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

蔡位明

湖南省建筑科學(xué)研究院 湖南 長沙 411101

前言

當(dāng)前階段的建筑施工技術(shù)已經(jīng)相對成熟。隨著科技水平的提高，一些現(xiàn)代化的建筑技術(shù)能夠在建筑工程的設(shè)計和施工過程中極大程度的提高建筑工程的建設(shè)效率和質(zhì)量，并且這些先進(jìn)技術(shù)還能取代一部分人工作業(yè)和體力勞動，有效降低人力成本。BIM技術(shù)是當(dāng)前被廣泛應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)中的一種建筑信息模型軟件，它能夠有效運(yùn)用在建筑領(lǐng)域的各個環(huán)節(jié)當(dāng)中，從設(shè)計、建模、建造過程的開展與實(shí)施，到后期的建成投入使用，全過程都能夠利用BIM軟件及其相關(guān)的技術(shù)完成資料的收集，模型的建立以及建筑過程的安排和演示等。BIM技術(shù)能夠幫助設(shè)計員在建筑建造之前的設(shè)計階段就對建筑的預(yù)期效果和建筑方式做出預(yù)估和判斷，以此全面保證建筑體系的完整性。利用BIM技術(shù)的建筑模型構(gòu)建功能和信息管理功能，能夠讓施工單位更好地掌握建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計方案以及設(shè)計人員的意圖所在，從而有針對性地對建筑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計和優(yōu)化，全面提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。

1 BIM技術(shù)的基本概念與特征

1.1 BIM技術(shù)概述

隨著城市居民數(shù)量的增多，城市化進(jìn)程的加快，人們對建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計方面的要求也越來越高?，F(xiàn)在的建筑工程項(xiàng)目不僅要滿足足夠的穩(wěn)定性和安全性，還要在建設(shè)的過程中充分的站在建筑企業(yè)的角度去考慮，控制好開發(fā)建設(shè)成本，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在建筑工程項(xiàng)目的初期設(shè)計階段，設(shè)計人員需要根據(jù)建筑需求、企業(yè)工程預(yù)算和建筑預(yù)期功能作用等因素，綜合分析后制定出建筑工程的設(shè)計方案。建筑方案當(dāng)中直接影響建設(shè)施工難度和施工技術(shù)的是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，為了讓設(shè)計出的建筑產(chǎn)品具備更佳完備的性能和更加優(yōu)秀的使用感受。在建筑產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面必須經(jīng)歷十分煩瑣的大量建模和計算過程，BIM技術(shù)能夠在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中充分發(fā)揮高科技信息技術(shù)的作用。它能夠建立大型的三維建筑模型模擬平臺，并通過復(fù)雜的建筑工程數(shù)據(jù)收集和管理，讓建筑產(chǎn)品在生產(chǎn)過程之前進(jìn)行最科學(xué)有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計。除了在設(shè)計階段能夠充分發(fā)揮作用外，BIM技術(shù)的生命周期可以延長至整個建筑產(chǎn)品的建設(shè)和使用過程當(dāng)中。在后期的建設(shè)施工等環(huán)節(jié)都能夠運(yùn)用到BIM技術(shù)及其相關(guān)的軟件產(chǎn)品，全面的提高建筑效率，縮短工期，并且顯著的為建筑企業(yè)減少建設(shè)的投入成本，創(chuàng)造更大的企業(yè)效益。此外，BIM技術(shù)能夠更好地幫助企業(yè)進(jìn)行建筑數(shù)據(jù)和建筑環(huán)節(jié)的信息化管理。

1.2 BIM技術(shù)的特征

BIM技術(shù)具有極高的信息集成度。BIM技術(shù)可以將建筑所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)計和整合，并根據(jù)具體的項(xiàng)目實(shí)施方案而進(jìn)行二次規(guī)劃和階段性梳理。根據(jù)原有的數(shù)據(jù)資料顯示，BIM技術(shù)是當(dāng)前在建筑建設(shè)領(lǐng)域和構(gòu)建建筑體系中能夠提供最完整信息構(gòu)建系統(tǒng)的一種技術(shù)。專業(yè)資料和數(shù)據(jù)的豐富程度將直接決定BIM技術(shù)能夠在建筑模型構(gòu)建上的準(zhǔn)確度和細(xì)節(jié)豐富程度。

BIM技術(shù)是一種協(xié)同設(shè)計技術(shù)。為了滿足建筑使用者和業(yè)主的需求，在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段需要根據(jù)有價值的信息來進(jìn)行建筑構(gòu)件和建筑模型的理論性分析。這一過程不僅需要BIM技術(shù)，還要依靠一些現(xiàn)有的相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)規(guī)則和理論知識基礎(chǔ)，還需要設(shè)計團(tuán)隊(duì)之間加強(qiáng)溝通協(xié)作，共同為技術(shù)使用中存在的不足和缺陷進(jìn)行補(bǔ)充，共同促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)質(zhì)化?？梢哉f，BIM技術(shù)對設(shè)計團(tuán)隊(duì)間的工作協(xié)調(diào)性有著較高要求。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工作的傳遞。利用建筑信息構(gòu)建系統(tǒng)能夠?qū)⒔ㄖこ趟枰墓ぷ鲾?shù)據(jù)以信息化的形式在系統(tǒng)之間進(jìn)行傳遞。在這一過程中，不需要傳統(tǒng)工作傳遞過程中的圖紙、表格的任務(wù)交接等復(fù)雜的形式，在BIM技術(shù)構(gòu)建的平臺上直接可以進(jìn)行傳遞，這樣不僅能夠節(jié)省工程師的設(shè)計時間，也為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了更好的信息獲取渠道，多個設(shè)計師可以共享同一個建筑模型[1]。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用存在的問題

2.1 使用成本高，投入成本大

應(yīng)用BIM技術(shù)需要強(qiáng)大的資金進(jìn)行支持，不僅需要建筑企業(yè)投入大量的資金，對相關(guān)操作人員的專業(yè)技能與個人素養(yǎng)也提出了更高要求，因此，對相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)仍需要花費(fèi)大量的資金。同時，還需要購置必需的機(jī)械設(shè)備，還需對使用的信息技術(shù)與相關(guān)軟件進(jìn)行更新，這些都需要大量的資金支持。

BIM技術(shù)計價項(xiàng)目主要包括交通工程、地下綜合管廊工程以及建筑施工等，建設(shè)單位以BIM技術(shù)為應(yīng)用核心，根據(jù)工程項(xiàng)目的復(fù)雜程度以及應(yīng)用范圍，計取BIM技術(shù)應(yīng)用的費(fèi)用，計入工程建設(shè)成本。根據(jù)我國相關(guān)部門調(diào)查分析可以知道每年使用BIM技術(shù)的費(fèi)用呈現(xiàn)上升趨勢，與不使用BIM技術(shù)相比較，建設(shè)單位使用BIM技術(shù)所獲得的經(jīng)濟(jì)效益會增加很多，從側(cè)面說明BIM技術(shù)給企業(yè)創(chuàng)造更多的利益。但其投入成本客觀而言也非常大。每年對相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)需要花費(fèi)大量的資金，同時還需要購置必需的機(jī)械設(shè)備，還需對使用的信息技術(shù)與相關(guān)軟件進(jìn)行更新。這些都是使用BIM技術(shù)所帶來的成本。據(jù)調(diào)查顯示，使用BIM技術(shù)的成本約占整個建筑資金的50%，所以需要大量的資金才可保證BIM技術(shù)的有效應(yīng)用。

2.2 缺乏完善的標(biāo)準(zhǔn)體系

現(xiàn)階段，在我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中對BIM技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用尚處在初期階段。BIM技術(shù)是近年來隨著科技的不斷發(fā)展而涌現(xiàn)出來的一項(xiàng)新型技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)囊括了動態(tài)的數(shù)據(jù)庫信息。通過科學(xué)合理地控制與調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)，其實(shí)際上就是通過對計算機(jī)進(jìn)行利用來為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行輔助的技術(shù)，與建筑工程信息數(shù)據(jù)相結(jié)合來建立的一個信息化、系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)模型。

由于我國建筑行業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比起步較晚，還處于摸索期，對BIM技術(shù)的理論研究還是實(shí)踐研究都還不夠成熟，我國對BIM技術(shù)的使用還沒有建立全面的標(biāo)準(zhǔn)體系，設(shè)計規(guī)范要求還不夠成熟。BIM技術(shù)需要對各專業(yè)間進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，將各種信息有效傳遞，在建筑行業(yè)中的實(shí)踐應(yīng)用仍需要一定的時間，我國需要在實(shí)踐應(yīng)用中逐漸完善相關(guān)規(guī)范體系與要求，為保證BIM技術(shù)更好地發(fā)揮其優(yōu)勢提供制度支撐[2]。

3 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可視化

利用BIM技術(shù)能夠在計算機(jī)繪圖功能的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)建筑設(shè)計圖紙的平面結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)化為立體的三維模型，能夠更加直觀地展示建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的細(xì)節(jié)內(nèi)容。為客戶和施工人員提供更加直觀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案和內(nèi)容的展示，BIM技術(shù)的三維實(shí)體模型是CAD等傳統(tǒng)平面繪圖軟件所難以實(shí)現(xiàn)的。它能對建筑各部分細(xì)節(jié)的構(gòu)建信息和整體的功能布局規(guī)劃給出更加直觀的展示。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

利用BIM技術(shù)能方便地在相應(yīng)的軟件和計算機(jī)內(nèi)對已經(jīng)完成建模的建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行實(shí)時的參數(shù)修改和調(diào)整。不同于傳統(tǒng)圖紙上改動一個參數(shù)，就需要全局重新計算的方式，設(shè)計人員可以在BIM系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，通過相關(guān)聯(lián)的函數(shù)來自動計算多個關(guān)聯(lián)參數(shù)的變化情況，從而構(gòu)建一個新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。這種便利的操作和設(shè)計方式不再需要依靠設(shè)計圖紙和反復(fù)的演算，通過參數(shù)的實(shí)時更新就能快速得出建筑的三維結(jié)構(gòu)模型。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)建模

在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中經(jīng)常會遇到一些具有較大跨度建筑主要構(gòu)件的設(shè)計內(nèi)容。這些建筑的主要構(gòu)建模式往往是以鋼結(jié)構(gòu)為主，其中包含的大量零部件都需要對它們之間彼此的銜接和裝配關(guān)系進(jìn)行建模和分析。對鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和規(guī)劃不僅是簡單的機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)問題，還需要考慮到梁柱間銜接的應(yīng)力參數(shù)等方面的因素。為了全面的保證各零部件之間的參數(shù)化，可以利用BIM系統(tǒng)進(jìn)行高效的參數(shù)管理和統(tǒng)計，設(shè)計人員只需要根據(jù)系統(tǒng)中輸入的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行連接的模擬和試驗(yàn)，就能夠畫出滿足建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，且最接近理想情況的鋼結(jié)構(gòu)模型[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段，在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中對BIM技術(shù)的應(yīng)用尚處在初期的階段，其在日后的發(fā)展過程中還有極大的發(fā)展與提升的空間。所以，在建筑領(lǐng)域中，有關(guān)設(shè)計人員在對BIM技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用期間，必須要深入地認(rèn)識與了解BIM技術(shù)，防止因應(yīng)用不當(dāng)而造成建筑工程成本及工期的提升與延長。倘若我國的BIM技術(shù)與建筑工程項(xiàng)目難以真正的結(jié)合在一起，相關(guān)單位就需要組織相關(guān)的培訓(xùn)，是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計人員能夠?qū)IM技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化的學(xué)習(xí)，從而使其能夠更好地應(yīng)用在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，促進(jìn)建筑領(lǐng)域的持續(xù)健康發(fā)展。