)階段，由于BIM（建筑信息模型）技術(shù)和理念的發(fā)展，BIM軟件產(chǎn)品不斷得到改進(jìn)，BIM技術(shù)在近期已被廣泛應(yīng)用于中國的建筑工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營等領(lǐng)域。BIM技術(shù)可以在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)不同的專業(yè)和部門之間的數(shù)據(jù)共享，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)工程師、建筑師、設(shè)計(jì)師和用戶共享和使用相同的數(shù)字設(shè)計(jì)信息，促進(jìn)溝通?；贐IM技術(shù)而形成的視覺數(shù)字模型可以有效幫助用戶對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和分析，使施工單位可以加深對(duì)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念和施工目標(biāo)的理解，也有助于提高建筑產(chǎn)品的整體質(zhì)量和生產(chǎn)效率設(shè)計(jì)。

2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 BIM技術(shù)

隨著社會(huì)生活需求的不斷增加，建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，建筑的形式也更加豐富，建筑工程項(xiàng)目涉及的信息量也在迅速增加。在建筑施工過程中，如果能夠及時(shí)對(duì)有效信息進(jìn)行收集并合理利用，不僅可以節(jié)省建筑項(xiàng)目的成本，縮短建筑工程的持續(xù)時(shí)間，還可以提高建筑工程的質(zhì)量和安全，避免安全事故的發(fā)生。因此，信息技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用是非常有必要的。在施工項(xiàng)目中，如何科學(xué)有效地對(duì)各類信息進(jìn)行甄選，并利用這些信息合理控制工程造價(jià)和施工期限，減少建筑工程項(xiàng)目施工過程中的誤差，是當(dāng)前重點(diǎn)關(guān)注的難點(diǎn)和重點(diǎn)。建筑設(shè)計(jì)作為建筑施工的基礎(chǔ)和前提，也是BIM技術(shù)的重點(diǎn)?；贐IM技術(shù)進(jìn)行信息分析，可以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)從二維到三維的轉(zhuǎn)換。

2.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)分析

2.2.1可視化

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)一般是通過紙質(zhì)或計(jì)算機(jī)軟件繪圖完成的，在建筑工程階段為施工方提供相應(yīng)的建筑尺寸規(guī)格和建筑效果圖。但是，這些設(shè)計(jì)圖基本上都是二維的線條圖，并不能真正展現(xiàn)架構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)，無法體現(xiàn)建筑工程設(shè)計(jì)的具體效果。BIM技術(shù)可以直觀地展示出建筑工程師的設(shè)計(jì)理念以及相關(guān)建筑模型的立體結(jié)構(gòu)，供建筑公司施工人員進(jìn)行內(nèi)部溝通。

2.2.2 協(xié)調(diào)性

為了方便建筑工程項(xiàng)目的施工，在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，有必要對(duì)不同設(shè)計(jì)部門的專業(yè)人員進(jìn)行協(xié)調(diào)和溝通，并在部門內(nèi)部形成標(biāo)準(zhǔn)文件，指導(dǎo)施工的準(zhǔn)確進(jìn)行。BIM技術(shù)可以在建筑物內(nèi)部空間的設(shè)置階段發(fā)揮協(xié)調(diào)作用。如建筑內(nèi)部消防系統(tǒng)的布局、水管的鋪設(shè)、布線布局和樓梯間布局等。

2.2.3 模擬性

BIM技術(shù)可以模擬真實(shí)的建筑物來構(gòu)建立體的工程模型，建筑模型對(duì)建筑設(shè)計(jì)和施工具有重要的參考意義。例如，在計(jì)算建筑材料的承載力和材料比例時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)計(jì)算的比例值有時(shí)并不符合建筑工程的實(shí)際比例。通過BIM技術(shù)，將數(shù)據(jù)計(jì)劃輸入到數(shù)字仿真系統(tǒng)中，以模擬不同材料構(gòu)成的建筑結(jié)構(gòu)的承載力。最后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)模擬數(shù)值自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)圖表，幫助設(shè)計(jì)師找到最佳比例點(diǎn)。

3 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可視化

BIM技術(shù)是運(yùn)用三維模型技術(shù)的現(xiàn)代工程建筑領(lǐng)域的新興技術(shù)。它可以使用三維立體模型技術(shù)向用戶展示真實(shí)的建筑組件。由于傳統(tǒng)的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于CAD軟件進(jìn)行描繪的，這種方法難以向普通用戶展示建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的詳細(xì)信息，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期的BIM技術(shù)有助于各級(jí)用戶通過建筑結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型來直觀了解并獲得建筑構(gòu)件的有效信息，對(duì)功能布局有準(zhǔn)確的理解和認(rèn)識(shí)。BIM技術(shù)可用于許多大型建筑工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以動(dòng)態(tài)的方式演示整體結(jié)構(gòu)，并幫助用戶從直觀的角度觀察建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)，從而幫助設(shè)計(jì)單位選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的質(zhì)量缺陷和設(shè)計(jì)缺陷問題，對(duì)于進(jìn)一步改善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程質(zhì)量具有重要的參考意義。

3.2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

在構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)信息模型時(shí)，將會(huì)形成一個(gè)包含所有建筑工程設(shè)計(jì)思路和信息的數(shù)據(jù)庫，庫中所有的與建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)都是相互關(guān)聯(lián)的。相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以使用數(shù)據(jù)庫中的信息來構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)，并且在設(shè)計(jì)過程中限制不同的參數(shù)，以確保BIM系統(tǒng)可以在建筑設(shè)計(jì)中及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新。BIM技術(shù)具有較多優(yōu)點(diǎn)，在建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)安全、質(zhì)量、可靠的工程設(shè)計(jì)，對(duì)于改善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)字信息化發(fā)展具有重要的意義。

3.3 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建模中的具體應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)的建模設(shè)計(jì)在建筑過程中至關(guān)重要，在現(xiàn)階段已經(jīng)成為大跨度橋類建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。在建模過程中，往往需要解決結(jié)構(gòu)鏈接和加強(qiáng)件布置等方面的困難，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要涉及梁柱連接、梁剛接以及梁鉸接等連接方式，因此在建筑工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要依據(jù)梁的高度來對(duì)每部分的連接件進(jìn)行優(yōu)化和參數(shù)化。在應(yīng)用程序中，BIM系統(tǒng)可以使用參數(shù)共享來控制螺栓的數(shù)量和間距，設(shè)計(jì)人員只需調(diào)整參數(shù)即可形成新的連接器。在設(shè)計(jì)增強(qiáng)材料和連接件時(shí)，設(shè)計(jì)人員只需要畫一個(gè)大樣本，在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中技術(shù)人員只需參考相應(yīng)位置的設(shè)計(jì)，就可以確定增強(qiáng)件和連接件的確切位置。BIM系統(tǒng)的模擬功能對(duì)進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工效率具有重要作用。

4 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)

BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的思路旨在將建筑結(jié)構(gòu)三維模型發(fā)送到結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行分析和計(jì)算，反饋設(shè)計(jì)信息。同時(shí)，可達(dá)到動(dòng)態(tài)更新建筑圖紙和建筑結(jié)構(gòu)模型，可有效將結(jié)構(gòu)分析和施工圖紙進(jìn)行統(tǒng)一。施工人員應(yīng)該注意模型內(nèi)部空間的真實(shí)性以及建立BIM模型時(shí)物理模型是否可以根據(jù)收集的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成施工圖紙。由于建筑材料、荷載和單元的機(jī)械特性等各個(gè)因素的綜合影響，建筑工程的安全性是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組成部分。由于橫截面特性等結(jié)構(gòu)因素的影響，設(shè)計(jì)師在構(gòu)建BIM模型時(shí)會(huì)面臨各種參數(shù)復(fù)雜化的難點(diǎn)。理論上，BIM模型作為一個(gè)完整的數(shù)據(jù)模型，其物理模型、結(jié)構(gòu)分析模型和施工圖文檔等完全可以實(shí)現(xiàn)雙向無縫連接。但在實(shí)際施工過程中，只有BIM物理模型采用相對(duì)比較簡單或符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)組件才能實(shí)現(xiàn)雙向無縫連接。如果建筑物的結(jié)構(gòu)部件更加復(fù)雜，在進(jìn)行鏈接結(jié)構(gòu)模型分析時(shí)很容易丟失大量數(shù)據(jù)。因此，在使用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，達(dá)到物理模型與結(jié)構(gòu)分析模型之間的雙向無縫連接是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

5 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的未來發(fā)展

與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)模型相比，BIM技術(shù)可有效利用計(jì)算機(jī)信息模擬技術(shù)，通過建立數(shù)字模型來進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造以及建筑結(jié)構(gòu)的運(yùn)營管理，同時(shí)通過模擬仿真建立三維立體建筑模型，建筑師可以根據(jù)模型設(shè)計(jì)方案來快速檢查建筑物結(jié)構(gòu)框架中的所有信息和數(shù)據(jù)，以糾正和改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，確保建筑工程設(shè)計(jì)方案符合施工標(biāo)準(zhǔn)，并避免建筑物安全事故的發(fā)生。BIM技術(shù)可幫助企業(yè)有效降低建筑和運(yùn)營成本，有效推動(dòng)我國建筑結(jié)構(gòu)行業(yè)與的快速發(fā)展。

6 結(jié)束語

總而言之，BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中對(duì)于進(jìn)一步提高建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率具有重要意義，可以幫助建筑公司有效降低建筑產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等方面的成本。盡管BIM的基本功能技術(shù)可以滿足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的需要，但BIM技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)師的整體素質(zhì)也提出了更高的要求。

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