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

段 陽(yáng) 萍

(容海川城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030027)

近年來(lái)，復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)形式逐步增多，建筑業(yè)的設(shè)計(jì)模式受到了巨大的沖擊。但是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，信息化對(duì)建筑業(yè)帶來(lái)了革命性的影響。BIM作為當(dāng)前建筑行業(yè)最新興的技術(shù)之一，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上捉襟見(jiàn)肘時(shí)，將整個(gè)設(shè)計(jì)理念更加完整地通過(guò)三維模型表現(xiàn)出來(lái)，推動(dòng)了建筑行業(yè)從CAD的二維向BIM三維的技術(shù)演變[1]。因此，對(duì)BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究意義重大。

1 BIM技術(shù)及其特征

1.1 BIM技術(shù)

BIM(Building Information Modeling)，又叫“建筑信息模型”。具體來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)既是一項(xiàng)應(yīng)用于設(shè)施全生命周期的3D數(shù)字化技術(shù)，又是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具[2]。BIM以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字信息仿真模型模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，使整個(gè)建筑工程以立體的形式展現(xiàn)在人們面前，作為項(xiàng)目決策的基礎(chǔ)和共享信息的資源。

1.2 BIM技術(shù)的特性

BIM技術(shù)具有如下特征[3]：

1)操作可視化。對(duì)于建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，在傳統(tǒng)的CAD技術(shù)下，設(shè)計(jì)院只能交2D的圖紙。而B(niǎo)IM技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)可視化的操作開(kāi)辟了道路，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造等過(guò)程中的溝通、決策等，以及如溫度、通風(fēng)性等信息都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行，從而有利于降低成本、提高效率和工程質(zhì)量。

2)信息的協(xié)調(diào)性。業(yè)主及施工、設(shè)計(jì)單位都需要做協(xié)調(diào)及相配合的工作。BIM技術(shù)一方面可在數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建實(shí)時(shí)的關(guān)聯(lián)性，以致在建立信息化建筑模型設(shè)計(jì)的成果后，無(wú)論對(duì)模型中數(shù)據(jù)做何更改，都會(huì)立即在其他相關(guān)地方顯示，從而避免了不同視圖間的差異現(xiàn)象，提高了工作效率，保證了工程質(zhì)量。另一方面，BIM技術(shù)可在各個(gè)構(gòu)件實(shí)體之間，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性顯示和智能互動(dòng)。如，門(mén)窗都是建立在墻的基礎(chǔ)上，如果把模型中的墻刪掉，墻上的門(mén)窗也會(huì)立即被刪除等。這種關(guān)聯(lián)顯示、智能互動(dòng)表明了BIM技術(shù)能夠使模型中的各個(gè)構(gòu)件之間具有良好的協(xié)調(diào)性。

3)信息的完備性。BIM是設(shè)施物理特征和功能特性信息的數(shù)字表達(dá)，其包括完整的工程信息的描述，且其所有信息都是用數(shù)字化的形式保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。BIM信息的完備性主要體現(xiàn)在其可以把各個(gè)階段產(chǎn)生的信息都儲(chǔ)存起來(lái)，方便共享，進(jìn)而支持可視化操作、優(yōu)化分析、模擬仿真等功能。

4)真實(shí)模擬性。表現(xiàn)為BIM可對(duì)設(shè)計(jì)上需要進(jìn)行模擬的一些東西進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，也可根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)模擬實(shí)際施工指導(dǎo)施工，還可在后期運(yùn)營(yíng)階段模擬日常緊急情況的處理方式等。也就是說(shuō)，BIM還可模擬不能夠在真實(shí)世界中進(jìn)行操作的事物，并進(jìn)行對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工。

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

2.1 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的意義

目前，BIM的快速發(fā)展給建筑行業(yè)帶來(lái)了巨大的影響，其在建筑行業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的意義重大。首先，BIM技術(shù)可視化的特點(diǎn)可以讓設(shè)計(jì)師進(jìn)行全方位思考，改變工作模式，大大提高建筑設(shè)計(jì)的效率，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。其次，利用BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性特點(diǎn)，使用同一模型數(shù)據(jù)，多專業(yè)協(xié)同工作，提高各專業(yè)間合作效率。第三，BIM技術(shù)信息的完備性讓各專業(yè)的信息有機(jī)的結(jié)合，可使施工人員看到包含整個(gè)項(xiàng)目的信息模型，進(jìn)而有效的減少施工階段會(huì)出現(xiàn)的各種設(shè)計(jì)問(wèn)題。第四，BIM真實(shí)模擬性的特點(diǎn)使設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)模型模擬出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的真實(shí)實(shí)物反應(yīng)，促進(jìn)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行逆性思維，進(jìn)而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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

首先，BIM技術(shù)具有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息化的功能。對(duì)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模型，BIM技術(shù)的主要特點(diǎn)和重點(diǎn)關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)信息方面。建筑工程可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)信息庫(kù)的建立，實(shí)現(xiàn)在工作人員需要建筑設(shè)計(jì)的某些信息時(shí)，能快速高效的完成對(duì)數(shù)據(jù)的搜尋，進(jìn)而從間接上提升建筑設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量與效率。

其次，BIM技術(shù)具有對(duì)設(shè)計(jì)圖紙可以更改的功能。BIM技術(shù)具有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息化的功能，以此為基礎(chǔ)，其能夠在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)便獲取建筑工程詳盡的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，若在施工時(shí)發(fā)生不可解決的問(wèn)題，便能快速根據(jù)修改數(shù)據(jù)完成變量數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，而更改后的信息數(shù)據(jù)將會(huì)在設(shè)計(jì)圖紙上進(jìn)行標(biāo)記，以便于設(shè)計(jì)人員讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足更高的設(shè)計(jì)需求，讓建筑結(jié)構(gòu)及質(zhì)量更加完善。

3 基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程特點(diǎn)

在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)流程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是必不可少的一環(huán)。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中建立的模型是簡(jiǎn)單的分析模型，無(wú)法在后期對(duì)其進(jìn)行利用。而基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程有如下特點(diǎn)[4]：

1)實(shí)時(shí)共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?；贐IM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠幫助各專業(yè)之間在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中完成各自的工作內(nèi)容，不僅實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步，還能帶給設(shè)計(jì)師更加直觀和豐富的感受，有效的避免或解決了設(shè)計(jì)過(guò)程中各專業(yè)之間的設(shè)計(jì)沖突。2)優(yōu)化調(diào)整工作流程。在基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的每個(gè)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員能提前進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)與分析，還能根據(jù)實(shí)時(shí)模型對(duì)設(shè)計(jì)成果與質(zhì)量進(jìn)行審核，進(jìn)而促使優(yōu)化調(diào)整工作流程，以降低變更成本，減少錯(cuò)誤，并使整個(gè)建筑的項(xiàng)目周期在合理的范圍內(nèi)縮短。3)完善并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。在基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段，二維視圖都能根據(jù)BIM模型自動(dòng)精確生成，設(shè)計(jì)師不僅可以更加快捷、高效的解決碰撞、錯(cuò)漏缺等問(wèn)題，還可把主要的精力放在設(shè)計(jì)創(chuàng)意上，由此能大大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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

4.1 在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期實(shí)地環(huán)境踏查階段的應(yīng)用

當(dāng)建筑項(xiàng)目的地點(diǎn)確定之后，對(duì)建筑基地進(jìn)行周邊環(huán)境考察是建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)的首要步驟。利用BIM技術(shù)操作可視化特點(diǎn)，可對(duì)建筑項(xiàng)目周邊的具體環(huán)境進(jìn)行分析，使得設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)項(xiàng)目落址周邊地形地貌、自然地理等環(huán)境的實(shí)際情況，較為全面和直觀的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的空間規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整，從而促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

4.2 在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中，不僅能夠有效提高設(shè)計(jì)信息的輸出質(zhì)量及輸出效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)BIM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)更新，推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向數(shù)字化方向發(fā)展。也就是說(shuō)，采用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)方可以在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，建立一個(gè)包含所有關(guān)于建筑的數(shù)據(jù)信息的獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，讓所有參與設(shè)計(jì)的部門(mén)都能夠訪問(wèn)此數(shù)據(jù)庫(kù)，并在設(shè)計(jì)的時(shí)候能夠?qū)Σ煌膮?shù)予以不同的約束，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量及設(shè)計(jì)效率。

4.3 在建筑結(jié)構(gòu)建模中的應(yīng)用

BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，能將三維實(shí)體模型構(gòu)件真實(shí)體現(xiàn)出來(lái)。即BIM技術(shù)能夠使設(shè)計(jì)方案從平面展示轉(zhuǎn)換為立體展示，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的可視化，進(jìn)而促使參與人員直觀地認(rèn)識(shí)、了解整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)建信息、功能布局[5]。與此同時(shí)，BIM技術(shù)可以快速發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，以利于設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題修正、完善設(shè)計(jì)方案，消除建筑結(jié)構(gòu)中的各方面隱患，很大程度上促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高。

4.4 在建筑結(jié)構(gòu)自身空間規(guī)劃上的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)自身空間規(guī)劃包括室內(nèi)的空間格局、建筑物外形以及道路等。利用BIM技術(shù)可視化的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，可把初步設(shè)計(jì)的建筑物以立體的形態(tài)呈現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而促進(jìn)設(shè)計(jì)師直觀的對(duì)自身空間規(guī)劃進(jìn)行可視性分析，從而使得建筑物的空間規(guī)劃達(dá)到最佳的程度。

4.5 在建筑結(jié)構(gòu)性能中的應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、牢固性、抗震性等基本要求進(jìn)行科學(xué)分析，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)中BIM模型的碰撞檢查，確定各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)的特征決定了其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的意義重大。因此，在目前基于競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的環(huán)境背景下，相關(guān)建筑單位必須重視對(duì)新興技術(shù)的研究和應(yīng)用工作，構(gòu)建高水平的BIM團(tuán)隊(duì)，并提高BIM團(tuán)隊(duì)工作的嚴(yán)謹(jǐn)性，確保BIM技術(shù)應(yīng)用的可行性，在推動(dòng)自身的發(fā)展的同時(shí)，使BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮最大的作用。