淺談基于BIM技術(shù)的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李世鑫

摘要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)的新技術(shù)運(yùn)用是越來(lái)越多。隨著建筑工程數(shù)量的增多，人們對(duì)于建筑質(zhì)量和設(shè)計(jì)要求也是越來(lái)越高，這就需要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要建筑師注重新技術(shù)和新方法的運(yùn)用，從而更好地提升建筑性能。BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，可以很好地提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。本文主要對(duì)BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)和BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了闡述，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；BIM 技術(shù)；功能；應(yīng)用

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，建筑工程在數(shù)量和規(guī)模上都有明顯增長(zhǎng)，對(duì)建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提出了更高的要求。通過(guò)BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以更加直觀觀察到建筑整體的結(jié)構(gòu)模型，然后對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行完善，從而更好地提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，更好的保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)際上就是指基于建筑項(xiàng)目信息而構(gòu)建一個(gè)三維立體的工程數(shù)據(jù)模型，通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的合理利用能夠讓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加立體的向工作人員進(jìn)行展示。而B(niǎo)IM技術(shù)起源于外國(guó)，近些年來(lái)才被引入我國(guó)，在各行業(yè)中均有所涉獵，而尤以建筑行業(yè)的應(yīng)用效果最佳。通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的繪圖工作就能夠?qū)崿F(xiàn)由以往的分布繪圖向多專業(yè)共同繪圖的發(fā)展，也就推動(dòng)了我國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)工作的不斷進(jìn)步。

2現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的不足

2.1建模技術(shù)不完善

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)有上千年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了手工、平面圖紙和立體模型的變化，信息時(shí)代來(lái)臨后，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)不斷完善，能夠更好的滿足使用要求，但依然存在一定不足。比如傳統(tǒng)的建模技術(shù)主要依靠設(shè)置固定參數(shù)的方式進(jìn)行，但在實(shí)際工作中，參數(shù)值會(huì)出現(xiàn)少許變化，而如果建設(shè)方案出現(xiàn)較大調(diào)整，模型的構(gòu)建甚至?xí)ヒ饬x。這是目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的主要不足。

2.2圖紙指導(dǎo)性不足

設(shè)計(jì)圖紙是具體施工的指導(dǎo)性文化，其是否完善、科學(xué)直接影響建筑結(jié)構(gòu)的具體施工和建設(shè)效果。當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)下，出具的圖紙存在一定的問(wèn)題，影響其指導(dǎo)性。比如設(shè)計(jì)人員常用的CAD平面圖，該圖可以較好的給出尺寸比例和基本框架，但在建筑層次感的表達(dá)上存在顯著的欠缺，如果建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，或者施工環(huán)境包含大量交錯(cuò)的各類管線，圖紙的指導(dǎo)價(jià)值將大為下降。這也是目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的不足之一。

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

3.1 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1.1可視化

可視化即“所見(jiàn)所得”的形式，對(duì)于建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，可視化的作用是非常大的，例如經(jīng)常拿到的施工圖紙，只是各個(gè)構(gòu)件信息在圖紙上的線條繪制表達(dá)，其真正的構(gòu)造形式需要建筑人員和施工人員自行想象。一般簡(jiǎn)單構(gòu)造通過(guò)想象進(jìn)行了解未嘗不可，但復(fù)雜建筑造型在近些年不斷的出現(xiàn)，依靠人腦想象存在明顯困難。BIM提供了可視化的思路，將以往的線條式的構(gòu)件形成一種三維的立體實(shí)物圖形展示在人員面前。

3.1.2可優(yōu)化

建筑結(jié)構(gòu)整個(gè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的過(guò)程是一個(gè)不斷優(yōu)化的過(guò)程，優(yōu)化和BIM不存在實(shí)質(zhì)性的必然聯(lián)系，但在BIM的基礎(chǔ)上可以做更好的優(yōu)化、更好地做優(yōu)化。優(yōu)化受三個(gè)要素的制約：信息、復(fù)雜程度和時(shí)間。沒(méi)有準(zhǔn)確的信息得不到合理的優(yōu)化結(jié)果，BIM模型提供了建筑物的實(shí)際存在的信息，包括幾何信息、物理信息、規(guī)則信息，還提供了建筑物變化以后的實(shí)際存在，即便復(fù)雜項(xiàng)目也可以調(diào)整。如建筑外形結(jié)構(gòu)的變化，可以對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行放大，之后更改參數(shù)，調(diào)整到合適大小、模樣即可，優(yōu)化能力顯著。

3.1.3模擬性

模擬性并不是只能模擬設(shè)計(jì)出的建筑物模型，BIM模擬性還可以模擬一些特殊條件、事物。在設(shè)計(jì)階段，BIM可以對(duì)設(shè)計(jì)上需要的一些要素進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，例如：節(jié)能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導(dǎo)模擬等；在招投標(biāo)和施工階段可以進(jìn)行4D模擬，也就是根據(jù)施工的組織設(shè)計(jì)模擬實(shí)際施工，從而來(lái)確定合理的施工方案來(lái)指導(dǎo)施工。這一優(yōu)勢(shì)是任何傳統(tǒng)技術(shù)不具備的，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)工作十分有利。

3.2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方式

3.2.1建模階段的應(yīng)用

建模工作是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要工作之一，是圖紙出具、細(xì)節(jié)調(diào)整甚至成本核算等工作的基礎(chǔ)之一，在建模階段，BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常突出。前文介紹了BIM技術(shù)的可視化和模擬性優(yōu)勢(shì)，這兩個(gè)優(yōu)勢(shì)對(duì)于建模工作的助力巨大。人員首先了解建筑的基本情況，確定各類參數(shù)，構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的基本外形，之后根據(jù)建筑的實(shí)際情況模擬各類條件。比如某建筑建設(shè)地點(diǎn)在北方，對(duì)采陽(yáng)的要求較高，完成基礎(chǔ)建模工作后，模擬光照條件，了解其能夠接受光照的水平，發(fā)現(xiàn)建筑8層以下無(wú)法接受有效光照，直接對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使不同建筑之間的距離增加1.5m，光照條件明顯改觀。這一技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。

3.2.2施工階段的應(yīng)用

施工階段，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要包括細(xì)節(jié)調(diào)整、孔洞預(yù)留等。常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)包括入室線路孔洞、采陽(yáng)窗位置、隔熱材料選取、保溫材料選取、墻內(nèi)線路走向等等，這些細(xì)節(jié)方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題極可能導(dǎo)致建筑性能下降，比如保溫材料的選擇。我國(guó)北方進(jìn)入秋末時(shí)節(jié)之后，溫度即會(huì)顯著降低，直到來(lái)年春季才會(huì)回暖，這一時(shí)間段內(nèi)北方會(huì)進(jìn)行集中供暖，但供暖期外低溫環(huán)境也會(huì)影響正常生活，因此保溫材料非常重要。選取保溫材料時(shí)，可通過(guò)BIM技術(shù)不斷進(jìn)行模擬，以10℃、0℃、零下10℃環(huán)境為固定條件，判斷分析不同材料的保溫效能，最終選擇合適材料。

3.2.3出圖方面的應(yīng)用

BIM技術(shù)條件下，出具的圖紙帶有明顯的立體感和層次性，這是其較各類傳統(tǒng)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)之一，也是其可視化優(yōu)勢(shì)的一種延伸。BIM技術(shù)下，人員先利用軟件完成建模，之后調(diào)整各項(xiàng)細(xì)節(jié)，出具帶有色彩和光特色的圖紙，施工人員能夠一目了然的了解建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心理念。如果建筑的規(guī)模較大，還可以就其細(xì)節(jié)進(jìn)行放大，出具具體的小范圍結(jié)構(gòu)圖紙，圖紙綜合考慮了和建筑總體的比例關(guān)系以及基本的外觀情況，并通過(guò)光特色表達(dá)了各結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系，層次感、差異感十分明顯，設(shè)計(jì)人員還可以進(jìn)一步放大或者縮小圖紙進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，BIM技術(shù)出圖優(yōu)勢(shì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)。

4 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)分析

工作人員在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)難點(diǎn)：

（1）應(yīng)重視對(duì)模型空間結(jié)構(gòu)完整性的保持。只有這樣，才能夠保證工作人員能夠利用BIM技術(shù)來(lái)構(gòu)建出一個(gè)動(dòng)態(tài)的施工圖與結(jié)構(gòu)模型。

（2）重視對(duì)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的合理選擇。這是因?yàn)楣ぷ魅藛T在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要是為了保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性能夠達(dá)到相關(guān)要求。而建筑施工材料的質(zhì)量往往會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能造成極大的影響，因此工作人員應(yīng)通過(guò)BIM模型來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)復(fù)雜參數(shù)進(jìn)行具體分析。這就要求工作人員應(yīng)在實(shí)際工作中，能夠盡量選擇較為標(biāo)準(zhǔn)的或是較為簡(jiǎn)單的建筑結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)分析模型、物理模型與施工圖文檔完全數(shù)據(jù)模型的無(wú)縫連接，以避免造成數(shù)據(jù)丟失的情況。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到的專業(yè)知識(shí)的內(nèi)容較多，再加上建筑工程還具有生命周期長(zhǎng)、建設(shè)周期短的特點(diǎn)。因此，以往采取的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無(wú)法滿足建筑工程低消耗與低污染的要求。這就要求相關(guān)部門必須加強(qiáng)BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究的力度，才能在確保建筑工程建設(shè)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上，促進(jìn)建筑工程施工質(zhì)量的有效提升。

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（作者單位：黑龍江省建設(shè)集團(tuán)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司）