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

黃斌

摘? 要：信息化技術(shù)的不斷發(fā)展進步推動了各個產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，以建筑業(yè)為例，通過應(yīng)用BIM技術(shù)為建筑行業(yè)帶來了新一次的革命。通過應(yīng)用BIM技術(shù)能夠?qū)ㄖM行建模，通過構(gòu)建完整的BIM模型完成對于工程實現(xiàn)對于工程項目的全面描述，BIM模型能夠匯聚建筑設(shè)計、施工以及甲方等各個環(huán)節(jié)的資源信息并通過共享讓各方都能夠查看和使用。BIM技術(shù)在建筑設(shè)計應(yīng)用較為成熟，但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面仍存在一定的欠缺，做好BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用是十分重要且必要的。為做好BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用需要做好BIM建筑模型信息轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)信息模型的研究，從而使得BIM技術(shù)能夠具有更好地結(jié)構(gòu)分析能力和繪制平面施工圖能力，為建筑業(yè)發(fā)展注入更強的活力。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);結(jié)構(gòu)設(shè)計;應(yīng)用研究

中圖分類號：TU318? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）32-0167-02

Abstract： The continuous development and progress of information technology has promoted the continuous development of various industries. Taking the construction industry as an example， the application of BIM technology has brought a new revolution to the construction industry. Through the application of BIM technology， the building can be modeled， and the complete BIM model can be constructed to complete the comprehensive description of the engineering project. BIM model can bring together the resource information of architectural design， construction and Party A and so on， and can be viewed and used by all parties through sharing. The application of BIM technology in architectural design is more mature， but there are still some deficiencies in structural design. It is very important and necessary to do facilitate the application of BIM technology in structural design， so it is necessary to do a good research on the transformation of BIM building model information into structural information model， so that BIM technology can be equipped with the abilities in better structural analysis and drawing plane construction， thus bringing more vitality into the development of the construction industry.

Keywords： BIM technology; structure design; application research

前言

BIM技術(shù)是一種伴隨建筑全壽命周期的建筑技術(shù)，其以數(shù)據(jù)采集與分析為核心匯聚包括建筑設(shè)計方、施工方、管理方等各方的信息數(shù)據(jù)，并通過共享的方式方便各方的查看分析、各專業(yè)的協(xié)作。BIM技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)設(shè)計時其可以通過構(gòu)建建筑三維模型，利用其可視化的特點幫助設(shè)計人員進行更好的設(shè)計。而在施工、施工管理和施工規(guī)劃時，BIM技術(shù)所帶有的三維實體效果、工程造價、施工規(guī)劃等功能能夠有效指導(dǎo)施工，從而從根本上改變以往的施工模式，輔助施工，保障建筑工程施工。

1 BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所存在的問題

BIM技術(shù)指的是以BIM核心軟件為中心平臺，銜接各類其他的專業(yè)軟件組成一個廣義的BIM，而結(jié)構(gòu)分析設(shè)計人員是BIM技術(shù)中的一個重要組成部分。結(jié)構(gòu)工程師在建筑工程設(shè)計中主要用于解決一些具體的問題，通過對同一問題進行分析并從不同的側(cè)面提供相應(yīng)的解決方案，從而保障建筑工程空間效果和設(shè)備管線空間尺寸要求之間的和諧統(tǒng)一，避免結(jié)構(gòu)件與其他專業(yè)元素之間發(fā)生沖突。結(jié)構(gòu)工程師在相應(yīng)的設(shè)計時往往需要結(jié)合相應(yīng)的實際情況采用一些異型件，如折梁、變截面梁、缺口梁、異形柱、SRC組合構(gòu)件等。但是在現(xiàn)有的BIM技術(shù)建模工具中一般并不包含有異形構(gòu)件的模塊，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計中如采用常規(guī)構(gòu)件來替代異形構(gòu)件將無法發(fā)揮出BIM技術(shù)的優(yōu)點，常規(guī)構(gòu)件將使得一些隱蔽的問題無法及時的獲得發(fā)現(xiàn)，而對于一些并未有沖突的地方BIM技術(shù)將會發(fā)出誤報，影響B(tài)IM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。為使得BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中獲得良好的應(yīng)用效果，結(jié)構(gòu)工程師需要創(chuàng)造自己的異型構(gòu)建族，從而對結(jié)構(gòu)工程師的使用帶來一定的不便。

國內(nèi)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工圖的繪制上采用平面表示法，設(shè)計人員通過在平面圖上標(biāo)準(zhǔn)一些代號進行表示，而施工技術(shù)人員通過對照標(biāo)準(zhǔn)圖集則可以將相應(yīng)的代號轉(zhuǎn)換為工藝圖或是放樣圖。這一方式極大簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計師的繪圖工作。而在BIM技術(shù)中由于可以通過從三維模型中提取相關(guān)的數(shù)據(jù)生成施工工藝人員所需要的工藝圖或是放樣圖，在BIM技術(shù)中并未有相應(yīng)的平面表示法模塊。這一缺憾與國內(nèi)設(shè)計人員的設(shè)計習(xí)慣并不相符，影響了結(jié)構(gòu)工程師的使用效果，此外，由于BIM技術(shù)缺少了平面表示法這一環(huán)節(jié)其與國內(nèi)所要的施工圖文檔的報審和備案要求相悖。

BIM技術(shù)是一種三維立體建模技術(shù)，通過應(yīng)用BIM技術(shù)能夠有效地解決CAD二維平面設(shè)計過程中所存在的一些弊端。為做好BIM技術(shù)在建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用需要結(jié)合BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中所存在的問題進行分析并采取一定的措施對其加以優(yōu)化，保障BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中取得良好的應(yīng)用效果。

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

建筑結(jié)構(gòu)工程師通過BIM軟件完成建筑項目的實體建模，而后將建立完成的實體物理模型導(dǎo)入到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析軟件中，利用結(jié)構(gòu)分析軟件完成建筑項目的結(jié)構(gòu)分析計算，并依據(jù)結(jié)構(gòu)分析軟件所算出的結(jié)果進行修改并更新物理模型和施工工藝圖。通過應(yīng)用BIM技術(shù)能夠有效地實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工平面圖繪制之間的無縫鏈接，提高設(shè)計效果。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中由于需要考慮到建筑結(jié)構(gòu)模型中所包含的大量信息（如單元截面特性、材料力學(xué)特性、載荷條件等），導(dǎo)致結(jié)構(gòu)模型較為復(fù)雜，導(dǎo)入到BIM技術(shù)進行結(jié)構(gòu)分析時需要考慮到結(jié)構(gòu)模型是否能夠完成模型的轉(zhuǎn)換與計算，而利用BIM技術(shù)所建立的BIM結(jié)構(gòu)模型與有限元結(jié)構(gòu)分析模型之間的無縫互聯(lián)問題對BIM技術(shù)的應(yīng)用造成了一定的影響。

3 平法表示鋼筋信息和實體詳圖鋼筋表示在BIM技術(shù)中的應(yīng)用

在BIM技術(shù)中利用平法所表示的鋼筋信息相較于傳統(tǒng)的平法施工圖存在著一定的差異。在BIM技術(shù)中使用平法所表示的鋼筋信息除了包含有一定的符號信息外，并將這一類信息賦值給構(gòu)件，從而在構(gòu)件上形成符號與數(shù)值的整體，方便查看和分析。此外，由于BIM技術(shù)中的平法注釋族和BIM屬性欄中的參數(shù)相關(guān)聯(lián)，設(shè)計人員通過修改屬性欄中的參數(shù)將能夠?qū)⑿薷男畔⒎奖愕墓蚕淼秸w模型中，并傳遞至平法施工圖中，便于施工工藝技術(shù)人員結(jié)合平法表示法進行查看。BIM技術(shù)中所表示的平法表示鋼筋信息（符號、數(shù)值化信息、位置等）都可結(jié)合修改自動進行更新。利用平法表示鋼筋能夠在一張圖紙上盡可能地包含足夠多的鋼筋信息，從而方便繪圖設(shè)計，圖紙的表達也更加簡潔高效。需要注意的是利用平法表示鋼筋雖然能夠極大的簡化鋼筋的表示，但是其相對于三維實體鋼筋表示缺乏足夠的直觀性，需要在分析平法表示的基礎(chǔ)上取對鋼筋的三維效果進行想象，無法直接指導(dǎo)施工。而在對于結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要借助于其他第三方軟件對其進行有限元分析。

實體鋼筋表示，就是利用BIM技術(shù)對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的三維表示，建立起的BIM模型，以3D的形式表達建筑結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)件，并詳細標(biāo)注鋼筋信息。實體鋼筋表示能夠?qū)︿摻畹某叽?、位置進行詳細的標(biāo)注，鋼筋位置發(fā)生沖突時的避讓與實際情況保持一致，方便于查看隱蔽工程、建筑結(jié)構(gòu)的信息，此類方法可以方便結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對建筑工程所需要的各類混凝土、鋼筋等級、直徑的計算。相對于平法表示，實體鋼筋表示可以方便結(jié)構(gòu)設(shè)計人員確定鋼筋的位置以及形式、尺寸等的信息，對于沖突區(qū)域可以方便的對構(gòu)件進行放大剖析對設(shè)計進行調(diào)整優(yōu)化。借助于鋼筋實體表示可以方便的對鋼筋和混凝土的用量進行統(tǒng)計計算。借助于實體鋼筋表示可以方便地對隱蔽工程的混凝土信息進行查詢，借助于三維視圖通過改變混凝土相關(guān)參數(shù)設(shè)定可以改變混凝土的透明度從而方便對隱蔽工程中所含有的鋼筋信息進行查詢分析。需要注意的是實體鋼筋表示將會對建筑工程設(shè)計方案中的鋼筋位置及長度進行逐根確定，因此需要巨大的計算數(shù)據(jù)，對于電腦的數(shù)據(jù)處理能力和顯卡要求較高，并且設(shè)計完成后的圖紙篇幅和用量較大。

4 BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計中的應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用是建立在BIM模型的基礎(chǔ)上的，利用BIM完成對于建筑項目的建模：建立新項目-軸網(wǎng)建立-樓層標(biāo)高設(shè)定-結(jié)構(gòu)柱-混凝土梁-混凝土樓板-基礎(chǔ)。以某三層別墅的BIM建模為例，別墅整體采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用柱下獨立基礎(chǔ)，借助于BIM技術(shù)可以方便地完成結(jié)構(gòu)主體的建模與結(jié)構(gòu)分析以及各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)。此別墅的BIM建模采用平法表示，通過共享參數(shù)標(biāo)注族和自己制作的標(biāo)簽族，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的全過程平法表示。在對此別墅進行建模的過程中首先按照建模步驟完成別墅所需基礎(chǔ)、梁、板、柱等構(gòu)件，并借助參數(shù)共享與標(biāo)簽族繪制平法施工圖的方式完成相關(guān)制作，結(jié)構(gòu)設(shè)計師需要結(jié)合自身習(xí)慣完成相關(guān)構(gòu)件的構(gòu)建，在制作構(gòu)件時需要結(jié)合平法施工圖規(guī)范圖集制作合適的文件，完成別墅模型的建立。通過建立共享參數(shù)與標(biāo)簽族可以方便建筑結(jié)構(gòu)圖構(gòu)件信息參數(shù)的共享，在一處信息改變后其他位置的信息都將跟著改變，保證了BIM中參數(shù)的一致性。完成了對于BIM結(jié)構(gòu)模型和族文件的編制后，可以從BIM結(jié)構(gòu)軟件中設(shè)計出梁板柱和相關(guān)詳圖的平法施工圖表示，其所顯示出的圖紙與用CAD所表示的圖形相一致。

BIM和平法雖然在表現(xiàn)形式上有所差別，BIM技術(shù)中主要通過創(chuàng)建三維模型而平法則是通過二維的抽象表示符號進行表示，但是兩者在鋼筋信息的表示上所顯示的信息是一致的，兩者之間并未有根本性的沖突，而是可以將兩者相互結(jié)合從而可以更清晰、更全面的對其進行表示。BIM技術(shù)與平法兩者之間存在著結(jié)合的可能，在BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計時，利用BIM軟件可以繪制結(jié)構(gòu)平法施工圖，通過共享參數(shù)、標(biāo)簽族文件的建立完成BIM技術(shù)與平法之間的結(jié)合。需要注意的是BIM中的平法和傳統(tǒng)的平法之間存在一定的差異，在應(yīng)用時需要結(jié)合實際在制圖規(guī)則上進行針對性的改動。

5 結(jié)束語

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展BIM技術(shù)將有著更加廣闊的應(yīng)用前景，結(jié)構(gòu)設(shè)計作為BIM技術(shù)設(shè)計中的重點也是難點將會進入一個嶄新的階段，借助于BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用和發(fā)展將使得建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的銜接更加緊密，結(jié)構(gòu)與施工之間的聯(lián)系更加密切，從而使得BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中獲得更好的應(yīng)用。本文在分析BIM技術(shù)特點的基礎(chǔ)上對其在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進行分析介紹，對于BIM與結(jié)構(gòu)施工圖之間的關(guān)系，尤其是平法表示和實體鋼筋表示兩者之間的區(qū)別和聯(lián)系進行分析和說明，BIM平法與傳統(tǒng)平法在表示上存在一定的差異，在應(yīng)用時需要引起足夠的注意。在BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計中時可以利用BIM軟件繪制結(jié)構(gòu)平法圖，借助于創(chuàng)建共享參數(shù)和標(biāo)簽族文件將能夠滿足BIM與平法結(jié)合的要求。

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