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

劉軍

1 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面影響

1.1 BIM 技術(shù)特性

BIM 技術(shù)屬于建筑行業(yè)一種新的技術(shù)，具有信息化、三維化、可視化和集成化等特點，能夠?qū)⒔ㄖY(jié)構(gòu)有效分解，利用BIM 軟件進行建筑三維的預(yù)覽和觀察，在整個工程項目施工前詳細了解整個建筑設(shè)計全貌。另外，BIM 技術(shù)在實際應(yīng)用中還能夠?qū)崿F(xiàn)不同參與人員的交互，有效促進建筑項目建設(shè)中信息的傳遞以及修改等，更好地滿足項目順利開展需要[1]。除此之外，BIM 技術(shù)還有5 項優(yōu)勢：（1）開展基于BIM 技術(shù)主導(dǎo)下的建筑施工設(shè)計工作，有助于確保數(shù)據(jù)信息的準確性、透明性、共享性，控制建筑項目周期內(nèi)的資金風險系數(shù)，實現(xiàn)盈利目標；（2）BIM 技術(shù)能夠為建筑企業(yè)以及所有施工項目參與者提供施工合同、變更信息與文件以及支付憑證等附件資料與管理平臺，并對成本預(yù)算、簽證管理、支付工資等全過程進行有效管理；（3）BIM 技術(shù)所主導(dǎo)的數(shù)據(jù)模型能夠自動調(diào)整各項目的數(shù)據(jù)動態(tài)，可以方便統(tǒng)計、追溯各個項目的現(xiàn)金流和資金狀況；（4）根據(jù)建筑項目的施工進度進行準確篩選與匯總，輔助建筑設(shè)計師與工程管理人員做好資源調(diào)配工作，從而制定正確的施工決策，設(shè)計出更完善的建筑模型；（5）BIM 技術(shù)的4D 虛擬模型能夠提前發(fā)現(xiàn)在施工過程中可能出現(xiàn)的各種問題，并逐次修改，制訂科學的應(yīng)對策略。

1.2 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的影響

建筑設(shè)計中BIM 技術(shù)的引進，可利用交互式系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成平臺等實現(xiàn)對各個參與方的有效集成，將信息匯總至統(tǒng)一的平臺管理和存儲，通過這一方式，確保建筑設(shè)計工作中可對建設(shè)單位、施工單位以及供應(yīng)商等信息有整體性把握，確保設(shè)計單位對建設(shè)單位的意圖有準確、全面理解，在設(shè)計中及時反饋設(shè)計理念。同時，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中對施工單位和供應(yīng)單位有充分考慮，提高施工要求和材料選擇等方面的合理性[2]。在BIM 數(shù)據(jù)庫支持下，能夠?qū)⒏黝愋畔⒂行Т鎯χ两y(tǒng)一平臺，進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性修改，確保各方面人員獲取信息的一致性，信息傳遞效率有明顯提升，可有效控制信息傳遞過程中的耗散問題。

另外，BIM 技術(shù)具備為可視化以及三維化特點，能夠為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供極大便利，通過生成構(gòu)件三維信息，滿足建筑結(jié)構(gòu)在美觀性和可靠性等方面的分析需要。BIM 數(shù)據(jù)參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，還能夠?qū)⒁酝鵆AD 中的點線面等轉(zhuǎn)化為立體的梁柱等結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效率有明顯提升，在完成設(shè)計后，還可以利用三維可視化技術(shù)對整個設(shè)計進行復(fù)核，分析設(shè)計中是否還存在問題，以確保其結(jié)構(gòu)可靠性，取得理想的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。

2 基于BIM 的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計流程

BIM 技術(shù)在實際應(yīng)用中會在一定程度上改變建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計流程。以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的開展主要是利用有限元結(jié)構(gòu)分析元件等展開結(jié)構(gòu)建模以及截面設(shè)計等工作，之后利用二維CAD 等進行施工圖的繪制。這一方式在實際應(yīng)用中，需要在CAD 中利用點線面形式展開建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時以二維圖形方式表達。這種情況會給設(shè)計人員的空間復(fù)合以及對設(shè)計圖紙的理解等帶來一定的影響。

以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計流程在實際應(yīng)用中，由設(shè)計人員進行相關(guān)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員計算分析，通過軟件自動生成施工圖和三維圖。受當前技術(shù)限制以及人員水平等影響，BIM 技術(shù)在實際應(yīng)用中更多地需要結(jié)合應(yīng)用軟件利用分階段方式設(shè)計。

在BIM 結(jié)構(gòu)設(shè)計工作實際應(yīng)用中，設(shè)計人員需要做好建筑結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計和計算，明確建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案之后生成模板，如果出現(xiàn)修改，會對結(jié)構(gòu)模型自動更新，之后再次計算，生成施工圖。將施工圖導(dǎo)入Revit 軟件，展開碰撞檢查。

應(yīng)用至后期階段，可滿足不同軟件交互需要。通過這一方式，設(shè)計人員直接在Revit 軟件展開建筑設(shè)計，利用三維模擬以及碰撞檢查等方式分析，對結(jié)構(gòu)布置進行完善和修改。在完成結(jié)構(gòu)初步設(shè)計后，可將建筑模型導(dǎo)入有限元軟件中，分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性和穩(wěn)定性，通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化和調(diào)整，確保所獲取的結(jié)構(gòu)設(shè)計模型符合要求。利用BIM 軟件輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果，生成施工圖，為建筑項目施工提供相應(yīng)指導(dǎo)。

需要注意的是，結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的開展，不僅是設(shè)計單位工作，同時還需要建設(shè)單位、施工單位以及材料供應(yīng)單位等相互協(xié)調(diào)和交互。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，各設(shè)計信息一旦發(fā)生變化，會直接將信息傳遞給其他單位，及時了解其他單位的意見和反饋。通過這一方式，設(shè)計單位能夠?qū)崿F(xiàn)對建設(shè)單位建設(shè)意圖的準確把握，兼施工單位現(xiàn)場施工需要，在設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)材料配置以及成本等有充分全面的分析考慮，針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計展開全方位審查。

此外，建筑設(shè)計師應(yīng)結(jié)合具體地形結(jié)構(gòu)，運用BIM 技術(shù)精確設(shè)計2 種建筑工程模型——局部模型和整體模型。不可忽視的是，在局部模型設(shè)計工作中，建筑設(shè)計師應(yīng)全面參考前期工作中的建模數(shù)據(jù)信息，以此精確計算建筑模型參數(shù)。

在整體模型設(shè)計工作中，建筑設(shè)計師首先應(yīng)注意全面搜集精確的參考信息，運用BIM 技術(shù)匯集圖形數(shù)據(jù)，組建信息化建筑工程模型；其次，建筑設(shè)計師應(yīng)根據(jù)建筑所處的地形結(jié)構(gòu)，對建筑模型進行必要的簡化，處理好不同空間結(jié)構(gòu)的互聯(lián)關(guān)系；再次，要采用建筑工程模型來準確模擬建筑施工動態(tài)，對施工進度進行控制，并結(jié)合建筑工程模型參數(shù)與規(guī)劃面積設(shè)計施工進度，努力實現(xiàn)施工計劃與BIM 模型的有機連接，然后，將施工進度計劃中的二維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變成三維模型，從而全面提高建筑動態(tài)模型的直觀性與立體效果。與此同時，建筑設(shè)計師應(yīng)充分利用建筑工程模型來收集imodel 數(shù)據(jù)庫內(nèi)的重要數(shù)據(jù)信息，并將這些信息轉(zhuǎn)入iPad 內(nèi)，還應(yīng)協(xié)同施工技術(shù)人員運用iPad 做好建筑施工作業(yè)與資源分配工作，對各項施工細節(jié)進行控制，從而不斷提高建筑工程施工質(zhì)量。

3 基于BIM 技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)深化設(shè)計

1）預(yù)制構(gòu)建參數(shù)化設(shè)計，BIM 設(shè)計中參數(shù)化設(shè)計不僅可以提高設(shè)計效率，降低建模工作量，同時還有著非常強的適應(yīng)性，具備靈活可變性特點。預(yù)制構(gòu)件鋼筋設(shè)計中，參數(shù)化屬于整個BIM 設(shè)計的核心和關(guān)鍵，針對預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)計，需要結(jié)合構(gòu)件類型做好分類，如墻板類構(gòu)件、陽臺類構(gòu)件、樓梯及樓板類構(gòu)件等。在墻板類構(gòu)件方面，有純剪力墻預(yù)制墻板等，在陽臺類構(gòu)件方面，有板式陽臺和梁式陽臺等，在樓梯及樓板類構(gòu)件方面，有非常強的模數(shù)化和標準化特點，需要結(jié)合構(gòu)件特點，賦予其特定的參數(shù)，在構(gòu)件發(fā)生變化后，利用數(shù)字驅(qū)動模型進行改變，同時改變數(shù)據(jù)信息。利用標準化以及系統(tǒng)化設(shè)計方式展開預(yù)埋件設(shè)計，更好地滿足BIM 在參數(shù)化方面實際需要。

2）深化設(shè)計碰撞檢查，通過碰撞分析和檢測方式，針對傳統(tǒng)設(shè)計模式下一些“錯漏碰缺”問題及時收集處理。比如，在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部組成部分的碰撞檢測以及預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部預(yù)留預(yù)埋定位等一系列內(nèi)容，通過碰撞檢測方式實現(xiàn)對潛在交錯碰撞等問題的有效避免，減少后期施工過程中不必要的更改。

3）BIM 出圖，利用BIM 模型實現(xiàn)對建筑構(gòu)件的信息化描述，直接在BIM 模型上完成構(gòu)件加工圖并生成，通過這一方式，在準確表達傳統(tǒng)圖紙中二維關(guān)系的同時清楚顯示一些復(fù)雜的空間剖面關(guān)系，將各類離散的二維圖紙信息進行集中。通過這一方式，確保模型能夠與預(yù)制工廠緊密協(xié)調(diào)和對接。

4 結(jié)語

BIM 技術(shù)在生產(chǎn)和應(yīng)用方面能夠與時代發(fā)展趨勢緊密結(jié)合，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面應(yīng)用更為廣泛，BIM 技術(shù)在實際應(yīng)用中不僅可以節(jié)約建筑設(shè)計人力和物力方面的花費，還能夠很大程度上促進工程質(zhì)量的提高。BIM 技術(shù)的應(yīng)用能夠促進建筑模型的可視化發(fā)展，滿足我國綠色設(shè)計理念要求。相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，BIM 技術(shù)在實際應(yīng)用中優(yōu)勢更為顯著，設(shè)計人員可結(jié)合實際情況合理選擇建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，當下在我國各方面發(fā)展中需要重視BIM 技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)，以便在各方面更好地發(fā)揮BIM 技術(shù)價值的作用。