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

(天津市新型建材建筑設(shè)計(jì)研究院， 天津 300384)

0 引言

BIM技術(shù)在國外已經(jīng)成熟，雖然BIM技術(shù)很早就在國內(nèi)運(yùn)用，但是近幾年才廣泛的推行開來，建筑工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等多個(gè)方面都有BIM技術(shù)的應(yīng)用，通過BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程各個(gè)專業(yè)、各個(gè)部門之間的信息共享、信息交流，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也可以通過該技術(shù)來實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的模擬和分析，能夠在很大程度上提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和工作效率。

1 對(duì)BIM技術(shù)的認(rèn)識(shí)與分析

1.1 對(duì)BIM的基本認(rèn)識(shí)

眾所周知我國在過去十幾年中建筑工程取得了較大的發(fā)展，可建設(shè)用地越來越少，建筑工程也在向著大規(guī)模、高層化、超高層化的方向發(fā)展，建筑的復(fù)雜程度不斷增加，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度也越來越大，因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)需要設(shè)計(jì)人員通過多種渠道獲取盡可能多的進(jìn)行，如果在設(shè)計(jì)階段就對(duì)建筑工程進(jìn)行模擬、控制便能夠縮短工程的工期、降低企業(yè)成本，還能夠提高建筑工程施工企業(yè)的質(zhì)量管理工作、安全管理工作的質(zhì)量。BIM技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用能夠讓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由二維平面向著三維立體發(fā)展，并且能夠幫助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員建立更為直觀的模型，幫助企業(yè)能夠降低企業(yè)的經(jīng)營成本，推動(dòng)我國建筑工程的可持續(xù)發(fā)展。

BIM技術(shù)利用信息集成、協(xié)同設(shè)計(jì)、工作傳遞等多種特點(diǎn)，通過數(shù)字模型的利用來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過應(yīng)用BIM技術(shù)能夠關(guān)聯(lián)各種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作數(shù)據(jù)，如果設(shè)計(jì)師對(duì)某項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師不需要自己對(duì)圖紙進(jìn)行更改，只需要對(duì)模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行更改即可，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠節(jié)省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)間、提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.2 BIM技術(shù)特征

BIM技術(shù)具有信息集成的特點(diǎn)，BIM軟件建立的模型具有自己獨(dú)立的信息模塊，每個(gè)專業(yè)的信息修改都應(yīng)該在這個(gè)模型當(dāng)中完成，每個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)人員都能夠依據(jù)BIM平臺(tái)進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)理念。數(shù)據(jù)庫是BIM建筑模型最重要的內(nèi)容，而該數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建工作是由三維模型組成的，BIM數(shù)據(jù)庫當(dāng)中具有建筑結(jié)構(gòu)空間信息、建筑構(gòu)配件尺寸、連接方式等多種信息，并且設(shè)計(jì)人員可以通過模型快捷地查找我們需要的信息，這是傳統(tǒng)CAD畫圖做不到的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中發(fā)揮著重要作用。

進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以自己進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)平臺(tái)的構(gòu)建，讓業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、施工單位、建設(shè)單位之間能夠進(jìn)行信息共享、信息交流，并且設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)建筑的相關(guān)情況及時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，在完成建筑結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建工作后能夠檢測(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)建對(duì)設(shè)備管線是否存在影響，大大提高了建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工作效率，減少了設(shè)計(jì)人員發(fā)生失誤的可能性，避免了在出圖后期才發(fā)現(xiàn)無法穿管線的尷尬情況，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員對(duì)某項(xiàng)參數(shù)繼續(xù)更改后，BIM技術(shù)能夠?qū)⑾嚓P(guān)的參數(shù)進(jìn)行全部更改，在最終的相關(guān)圖紙當(dāng)中有所體現(xiàn)，此外建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還能夠通過使用BIM技術(shù)來進(jìn)行施工模擬展示，減少了現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)施工過程分析所花費(fèi)的時(shí)間，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間的同時(shí)，提高了設(shè)計(jì)效率。

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

2.1 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的直觀性

BIM技術(shù)的基礎(chǔ)是三維模型技術(shù)，是在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的新型技術(shù)之一，用戶能夠通過建立的三維模型來更真實(shí)地觀察建筑，眾所周知，Autodesk CAD是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中常用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行繪圖，CAD能夠向用戶展示每個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的效果則是向用戶展示形象的三維立體模型，不管專業(yè)、非專業(yè)的人員都能夠通過BIM模型來更為直觀地認(rèn)識(shí)、了解整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)建信息、功能布局。我國目前的大多數(shù)大型通常都是通過BIM技術(shù)來動(dòng)態(tài)模擬演示建筑的整體結(jié)構(gòu)，幫助建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員更為深刻、直觀地觀察、了解建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)而確定最佳建筑設(shè)計(jì)方案，此外建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過對(duì)BIM建筑模型的分析能夠發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案存在的缺陷，尋找解決措施提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

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

BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型當(dāng)中都會(huì)形成自己的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含了所有的設(shè)計(jì)信息，并且BIM建筑模型中的各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)都是相互關(guān)聯(lián)的、相互聯(lián)系的，各個(gè)專業(yè)的人員通對(duì)模型的修改都能夠在其他專業(yè)中的模型進(jìn)行分析，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員能夠通過模型中數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)信息的利用來構(gòu)建整體建筑結(jié)構(gòu)形體，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中為了保證能夠及時(shí)更新BIM建筑模型中的數(shù)據(jù)庫，需要對(duì)模型中的參數(shù)賦予約束。BIM技術(shù)的最大應(yīng)用特點(diǎn)就是能夠提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息輸出的質(zhì)量、可靠性，還能夠促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)字化發(fā)展。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)建筑中BIM技術(shù)的應(yīng)用

目前我國的鋼結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)數(shù)量越來越多。大跨度建筑物的建設(shè)數(shù)量越來越多，鋼結(jié)構(gòu)是主要的結(jié)構(gòu)形式，但是大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)連接、加強(qiáng)件布置難度較大，并且進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)需要對(duì)梁柱連接、梁梁鉸接、梁梁剛接等連接形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)通常需要通過參數(shù)化技術(shù)來進(jìn)行各個(gè)連接件的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。BIM建筑技術(shù)的應(yīng)用能夠在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中實(shí)現(xiàn)參數(shù)共享，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠控制鋼結(jié)構(gòu)螺栓的數(shù)量和簡潔，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)便能夠更改、調(diào)節(jié)連接件，此時(shí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員只需要畫出大樣即可，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)人員只需要參考相應(yīng)位置設(shè)計(jì)，以此就能夠進(jìn)行加強(qiáng)件形式和位置的確定，能夠促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和施工效率的提高。

2.4 設(shè)計(jì)模型和BIM模型的轉(zhuǎn)換

設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行BIM模型的構(gòu)建時(shí)應(yīng)該將各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)人員聯(lián)系到一起，以便在構(gòu)建模型時(shí)能夠及時(shí)處理遇到的問題，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用BIM技術(shù)能夠?qū)D紙中的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和修改，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒍坏膱D紙變得更加形象立體，讓大家通過三維的視角來表現(xiàn)設(shè)計(jì)的結(jié)果，進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙的移交工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員最好附帶模型，并且向交接人員說明模型的使用規(guī)則和使用說明，便于移交。

2.5 計(jì)算結(jié)構(gòu)模型的分析

BIM模型包含了力學(xué)性能、材料、成本、幾何信息等多種信息，根據(jù)軟件建造的模型的種類不同對(duì)建立的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，將調(diào)整后的BIM模型導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)分析軟件，在結(jié)構(gòu)分析軟件當(dāng)中也能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的模型還可以轉(zhuǎn)換為BIM模型，這種模型的優(yōu)勢(shì)有兩個(gè)方面：首先需要對(duì)結(jié)構(gòu)模型的數(shù)據(jù)保持客觀性，其二，需要保證模型計(jì)算分析時(shí)具有較大的精確性；第三，需要對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析、細(xì)化，體現(xiàn)出模型的細(xì)致性。BIM技術(shù)在項(xiàng)目管理當(dāng)中也有所應(yīng)用，能夠通過BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠設(shè)備、構(gòu)建之間的關(guān)系進(jìn)行管理、并且能夠可靠地分析現(xiàn)場(chǎng)條件。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)

BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)用時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員只需要利用分析軟件對(duì)模型進(jìn)行分析、分析軟件便能夠形成施工圖和結(jié)構(gòu)模型，因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)需要對(duì)模型空間的真實(shí)性進(jìn)行思考、反饋，并且需要分析BIM系統(tǒng)中的物理模型，保證模型能夠自動(dòng)形成施工圖紙。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)就是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)的性能受到建筑材料的自身力學(xué)特征、荷載組合以及單元截面等多種因素的影響，因此，BIM設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑模型的分析時(shí)需要對(duì)建筑中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析。從本質(zhì)上講，BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型包含了建筑物理模型、建筑結(jié)構(gòu)分析模型以及施工圖文檔等多個(gè)組成部分，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)模型的雙向無縫連接，應(yīng)該盡可能在BIM模型中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、簡單的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。如果建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求不符合相關(guān)規(guī)范，或者建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件過于復(fù)雜都會(huì)導(dǎo)致BIM模型在構(gòu)建、運(yùn)行的過程中發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要高度重視這一問題，最大程度地實(shí)現(xiàn)物理模型和BIM建筑結(jié)構(gòu)分析模型之間的雙向無縫連接。

結(jié)語

通過上文的分析，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)工作效率的提高，此外還能夠有助于建筑設(shè)計(jì)企業(yè)在進(jìn)行建筑產(chǎn)品生產(chǎn)過程中降低建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成本投入，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求，而且 BIM技術(shù)的應(yīng)用也提高了設(shè)計(jì)人員的整體素質(zhì)。

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