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

陳希 陸曉望

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人們的生產(chǎn)和生活都已經(jīng)離不開現(xiàn)代信息技術(shù)，它已然被應(yīng)用于各個不同的領(lǐng)域，建筑行業(yè)也不例外。在整個建筑工程的施工過程中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計起著至關(guān)重要的作用，只有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計既科學(xué)又合理，才能確保建筑工程的質(zhì)量達到預(yù)期的標準，才能保證建筑的安全、穩(wěn)定性能。為了進一步提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不僅可以提高建筑設(shè)計的安全性、可靠性和舒適性，并且對整個建筑工程項目來說也更加經(jīng)濟，完工也更加迅速。

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技的不斷進步，BIM技術(shù)越來越完善，在工程界應(yīng)用也越來越廣泛，BIM技術(shù)是一種數(shù)字化的三維建模手段，具有可視化的功能，利用數(shù)字化特點進行實際的應(yīng)用。在電子模型中，該技術(shù)能夠儲存全面、完整的數(shù)據(jù)資料，將其應(yīng)用在建筑工程設(shè)計中，對建筑領(lǐng)域的創(chuàng)新提供了相應(yīng)的技術(shù)支持，特別是近幾年BIM技術(shù)的飛速發(fā)展，實現(xiàn)了多個專業(yè)、部門之間數(shù)據(jù)信息的共享，所以，在建筑行業(yè)中，設(shè)計人員、工程師、用戶均可以利用BIM技術(shù)來進行設(shè)計信息的交流，并利用其可視化模型的特點，對建筑結(jié)構(gòu)進行真實的模擬和相關(guān)的分析。從而更加快捷的完成建筑工程施工任務(wù)，采用BIM技術(shù)能有效的提高建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，為建筑施工提供安全保障。

1、BIM技術(shù)特點

建筑工程在現(xiàn)代不斷的發(fā)展，其規(guī)模不斷的擴大，人們對于建筑物的要求不僅僅在于功能方面，建筑物結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體型也越來越多樣化，因而工程項目中涉及的信息量也越來越大。這些信息作為建筑企業(yè)重要的資源，如果能夠加以利用，不但能夠縮短工期，節(jié)省開支，還能夠保證施工質(zhì)量、避免安全事故的發(fā)生。所以，信息技術(shù)開始在建筑工程中展現(xiàn)巨大的優(yōu)勢，得到了建筑行業(yè)的一致肯定。如何才能夠科學(xué)迅速的處理建筑工程中的各類信息，控制成本并安排工期，同時在設(shè)計過程中及時的發(fā)現(xiàn)失誤以及不當，避免對整個工程的影響就顯得尤為重要。作為整個工程信息源頭，建筑設(shè)計具有核心地位，也是BIM技術(shù)關(guān)注的重點內(nèi)容。作為建筑設(shè)計行業(yè)的革命性技術(shù)，BIM技術(shù)使得設(shè)計從二維向三維方向轉(zhuǎn)變，同時作為整個建筑行業(yè)的信息革命，BIM正展現(xiàn)出無與倫比的生機活力。

設(shè)計圖紙可修改功能，運用BIM技術(shù)所設(shè)計出來的建筑圖紙，其中包含的所有設(shè)計信息，都是以整體建筑模型為基礎(chǔ)的，如果發(fā)現(xiàn)問題，設(shè)計人員只需要進行針對性的修改，系統(tǒng)即可自行完成參數(shù)的調(diào)整和修正。這種設(shè)計圖紙的自動修改功能，大大減少了設(shè)計人員在畫圖、改圖工作中需要消耗的時間與精力，從而使其能夠集中注意力，放在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計重點上，完全由系統(tǒng)實現(xiàn)對參數(shù)修改前后圖紙的對比，從而選擇最佳的設(shè)計方案，保證設(shè)計效果。

BIM技術(shù)是利用數(shù)字模型進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、管理的一種施工方法，其主要特點有信息集成、協(xié)同設(shè)計、工作傳遞等。

1.1 信息集成

BIM技術(shù)的信息集成主要體現(xiàn)設(shè)計信息集成和設(shè)計過程集成，建筑信息模型是整個建筑工程唯一的信息模型，各種專業(yè)的設(shè)計信息都要在這個模型中完成，因此BIM技術(shù)具有明顯的信息集成特征，也就是因為這個特點，所有的專業(yè)設(shè)計人員都可以在這個平臺進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而實現(xiàn)設(shè)計過程集成化。

1.2 協(xié)同設(shè)計

BIM技術(shù)構(gòu)建了一個全新的設(shè)計平臺，能為業(yè)主、設(shè)計、施工建立良好的溝通平臺，根據(jù)需求快速的將需要的信息反映出來，BIM技術(shù)能根據(jù)不同專業(yè)的設(shè)計原則，對建筑構(gòu)件之間的相互影響進行自動檢測，極大的提高了設(shè)計團隊的溝通效率。

1.3 工作傳遞

BIM技術(shù)能將各種工作數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，當設(shè)計師修改了某項內(nèi)容后，設(shè)計師不需要自己更改連接或者處理圖紙，BIM系統(tǒng)會自動將修改的信息反饋到受影響的構(gòu)建中，同時BIM技術(shù)還能進行模擬施工，工程師不需要為了分析不同的因素，建立多個模型，極大的節(jié)省了設(shè)計時間，提高了設(shè)計效率。

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

2.1 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的可視化

BIM技術(shù)是利用三維模型將真實的建筑構(gòu)件展示出來，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常采用CAD技術(shù)進行施工圖紙繪制，這種方法很難將更多的建筑構(gòu)建信息表示出來，運用BIM技術(shù)在設(shè)計階段，構(gòu)建建筑構(gòu)件三維實體模型，能直觀的觀察建筑構(gòu)件，分析建筑結(jié)構(gòu)的功能布局，推斷建筑體量。在大型的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用BIM可視化技術(shù)，能對建筑結(jié)構(gòu)進行動態(tài)演示，對建筑結(jié)構(gòu)的尺寸，相符度進行考察，從而確定最優(yōu)設(shè)計方案，采用BIM技術(shù)能快速的檢測出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的漏洞，確保設(shè)計質(zhì)量。

2.2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的應(yīng)用

在建筑結(jié)構(gòu)信息模型中，整個模型和所有的設(shè)計信息都存在同一個數(shù)據(jù)庫中，所有的設(shè)計參數(shù)都是相關(guān)聯(lián)的，設(shè)計師可以在這個建筑結(jié)構(gòu)信息模型中，利用參數(shù)值和參數(shù)關(guān)系構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)形體，同時對不同的參數(shù)施加一定的約束，從而保證BIM系統(tǒng)更新維護及時。BIM能現(xiàn)實高質(zhì)量、安全、可靠的設(shè)計信息輸出，有助于數(shù)字化工作的開展。

2.3 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程建模的應(yīng)用

當前的建筑工程日益發(fā)展，工程規(guī)模也逐漸擴大，向著大跨度、大空間的趨勢發(fā)展，其中，以鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用最為顯著。建筑結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)的連接件、加強件布置等非常繁雜，因此給此種結(jié)構(gòu)的設(shè)計造成一定困難。但是，運用BIM技術(shù)即可解決該問題，BIM技術(shù)能夠自行對鋼結(jié)構(gòu)的梁高進行精確計算，針對所有的連接件實行專門設(shè)計，實現(xiàn)參數(shù)化處理，并通過數(shù)據(jù)共享功能，完成對鋼結(jié)構(gòu)中螺栓等連接件的數(shù)量、設(shè)置間距等的掌控，這樣，如果有構(gòu)建新連接件的需要時，設(shè)計人員只需調(diào)整相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可。對于加強件的設(shè)計，則可利用BIM技術(shù)繪制大樣圖，而設(shè)計人員只需參考設(shè)計位置，即可確定加強件的設(shè)置位置，從而避免鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。

2.4 BIM在建筑設(shè)計中不同專業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，通過創(chuàng)建數(shù)字化、唯一的模擬信息化模型，該種設(shè)計模型的數(shù)據(jù)能夠跨越不同的專業(yè)，在水暖、機電、結(jié)構(gòu)、建筑等系統(tǒng)之間相互交換，集成化的設(shè)計模型將不同專業(yè)設(shè)計師完成的三維模型所攜帶的信息，更加方便的與其他專業(yè)團隊進行共享，保證建筑設(shè)計的所有參與方能夠在掌握建筑設(shè)計所有信息的前提下進行工作，這種方式改變了施工企業(yè)、制造商、業(yè)主、設(shè)備工程師、結(jié)構(gòu)工程師、建筑設(shè)計師等各個參與方的工作協(xié)調(diào)模式，保證所有的參與方能夠使用基于相同參數(shù)的建筑模型進行協(xié)同工作，例如，在進行建筑設(shè)計的工程中，建筑設(shè)計師需要添加構(gòu)件時，結(jié)構(gòu)工程師將墻、柱、梁等材質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息完整的輸入到BIM模型中，設(shè)備工程師根據(jù)添加構(gòu)件的位置、方式以及數(shù)量等，在建筑內(nèi)部進行各種設(shè)備的配置，通過測試各種設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，當出現(xiàn)異常時進行調(diào)試，保證建筑的整體設(shè)計效果。通過將BIM技術(shù)應(yīng)用到不同專業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計中，各個專業(yè)的工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)信息的完全共享，便于進行協(xié)同工作，保證建筑設(shè)計以及施工能夠正常、有序的進行，進一步保證建筑的質(zhì)量。

3、BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用難點

在現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計過程都是以設(shè)計方案為基礎(chǔ)，進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分布，然后利用有限元技術(shù)軟件進行建模，分析出整體的空間受力和變形計算，最后再根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置進行設(shè)計調(diào)整，最后使用CAD形成結(jié)構(gòu)平法施工圖。整個建筑的模型信息是由設(shè)計者完成的，與其它專業(yè)之間都是通過關(guān)聯(lián)的物理模型進行結(jié)構(gòu)導(dǎo)入，最后實現(xiàn)設(shè)計信息的匯總，并且根據(jù)計算的結(jié)果進行設(shè)計修改，使建筑模型能夠更好的完成動態(tài)信息和施工圖信息。建筑信息模型針對結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，都是將施工圖和結(jié)構(gòu)分析相互關(guān)聯(lián)。

基于BIM技術(shù)的3D工作軟件（如：Revit）用了眾多的系統(tǒng)參數(shù)和模塊參變量，與2D創(chuàng)建視圖技術(shù)有很大的不同，BIM工具軟件還要兼顧與2D設(shè)計習慣的連貫性，所以系統(tǒng)參數(shù)和模塊參變量比2D工具軟件中的參數(shù)要復(fù)雜很多倍，這就使得應(yīng)用中因為系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當或參數(shù)與參數(shù)之間不匹配而導(dǎo)致很多意想不到的問題。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，很多結(jié)構(gòu)的建筑形式十分特殊，這就需要特殊的結(jié)構(gòu)模塊對其進行控制，但是3D圖形和剖面視圖不能形成理想的施工效果，很多設(shè)計者會因此放棄BIM技術(shù)，而使用原始的2D繪圖設(shè)計方案。

結(jié)構(gòu)工程師在建立BIM模型時，注重的問題主要是物理模型能否自動生成平法施工圖文檔，以及能否正確轉(zhuǎn)化為可以被結(jié)構(gòu)分析軟件認可的結(jié)構(gòu)分析模型。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，安全性分析計算是首要環(huán)節(jié)和重要問題。BIM建立的是完全的數(shù)據(jù)庫式模型，從理論上來說，實現(xiàn)BIM物理模型與結(jié)構(gòu)分析模型之間的雙向鏈接是完全可行的。

現(xiàn)代建筑工程中，涉及到的專業(yè)知識很多，加上現(xiàn)代建筑生命周期長，建設(shè)周期短，傳統(tǒng)的CAD技術(shù)已經(jīng)不能滿足建筑工程低消耗、低污染的要求，采用BIM技術(shù)能有效的解決這些問題，BIM技術(shù)的功能雖然強大，但其上手難度比較大，因此，設(shè)計人員要不斷的提高自身的綜合能力，全面掌握BIM技術(shù)，在快速高效的完成建筑工程設(shè)計任務(wù)的同時，確保建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，從而保證建筑工程的施工質(zhì)量。