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

萬(wàn)雪飛

（江西 南昌 330000）

引言

信息化浪潮的逐步推進(jìn)，讓傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)模式受到了巨大的技術(shù)沖擊，帶來(lái)了歷史性的改革局面。對(duì)于建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，控制項(xiàng)目成本，提升工程質(zhì)量成為了求中的關(guān)鍵內(nèi)容。BIM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)下可以將設(shè)計(jì)過(guò)程變得透明化、可視化，讓設(shè)計(jì)理念更好地通過(guò)三維模型進(jìn)行展示，這也是未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模

計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展讓設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)得到了技術(shù)改進(jìn)，基于CAD等軟件的平面設(shè)計(jì)方案也開始投入使用。但是該方案下，只能基于平面的點(diǎn)、線、面展示設(shè)計(jì)信息，并沒有在設(shè)計(jì)方式上進(jìn)行改進(jìn)。BIM技術(shù)的發(fā)展之下，設(shè)計(jì)模式也逐漸地產(chǎn)生變革，以建筑信息模型為基礎(chǔ)的技術(shù)運(yùn)用逐漸成為了主流趨勢(shì)，力圖與國(guó)際技術(shù)接軌。

1.1 模型分類

工程項(xiàng)目在實(shí)施的環(huán)節(jié)當(dāng)中，建筑信息模型也會(huì)隨時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)變，信息內(nèi)容也會(huì)變得更加豐富。一般情況下模型類型包括體量模型、設(shè)計(jì)模型、施工模型與運(yùn)維模型。當(dāng)項(xiàng)目從某個(gè)階段過(guò)渡到下一個(gè)階段時(shí)，模型的精度與技術(shù)要求也會(huì)隨之提升，在不同階段，BIM技術(shù)所發(fā)揮的作用與職責(zé)也有明確規(guī)定[1]。當(dāng)更多的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)能夠在組件中得以戰(zhàn)士，模型所包含的信息量也會(huì)之間增加。

1.2 模型構(gòu)建

一般情況下，利用Revit軟件平臺(tái)來(lái)建立BIM模型，結(jié)構(gòu)工程師也可以直接根據(jù)結(jié)構(gòu)模型來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)完畢之后并不能夠與其它模型進(jìn)行良好溝通。在BIM技術(shù)條件之下，可以通過(guò)兩種模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種是在BIM建模軟件之中建立綜合模型，包括建筑模塊、能耗模塊等；另一種則是分類建立專業(yè)模型，使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)將專業(yè)模型整合在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，保障信息交流過(guò)程中的穩(wěn)定性。

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

通常情況下建筑設(shè)計(jì)階段分為方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)與施工圖設(shè)計(jì)幾個(gè)不同的階段，設(shè)計(jì)流程相對(duì)清晰，專業(yè)之間的合作效率也能有所保障，對(duì)于設(shè)計(jì)周期可以進(jìn)行更好地把控。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)之間的差異較大，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加注重建筑本身的性能要求與材料利用，而不是單純地對(duì)外觀與空間進(jìn)行安排。換言之，分析模型中的構(gòu)件已經(jīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，BIM的應(yīng)用也讓傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

首先，技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)了數(shù)據(jù)傳輸模式的轉(zhuǎn)變，解決了設(shè)計(jì)過(guò)程中的專業(yè)設(shè)計(jì)沖突，使得專業(yè)之間更加協(xié)調(diào)，能夠帶給設(shè)計(jì)師更加直觀清晰的感受。而工作流程的改進(jìn)與優(yōu)化也是BIM技術(shù)帶來(lái)的結(jié)果，工作任務(wù)前置，可以進(jìn)行相關(guān)性能的檢測(cè)和分析，才能在方案設(shè)計(jì)階段切實(shí)保障設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升[2]。從具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看，可以圍繞不同階段的工作需求展開分析。

2.1 方案設(shè)計(jì)

在方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，BIM技術(shù)介入痕跡更加顯著，數(shù)據(jù)交換與工作流程都發(fā)生了顯著的改變。從模型的基礎(chǔ)性質(zhì)來(lái)看，它是一個(gè)相對(duì)完整的工程數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在方案設(shè)計(jì)階段就開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，建立專業(yè)的信息模型，并且將信息提交至后續(xù)的審核過(guò)程中。數(shù)據(jù)交換還可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行協(xié)調(diào)和反饋，從而讓數(shù)據(jù)交換更加頻繁有效。

2.2 初步設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)是在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行的優(yōu)化和處理，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式與水電供暖方面的要求進(jìn)行進(jìn)一步整理和修改，讓設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)。換言之，初步設(shè)計(jì)是對(duì)項(xiàng)目可行性與經(jīng)濟(jì)性展開的研究牛，包括對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與技術(shù)工藝問(wèn)題探究等多個(gè)方面的內(nèi)容，然后提前地協(xié)調(diào)好專業(yè)間的技術(shù)沖突問(wèn)題，確定最終的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在BIM技術(shù)初步設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以Revit為例，可以分為不同的技術(shù)步驟。

首先是BIM建筑結(jié)構(gòu)模型的載入，在模型基礎(chǔ)上形成結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合軟件的可視化特點(diǎn)，以導(dǎo)入、鏈接等方式將模型載入至結(jié)構(gòu)項(xiàng)目當(dāng)中，建立符合實(shí)際工作需求的項(xiàng)目樣板，也可以對(duì)圖元詳細(xì)程度進(jìn)行規(guī)劃，滿足項(xiàng)目需求的前提。此外，雖然建筑物可以通過(guò)三維形體進(jìn)行展示，在結(jié)構(gòu)布置方案上仍然在平面視圖截面進(jìn)行繪制。所以，后續(xù)的工作中應(yīng)考慮到平面視圖與三維形體之間的數(shù)據(jù)差異，即某一視圖內(nèi)部的參數(shù)發(fā)生改變，則其它參數(shù)也會(huì)同時(shí)出現(xiàn)改變。結(jié)構(gòu)工程師們便可以按照設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，包括梁板、基礎(chǔ)等，參考建筑模型進(jìn)行設(shè)計(jì)也能大幅降低模型與結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能產(chǎn)生的沖突。在BIM平臺(tái)設(shè)計(jì)前也能通過(guò)碰撞檢測(cè)工具檢查模型，然后根據(jù)結(jié)果判斷是否要修改沖突區(qū)域。從技術(shù)重點(diǎn)來(lái)看，無(wú)信息丟失的數(shù)據(jù)交換是BIM技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)，且BIM核心建模軟件中的模型修改工作也能避免重復(fù)建模工作的展開，進(jìn)一步保障工作效率[3]。

2.3 施工圖設(shè)計(jì)

施工圖設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵階段，直接影響到施工的正常開展。一般情況下，施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝選擇、材料配備、設(shè)計(jì)總說(shuō)明與圖紙使用等，為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與配件裝備提供技術(shù)依據(jù)。在BIM正式投入應(yīng)用之后，施工圖設(shè)計(jì)工作也進(jìn)行了前置，也讓很多其它工作也進(jìn)行了前置，相對(duì)來(lái)說(shuō)減輕了施工圖繪制過(guò)程中的工作量。在BIM核心建模軟件的使用過(guò)程中，需要進(jìn)行細(xì)節(jié)處理與深化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)針對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)圖紙規(guī)劃。

從工作流程的角度分析，BIM技術(shù)應(yīng)用弱化了傳統(tǒng)流程中的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，增加了二維視圖的生成環(huán)節(jié)，不同專業(yè)之間可以隨時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為實(shí)際的工程施工提供參考。另外，工作效率的提升顯而易見，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)分析優(yōu)化提供保障，重點(diǎn)針對(duì)某些錯(cuò)誤之處進(jìn)行改進(jìn)，在設(shè)計(jì)效率上也符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。例如在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，建筑專業(yè)交付給結(jié)構(gòu)專業(yè)的材料只有通過(guò)CAD軟件繪制的平面圖紙，而目前的技術(shù)水平下，圖紙利用率得到了有效保障，且施工圖紙產(chǎn)生變動(dòng)時(shí)也不需要重新繪制施工圖，因?yàn)閳D紙通過(guò)三維模型自動(dòng)生成，與平面之間保持相互聯(lián)系的關(guān)系[4]。

2.4 結(jié)構(gòu)模型整體要求

在實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)當(dāng)中，當(dāng)結(jié)構(gòu)專業(yè)完成結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)之后，可以將結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)交給其它專業(yè)，此時(shí)需要按照一定的技術(shù)要求。例如在方案設(shè)計(jì)的初步階段，就需要明確結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置的要求，在框架柱、框架梁與剪力墻的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)更好地進(jìn)行相關(guān)布置。此外在初步設(shè)計(jì)階段，能夠?qū)A(chǔ)結(jié)構(gòu)類型、尺寸、伸縮縫、標(biāo)準(zhǔn)層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理規(guī)劃，對(duì)于某些特殊結(jié)構(gòu)部位的構(gòu)造也應(yīng)該符合技術(shù)要點(diǎn)。施工圖的設(shè)計(jì)階段，基礎(chǔ)部門、屋面支撐系統(tǒng)、樓梯結(jié)構(gòu)、其它特種結(jié)構(gòu)，如煙道、擋土墻等都應(yīng)該進(jìn)行技術(shù)要求。現(xiàn)階段BIM核心建模軟件中對(duì)于項(xiàng)目硬件要求較高，實(shí)際工程中可根據(jù)要求來(lái)決定是否要進(jìn)行部分項(xiàng)目的建模工作，配合模型精度要求進(jìn)行使用。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用展開了相應(yīng)的分析，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程的規(guī)劃工作，可以避免企業(yè)在應(yīng)用技術(shù)的過(guò)程中出現(xiàn)相關(guān)的問(wèn)題，保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的有效性與穩(wěn)定性，也為工程應(yīng)用提供實(shí)際的依據(jù)，說(shuō)明BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中具有實(shí)際應(yīng)用的前景。在未來(lái)的研究當(dāng)中，還可以針對(duì)信息交流、軟件結(jié)構(gòu)、軟件體系等方面展開技術(shù)規(guī)劃，確保BIM技術(shù)的全生命周期應(yīng)用，探索新技術(shù)應(yīng)用的道路。