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

郭沖

河南中核五院研究設(shè)計(jì)有限公司 河南鄭州 450000

1 BIM技術(shù)的應(yīng)用特征

作為一種全新化的建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)模式，BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用過(guò)程來(lái)看，其具有以下應(yīng)用特征：

其一，建筑設(shè)計(jì)信息的可視化管理。在BIM技術(shù)平臺(tái)下，數(shù)字化、立體化的三維可視模型得以有效建立，其為信息決策的高效進(jìn)行奠定了良好基礎(chǔ)。

其二，設(shè)計(jì)信息管理的協(xié)調(diào)性。建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，信息協(xié)調(diào)是基于BIM技術(shù)信息交互平臺(tái)的建立而實(shí)現(xiàn)的。具體而言，其將建設(shè)單位、施工單位、業(yè)主等信息交互方納入管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了信息資源的高效應(yīng)用。

其三，建筑設(shè)計(jì)過(guò)程可模擬性管理。與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)所不同的是，在BIM技術(shù)支撐下，建筑結(jié)構(gòu)的物理特征和空間特征可以規(guī)范輸入，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的虛擬施工，為后期建設(shè)提供有效參考。

2 BIM技術(shù)與傳統(tǒng)建筑的區(qū)別及優(yōu)勢(shì)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建筑企業(yè)對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性需求更高，安全性要求更高。在建筑企業(yè)中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑的開(kāi)發(fā)支出的很大一部分內(nèi)容，傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)模式在建筑設(shè)計(jì)中要花費(fèi)時(shí)間和大量資金。所謂企業(yè)內(nèi)部開(kāi)源節(jié)流，要從建筑設(shè)計(jì)中抓起，提升設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約支出，增加企業(yè)收益。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行成本控制，不僅在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)上進(jìn)行更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)，更是在施工的每一個(gè)階段都及時(shí)進(jìn)行復(fù)算以避免出現(xiàn)實(shí)施錯(cuò)誤，但這一要求在CAD模式之下實(shí)現(xiàn)具有困難性。而B(niǎo)IM技術(shù)基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化升級(jí)，提升產(chǎn)品的建筑特點(diǎn)，其基于整體之中進(jìn)行布局探討，在建筑的設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)維階段進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)方案建設(shè)過(guò)程，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，BIM技術(shù)的直觀性更強(qiáng)，可操作性更高[1]。

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

3.1 BIM技術(shù)在模型構(gòu)建中的應(yīng)用

（1）基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型構(gòu)建。在使用BIM技術(shù)的過(guò)程中，需要涉及多種軟件，如計(jì)算軟件、作圖軟件、工程量、造價(jià)分析計(jì)算軟件等，為了解決這些復(fù)雜的軟件問(wèn)題，可以采用IFC標(biāo)準(zhǔn)格式，通過(guò)IFC標(biāo)準(zhǔn)格式對(duì)最小結(jié)構(gòu)單元的幾何尺寸、材料性質(zhì)、組織形式等進(jìn)行定義處理，并通過(guò)建立BIM材料族庫(kù)完成各個(gè)軟件的正常運(yùn)行。以磚墻結(jié)構(gòu)為例，可以通過(guò)IFC標(biāo)準(zhǔn)模型明確磚墻結(jié)構(gòu)所需材料的尺寸、物理性能、力學(xué)性能要求，確定需要采取何種規(guī)格的磚塊，然后通過(guò)關(guān)聯(lián)材料實(shí)體完成磚塊和墻體材料之間的聯(lián)系，最終確定工程方案[2]。

（2）BIM結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建。建立BIM建筑模型時(shí)，建筑的所有材料信息都需要錄入系統(tǒng)中，建筑結(jié)構(gòu)的梁、板、柱等構(gòu)件規(guī)格、尺寸等在系統(tǒng)材料數(shù)據(jù)庫(kù)中有清晰的記錄，通過(guò)該系統(tǒng)可以明確建筑結(jié)構(gòu)模型。例如，在設(shè)計(jì)建筑墻體結(jié)構(gòu)構(gòu)件過(guò)程中，應(yīng)定義好建筑實(shí)體，然后通過(guò)系統(tǒng)對(duì)建筑構(gòu)件之間的關(guān)系、樓層實(shí)體之間的聯(lián)系、空間結(jié)構(gòu)聯(lián)系進(jìn)行直觀的展示。

（3）關(guān)聯(lián)性結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建。各構(gòu)件之間的聯(lián)系是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，通過(guò)BIM技術(shù)建立的建筑模型，可以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)部件之間的關(guān)系進(jìn)行直觀地分辨，通常建筑結(jié)構(gòu)有2種關(guān)聯(lián)：對(duì)稱(chēng)性關(guān)聯(lián)和非對(duì)稱(chēng)性關(guān)聯(lián)。將2個(gè)存在主要和次要關(guān)系的建筑稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)性關(guān)聯(lián)，在進(jìn)行建筑實(shí)體修改時(shí)不會(huì)改變建筑主實(shí)體。例如，墻體和洞口存在主要和次要關(guān)系，在墻體上附著洞口，刪除掉墻體的話會(huì)同時(shí)刪除掉墻上的洞口，而僅刪除次要的洞口不會(huì)對(duì)墻體的存在產(chǎn)生影響[3]。

3.2 BIM技術(shù)在創(chuàng)建鋼結(jié)構(gòu)模型中的應(yīng)用

伴隨著建筑工程數(shù)量的增多與規(guī)模擴(kuò)大，新型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型和材料越來(lái)越先進(jìn)，特別是鋼結(jié)構(gòu)，跨度與空間持續(xù)擴(kuò)大繼而得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)如今，很多造型奇特的結(jié)構(gòu)都利用鋼結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)組件連接和設(shè)計(jì)具有較大難度且繁雜。所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較大難度。而應(yīng)用BIM及時(shí)即可解決其問(wèn)題，計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)梁體展開(kāi)連接組件計(jì)算，自主選擇參數(shù)并分析各參數(shù)的影響。利用BIM技術(shù)數(shù)據(jù)信息分享功能計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)中螺栓數(shù)量、焊縫數(shù)量、間距等，控制好設(shè)計(jì)距離。若有新的組件需要添加到模型中，設(shè)計(jì)人員只要調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)即可，通過(guò)BIM編制大樣圖，便于現(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員通過(guò)樣圖能夠準(zhǔn)確的掌握構(gòu)件位置，保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.3 運(yùn)用BIM技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理運(yùn)用BIM技術(shù)，還可以對(duì)施工圖的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并確定孔洞預(yù)留等情況，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案具有重要作用。通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，主要是對(duì)采陽(yáng)窗位置、墻內(nèi)線路走向、入室線路孔洞、保溫材料選取以及隔熱材料選取等細(xì)節(jié)加以確定，若這些細(xì)節(jié)方面出現(xiàn)問(wèn)題，那么將導(dǎo)致建筑整體性能降低。比如在選擇保溫材料的時(shí)候，通常北方到了秋末時(shí)節(jié)，溫度會(huì)快速下降，至第二年春季溫度才會(huì)逐漸回升，此階段北方處于集中供暖時(shí)期，而建筑結(jié)構(gòu)外部溫度依舊會(huì)很低，若不能合理選擇保溫材料，降低墻體保溫性能，也會(huì)對(duì)室內(nèi)溫度產(chǎn)生影響。對(duì)保溫材料的選取，可以通過(guò)BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)不斷模擬，將固定條件下的溫度設(shè)定在-10℃、0℃還有10℃等，以對(duì)不同材料自身實(shí)際保溫效能實(shí)現(xiàn)充分判斷和分析，優(yōu)化選擇保溫材料。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量提升具有深刻影響。實(shí)踐過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員持有充分認(rèn)識(shí)到BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并做好其在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，才能確保BIM技術(shù)應(yīng)用水平的提升，繼而在保證建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)建筑工程行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。