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

管 濤

（信陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們無(wú)法直接看到立體模型，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題，導(dǎo)致建筑過(guò)程中出現(xiàn)紕漏，增加建筑成本的同時(shí)也會(huì)影響建筑質(zhì)量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分利用BIM技術(shù)，可以保證建筑設(shè)計(jì)更具科學(xué)性、可行性。

1 BIM技術(shù)概述

建筑信息模型簡(jiǎn)稱(chēng)BIM，該技術(shù)是以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的的軟件性工具。其主要通過(guò)可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等優(yōu)勢(shì)，收集、處理建筑結(jié)構(gòu)中的信息。以計(jì)算機(jī)為搭載橋梁，將設(shè)計(jì)圖紙上的模型轉(zhuǎn)變成三維模型，并通過(guò)分析三維模型中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于建筑設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)三維模型檢驗(yàn)設(shè)計(jì)圖紙的可行性，尋找紕漏，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)調(diào)整，最大程度排除建筑的安全隱患，避免出現(xiàn)返工情況。BIM技術(shù)為建設(shè)工程提供技術(shù)性支持，推動(dòng)工程有序開(kāi)展。

2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 優(yōu)越化

合理應(yīng)用BIM技術(shù)能為整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供幫助，全面控制建筑結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在很多制約性因素，BIM技術(shù)可以結(jié)合信息形式以及復(fù)雜程度進(jìn)行準(zhǔn)確分析，優(yōu)化分析階段，精確掌握建筑結(jié)構(gòu)中存在的信息資源，包括幾何信息、規(guī)則信息等。BIM技術(shù)能根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)中的實(shí)際變化要求進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還能在施工前做好外形結(jié)構(gòu)的分析工作，結(jié)合其中的變量因素與目標(biāo)對(duì)象，優(yōu)化整改不正確參數(shù)，快速算量，提升精度，直至符合標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)行實(shí)施。

2.2 可視化

建筑行業(yè)管理中的關(guān)鍵在于可視化，可視化能明確整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的形式，并將施工圖紙和建筑構(gòu)件信息相互結(jié)合。針對(duì)建筑過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，利用這一優(yōu)勢(shì)對(duì)比原有數(shù)據(jù)，完善三維立體模型，以三維渲染動(dòng)畫(huà)的方式進(jìn)行展示，通過(guò)三維立體模型可以更為直觀地找出不足，再有效處理。

2.3 模擬性

BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅可以模擬單一的建筑，還可以模擬特殊事物與條件。BIM技術(shù)能結(jié)合特殊要素，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，包括節(jié)能模擬實(shí)驗(yàn)、緊急疏散人群模擬實(shí)驗(yàn)等。對(duì)外招投標(biāo)時(shí)，采用4D模擬形式進(jìn)行分析，渲染效果更為精準(zhǔn)，通過(guò)直觀的宣傳方式向業(yè)主展示，更能提高業(yè)主滿(mǎn)意度，以提高項(xiàng)目中標(biāo)機(jī)率。

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

3.1 BIM建模

3.1.1 基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型構(gòu)建

BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)模型時(shí)，應(yīng)對(duì)計(jì)算、作圖以及工程造價(jià)等多種問(wèn)題進(jìn)行分析。基于IFC標(biāo)準(zhǔn)格式的背景下，解決結(jié)構(gòu)模型中的問(wèn)題，IFC具有很多優(yōu)勢(shì)，有利于BIM結(jié)構(gòu)模型中對(duì)最小結(jié)構(gòu)單元的幾何尺寸以及組織形式進(jìn)行定義，還能為結(jié)構(gòu)模型建立出模型所需要的材料族庫(kù)。

以磚墻為例，IFC設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的建筑模型，其基礎(chǔ)主要組成結(jié)構(gòu)是磚塊，包括構(gòu)建出磚塊的幾何尺寸、物理能力以及空心等信息。通過(guò)利用構(gòu)建出的材料與實(shí)體相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)建筑墻體與墻體所需材料之間的關(guān)聯(lián)。

3.1.2 BIM結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

材料族庫(kù)建立后，BIM技術(shù)可以將材料模型與建筑結(jié)構(gòu)中構(gòu)建出的模型相關(guān)聯(lián)，例如，建筑結(jié)構(gòu)中的梁、柱、板和樓梯。設(shè)計(jì)建筑墻體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件部分時(shí)，應(yīng)先定義好建筑的實(shí)體性質(zhì)再進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以體現(xiàn)建筑中每個(gè)樓層與實(shí)體之間存在的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而通過(guò)空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)實(shí)體，更直觀地展現(xiàn)墻體實(shí)體與各樓層實(shí)體之間的聯(lián)系。

3.1.3 關(guān)聯(lián)性結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

工作人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)中構(gòu)件之間相關(guān)聯(lián)的因素，通過(guò)BIM技術(shù)建立建筑模型，分析建筑之間存在哪些關(guān)聯(lián)性。通常有兩種形式，一種是對(duì)稱(chēng)性，另一種是非對(duì)稱(chēng)性。建筑模型中的非對(duì)稱(chēng)性主要體現(xiàn)在兩個(gè)建筑之間存在主要、次要的關(guān)系。如果要修改建筑實(shí)體，應(yīng)保證建筑實(shí)體本質(zhì)不發(fā)生變化。針對(duì)墻體與洞口之間的關(guān)聯(lián)性，洞口存在于建筑墻體中，如果在結(jié)構(gòu)模型中刪除墻體，洞口會(huì)隨墻體消失而消失，如果在建筑模型中單一地刪除洞口，墻體依然不變。

3.2 具體應(yīng)用

3.2.1 建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分利用BIM技術(shù)中建構(gòu)的模型，預(yù)估建筑造價(jià)成本，分析其中利弊。這種做法有利于工程建設(shè)初期制定設(shè)計(jì)方案，避免后期施工出現(xiàn)問(wèn)題而返工，減少建筑投資在資源和資金上的浪費(fèi)。例如，設(shè)計(jì)某面積為4 000m2的公共建筑時(shí)，應(yīng)繪制建筑的立面結(jié)構(gòu)后，再計(jì)算工程造價(jià)。如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)預(yù)算超出范圍，應(yīng)利用BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部調(diào)整，把重鋼結(jié)構(gòu)更換為輕鋼結(jié)構(gòu)，調(diào)整建筑面積，縮減無(wú)用空間，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

3.2.2 結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)中的三維技術(shù)能夠?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)構(gòu)建出相應(yīng)的立體效果，帶來(lái)更直觀的視覺(jué)沖擊，方便用戶(hù)對(duì)建筑構(gòu)件大小、方位以及采用的材料進(jìn)行觀察，為用戶(hù)提供便利條件。

BIM技術(shù)的可視化特點(diǎn)，可以幫助設(shè)計(jì)師仔細(xì)查看建筑結(jié)構(gòu)整體布局與細(xì)節(jié)之處，更精準(zhǔn)地找到設(shè)計(jì)漏洞，避免因設(shè)計(jì)方案引發(fā)更多問(wèn)題。例如，樓梯高度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否會(huì)碰到用戶(hù)的頭部，梁的尺寸是否影響建筑凈空等，都可通過(guò)BIM技術(shù)中的可視化技術(shù)進(jìn)行查看。

由此可見(jiàn)，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計(jì)中有著不可忽視的作用，不僅保證建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的工作效率，還能提高工程建設(shè)的整體質(zhì)量，在一定程度上提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精度，降低誤差。

3.2.3 主體結(jié)構(gòu)受力復(fù)核

復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要求更高，尤其是建筑結(jié)構(gòu)中的主體結(jié)構(gòu)受力復(fù)核方面。以某高層建筑為例，要將兩棟塔樓連成一個(gè)整體，在塔樓間采取高區(qū)位、中區(qū)位與低區(qū)位進(jìn)行三道樓體連接，其中高區(qū)連體部分一共四層，最高點(diǎn)與地面間距離175m，中區(qū)位置連體四層，最高點(diǎn)與地面間距離125m。因樓體高度不符合標(biāo)準(zhǔn)，很難進(jìn)行施工。此時(shí)應(yīng)用BIM技術(shù)，降低了三道連體的施工項(xiàng)目難度，進(jìn)而使工程順利開(kāi)展。BIM技術(shù)能專(zhuān)業(yè)模擬工程建設(shè)中的起吊過(guò)程，先對(duì)高區(qū)進(jìn)行模擬，爾后模擬下2層位置，采用塔式起重機(jī)安裝上2層。模擬中區(qū)時(shí)，先在地面初步拼接，拼接完成再進(jìn)行起吊工作。確定以上所有方案后，利用BIM技術(shù)全面統(tǒng)計(jì)起吊點(diǎn)荷載，分析統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確保無(wú)誤再向設(shè)計(jì)院提交，BIM技術(shù)的運(yùn)用為主體結(jié)構(gòu)受力復(fù)核提供了一定支持與參考數(shù)據(jù)。

3.2.4 建筑場(chǎng)地分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性影響著建筑的安全性與穩(wěn)定性。利用BIM技術(shù)對(duì)建筑工程周?chē)鷪?chǎng)地進(jìn)行全面分析可以?xún)?yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)水平，既保證建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，又確保建筑工程周?chē)h(huán)境與地質(zhì)不被破壞。

3.2.5 建筑結(jié)構(gòu)性能分析

建筑結(jié)構(gòu)布局的合理性，將影響其抗震性能。如果設(shè)計(jì)師缺乏對(duì)抗震性能分析的意識(shí)，缺少人力、物力的投入，將會(huì)影響建筑的質(zhì)量與安全性能。設(shè)計(jì)過(guò)程可合理應(yīng)用BIM技術(shù)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬施工，將施工計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目施工期間可能會(huì)遇到的問(wèn)題，更清晰地了解項(xiàng)目總體建設(shè)信息，進(jìn)而有針對(duì)性的調(diào)整各項(xiàng)建筑信息設(shè)計(jì)內(nèi)容，優(yōu)化現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前建筑行業(yè)普遍引進(jìn)BIM技術(shù)，旨在通過(guò)此技術(shù)提高建筑工程整體效率與質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)水平，降低建筑工程建設(shè)成本，減少返工情況。本文結(jié)合BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，將建筑結(jié)構(gòu)中的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)向三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，全面采用信息模型模擬建筑結(jié)構(gòu)，可以更為高效地完成建筑項(xiàng)目。