建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用分析

段 勇

（黔南州建筑設(shè)計(jì)研究院，貴州 都勻 558000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是一種工程數(shù)據(jù)模型，這種基于三維數(shù)字技術(shù)的模型可以將建筑工程項(xiàng)目各相關(guān)信息匯成一體。美國(guó)學(xué)者率先提出建筑信息模型概念，其主要是通過(guò)數(shù)字模型來(lái)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)并維護(hù)項(xiàng)目，提升建筑領(lǐng)域數(shù)字化與信息化水平。如果將Auto CAD技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用當(dāng)成建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的第一次革命（計(jì)算機(jī)繪圖取代人工繪圖），BIM技術(shù)則是這一領(lǐng)域內(nèi)的二次革命，因?yàn)樵摷夹g(shù)實(shí)質(zhì)上是將建筑繪圖從傳統(tǒng)的多專業(yè)各種獨(dú)立、分步驟繪圖向計(jì)算機(jī)信息技術(shù)（多專業(yè)共同繪圖）轉(zhuǎn)變。也就是說(shuō)，BIM技術(shù)實(shí)質(zhì)上是某種全新型信息化管理技術(shù)，通常應(yīng)用于工程項(xiàng)目管理。建筑信息模型技術(shù)實(shí)施路徑如圖1所示。

圖1 建筑信息模型技術(shù)路線

1 BIM技術(shù)簡(jiǎn)述

在建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，需要運(yùn)用各方面的信息，數(shù)據(jù)量十分龐雜，且不少信息屬于動(dòng)態(tài)信息，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行整理存在一定的難度。如果一種新型技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信息進(jìn)行及時(shí)地收集整理，使工程設(shè)計(jì)能夠更加有效地運(yùn)用這些龐雜的信息，將會(huì)對(duì)建筑工程的設(shè)計(jì)和后期的合理施工產(chǎn)生重要的意義。BIM技術(shù)就是在這種背景下應(yīng)用于建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的。

1.1 BIM技術(shù)主要特征

BIM技術(shù)主要是通過(guò)構(gòu)建數(shù)字化模型實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)、施工、管理的一種先進(jìn)技術(shù)，其主要特征包括3個(gè)方面，即信息集成化、信息傳遞性以及協(xié)同設(shè)計(jì)。

1）信息集成化 其主要包括設(shè)計(jì)過(guò)程的集成化與設(shè)計(jì)信息的集成化。

2）信息傳遞性 該特性是BIM技術(shù)的獨(dú)有特點(diǎn)之一。也即是說(shuō)，當(dāng)修改程序中的單個(gè)數(shù)據(jù)后，BIM系統(tǒng)自帶的自動(dòng)修復(fù)功能將會(huì)發(fā)生作用，將修改信息傳遞至相應(yīng)的圖元。

3）協(xié)同設(shè)計(jì) BIM技術(shù)充分發(fā)揮了設(shè)計(jì)、施工、管理之間的紐帶作用，并在這一過(guò)程中幫助工程的順利實(shí)施提供詳盡的數(shù)據(jù)支撐，使工程建設(shè)更加趨于科學(xué)化、規(guī)范化。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用存在的不足

從當(dāng)前我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用BIM技術(shù)的實(shí)際情況來(lái)看，該技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用還存在以下不足。

1）該軟件大都是由國(guó)外軟件商開發(fā)，實(shí)現(xiàn)本土化的過(guò)程中還存在一些問(wèn)題。

2）軟件對(duì)應(yīng)用人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高，我國(guó)還需要加大這方面人才的培養(yǎng)力度。

3）軟件模塊之間連接不夠順暢，數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)傳遞效率不高，制約了BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域的發(fā)展。

2 傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷

盡管在傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中探索運(yùn)用了有關(guān)建筑信息模型，但是該模型尚不完善，相關(guān)模塊的設(shè)置也不夠合理，影響了其功能的發(fā)揮。

2.1 設(shè)計(jì)與分析策略性不足

建筑信息模型有關(guān)軟件在建筑信息模型傳播時(shí)始終被頻繁提及，足以說(shuō)明相關(guān)軟件的應(yīng)用對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)具有十分重要的意義，建筑信息模型軟件應(yīng)用在建筑信息模型實(shí)踐中同樣屬于最為普遍的一個(gè)突破口。在推動(dòng)建筑信息模型認(rèn)知與發(fā)展過(guò)程中，軟件開發(fā)商可謂是功不可沒。不過(guò)與新型的BIM技術(shù)相比，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件依然存在明顯的分析與設(shè)計(jì)能力缺陷，功能尚不夠強(qiáng)大，這似乎成為其無(wú)法逾越的鴻溝，制約了其進(jìn)一步的發(fā)展。

2.2 設(shè)計(jì)步驟方面的不足

傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)最典型的缺陷就是設(shè)計(jì)協(xié)同問(wèn)題，且設(shè)計(jì)協(xié)同問(wèn)題與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程之間存在互相干擾，這也是當(dāng)前設(shè)計(jì)流程缺陷的主要原因，現(xiàn)代設(shè)計(jì)協(xié)同發(fā)展因此受到明顯制約。各專業(yè)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維中的工作重點(diǎn)均有所不同，各專業(yè)圖紙的重點(diǎn)均為本專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)圖紙?jiān)诟髟O(shè)計(jì)環(huán)節(jié)信息交流中成為現(xiàn)實(shí)制約，這一環(huán)節(jié)不打通，或打通質(zhì)量不高，會(huì)增加信息溝通與工作協(xié)同難度，無(wú)法實(shí)時(shí)完成信息共享。特別是在單一專業(yè)設(shè)計(jì)變化條件下，設(shè)計(jì)師溝通不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)隱藏，設(shè)計(jì)返工會(huì)因此而出現(xiàn)，有時(shí)甚至?xí)奂案鲗I(yè)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，進(jìn)度均有可能因此而受到嚴(yán)重影響。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用分析

當(dāng)前，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要集中在模型構(gòu)建、建筑空間規(guī)劃、建筑結(jié)構(gòu)性能研究、鋼結(jié)構(gòu)建模等方面，其具體應(yīng)用情況如下。

3.1 模型構(gòu)建

BIM技術(shù)能通過(guò)真實(shí)構(gòu)件有效表示出三維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型。和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)相比，BIM技術(shù)全面打破了CAD技術(shù)只可以完成平面信息傳遞這一現(xiàn)實(shí)瓶頸，能通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件將結(jié)構(gòu)整體、不同構(gòu)件相互間關(guān)系直觀地表達(dá)出來(lái)。設(shè)計(jì)實(shí)際結(jié)構(gòu)時(shí)，可以基于BIM技術(shù)、可視化技術(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)性的展示出結(jié)構(gòu)變化，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，將合理、科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)成功，將設(shè)計(jì)缺陷迅速調(diào)整，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行及時(shí)修改，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量提升。

3.2 建筑空間規(guī)劃應(yīng)用

建筑設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)即為空間規(guī)劃，建筑地點(diǎn)選定條件下即應(yīng)開始分析當(dāng)?shù)乜臻g、地形，如果基地地形比較復(fù)雜，則更有必要分析地形結(jié)構(gòu)。利用BIM技術(shù)分析建筑基地坡向、斜率、坡高等空間，可以初步探索地形復(fù)雜區(qū)域建立建筑物的可行性，奠定設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，打通設(shè)計(jì)思路。利用GIS建?？梢赃M(jìn)行坡度分析，模擬各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要由各層面以各種視角展開分析、研究，將系列性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)就此生成，為未來(lái)設(shè)計(jì)提供具體的參考依據(jù)。完成地形探索條件下，建筑物空間規(guī)劃工作即可展開。通常有必要基于BIM技術(shù)來(lái)可視化分析建筑物的空間規(guī)劃，利用3D技術(shù)將建筑物立體化展示出來(lái)，同時(shí)展開道路可視分析、規(guī)劃可視度分析、室內(nèi)視野分析等，各類分析展開之前的前置環(huán)節(jié)是有關(guān)模型構(gòu)建，建立好相關(guān)模型后應(yīng)利用BIM技術(shù)調(diào)試，和各因素相結(jié)合進(jìn)行統(tǒng)一考慮，將最理想的空間規(guī)劃模型建立成功。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)性能研究

本質(zhì)來(lái)看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上并非簡(jiǎn)單排列建筑的各組成部分，而是需要有機(jī)組合建筑物的各部分，以此建立起可以相互支持的建筑整體，為建筑結(jié)構(gòu)整體牢固性、抗震性等達(dá)標(biāo)提供保障，因此很有必要分析建筑結(jié)構(gòu)性能。BIM技術(shù)宜將有關(guān)性能分析軟件設(shè)計(jì)出來(lái)，并在軟件內(nèi)導(dǎo)入建筑信息模型數(shù)據(jù)，以此將分析過(guò)程快速、準(zhǔn)確地完成，基于分析結(jié)果將設(shè)計(jì)缺陷迅速改變，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量提升。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)建模應(yīng)用

伴隨建筑工程持續(xù)發(fā)展，建筑工程日益呈現(xiàn)出大空間、大跨度發(fā)展趨勢(shì)，這也逐步增大了鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用數(shù)量與規(guī)模。鋼結(jié)構(gòu)鏈接、強(qiáng)化件數(shù)量眾多，布置極廣，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度因此明顯增大?；贐IM技術(shù)，則能在計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)梁高度基礎(chǔ)上專門設(shè)計(jì)所有連接件，參數(shù)化處理這些連接件，基于BIM技術(shù)參數(shù)共享則能有效控制好鋼結(jié)構(gòu)中連接件（種螺栓等）間距與數(shù)量，如果有新連接件構(gòu)建，設(shè)計(jì)師無(wú)需進(jìn)行重復(fù)設(shè)計(jì)工作，僅需對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整就能實(shí)現(xiàn)新連接件設(shè)計(jì)；基于BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)師同樣可以將加強(qiáng)件的大樣圖輕松繪制成功，滿足加強(qiáng)件的設(shè)計(jì)與制作需要。而從鋼結(jié)構(gòu)施工角度來(lái)看，BIM技術(shù)能夠有效簡(jiǎn)化技術(shù)人員的工作量，讓其僅需基于設(shè)計(jì)位置全能完成加強(qiáng)件部位設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺陷因此可以被全面規(guī)避。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的能力逐漸增強(qiáng)。把BIM技術(shù)引入建筑設(shè)計(jì)中，對(duì)于提升我國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)水平、提高我國(guó)建筑工程的整體質(zhì)量都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。從我國(guó)目前的實(shí)際情況來(lái)看，BIM技術(shù)已經(jīng)具有了較為成熟的系統(tǒng)化環(huán)境，作為建筑工程設(shè)計(jì)師，應(yīng)當(dāng)充分把握建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，同時(shí)熟練掌握BIM相關(guān)技術(shù)規(guī)范，將兩者進(jìn)行有機(jī)融合，唯有如此，才能實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)化、規(guī)范化水平，建設(shè)高水平、高質(zhì)量的建筑工程。