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

李廣龍

（陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 延安分公司，陜西 延安710075）

1 引言

我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，對于建筑工程各個體系的設(shè)計(jì)要求也越來越高，建筑行業(yè)必須積極挖掘自身潛力，努力提升生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，利用BIM技術(shù)建立建筑信息模型，深入研究、分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容，能夠更好地提升工程系統(tǒng)性、科學(xué)性。

2 BIM技術(shù)概述

2.1 BIM技術(shù)定義

BIM技術(shù)暫時仍未有統(tǒng)一的定義，BIM技術(shù)利用三維模型對工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等活動進(jìn)行管理。BIM技術(shù)依托現(xiàn)代3D數(shù)字化信息技術(shù)，對工程項(xiàng)目不同階段的信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程特性、設(shè)施實(shí)體的數(shù)字化表述【1】。

2.2 BIM技術(shù)特點(diǎn)

1）協(xié)調(diào)性：BIM技術(shù)應(yīng)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)功能協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)沖突，減弱建筑整體功能表述。

2）模擬性：BIM技術(shù)以現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)構(gòu)建相應(yīng)模型，應(yīng)用過程中可以通過技術(shù)措施對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況進(jìn)行直觀的觀察、分析。設(shè)計(jì)人員通過模擬實(shí)驗(yàn)對建筑施工期間可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行模擬，找出最為合理的解決措施。

3）優(yōu)化性：BIM技術(shù)可以對資源數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，提升建筑結(jié)構(gòu)實(shí)體的安全性、穩(wěn)定性?，F(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及多個專業(yè)領(lǐng)域的內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員無法對各類影響因素進(jìn)行掌握，利用BIM技術(shù)能夠最大限度地確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全，降低危險因素對建筑自身的威脅。

4）可視化：BIM技術(shù)利用3D技術(shù)進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)直觀、如實(shí)的反映，提升結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)表述。在可視化條件下，利于多方溝通、交流，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、系統(tǒng)性。

5）可出圖性：根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案BIM可自動生成圖紙，提升設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)時間。

2.3 BIM技術(shù)功能

BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠以可視化角度處理工程圖紙。通過收集、整理各類設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，生成所需的工程圖紙。其中所包含的設(shè)計(jì)信息較為豐富，即使出現(xiàn)條件的變化或更新，設(shè)計(jì)圖紙也能實(shí)現(xiàn)智能化修改。相關(guān)的工程圖紙都是以建筑模型為依據(jù)，在設(shè)計(jì)過程中只要發(fā)現(xiàn)問題都可以及時對參數(shù)進(jìn)行修正，而且修正具有一定的針對性，能夠有效避免參數(shù)錯誤造成的連鎖反應(yīng)。BIM技術(shù)縮短了圖紙修改時間，提升了圖紙調(diào)整效率，便于設(shè)計(jì)人員將精力放在重點(diǎn)部位、現(xiàn)場施工方面的內(nèi)容上，只要確保了設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可行性，就能保證工程設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

BIM技術(shù)依托數(shù)據(jù)采集構(gòu)建數(shù)字模型，其中包含的信息總量較大，能夠形成獨(dú)立的工程信息數(shù)據(jù)庫，可以存儲工程建設(shè)、監(jiān)管過程中的各類信息，并在不同種類的信息之間建立有效聯(lián)系。若需要了解某處建筑結(jié)構(gòu)位置信息，只需點(diǎn)擊該區(qū)域即可獲取相關(guān)所有信息，避免因溝通環(huán)節(jié)較多造成的溝通不暢問題，為設(shè)計(jì)人員提供詳細(xì)的工況，規(guī)避設(shè)計(jì)問題，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)用性。

BIM技術(shù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)積累的各種類型數(shù)據(jù)，可以在后續(xù)其他專業(yè)設(shè)計(jì)工作中進(jìn)行應(yīng)用，一體化設(shè)計(jì)效果較好。BIM技術(shù)模型中融合了建筑工程中的各類信息，可以為現(xiàn)場施工質(zhì)量控制提供參考。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中能夠?qū)κ孢m性、安全性問題進(jìn)行分析，評估建筑能耗、光照情況，規(guī)劃、營造良好的建筑結(jié)構(gòu)空間。以立體圖形式渲染工程結(jié)構(gòu)，模擬竣工后的建筑情況，發(fā)揮計(jì)算機(jī)優(yōu)勢，進(jìn)行仿真分析、模型處理，將出圖、渲染、計(jì)算工作融為一體。

2.4 BIM技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)涵

建筑工程項(xiàng)目正在逐步向高層化、大規(guī)模方向發(fā)展，建設(shè)方、使用方對于建筑產(chǎn)品的需求不僅局限于其整體功能，而且對于建筑結(jié)構(gòu)及空間規(guī)劃利用的要求也日趨復(fù)雜。所以，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，所需獲取的信息規(guī)模越來越大，處理和協(xié)調(diào)的內(nèi)容越來越多。而這些數(shù)據(jù)、信息又是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間最為基礎(chǔ)、關(guān)鍵的資源，需要在實(shí)際設(shè)計(jì)、施工過程中進(jìn)行有效利用，才能更好地降低工程建設(shè)成本、縮短項(xiàng)目建設(shè)周期，改善現(xiàn)場質(zhì)量，提高安全工作水平。BIM技術(shù)的出現(xiàn)、應(yīng)用對于建筑工程行業(yè)的現(xiàn)代化、信息化作用重大，其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由二維轉(zhuǎn)向三維，推動了建筑行業(yè)新一輪信息革命，幫助企業(yè)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)營等階段降低成本，推動建筑工程領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展【2】。

3 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用實(shí)踐分析

3.1 形成三維實(shí)體模型

BIM技術(shù)不同于CAD技術(shù)，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建時，BIM技術(shù)可以構(gòu)建三維實(shí)體模型，借助三維實(shí)體模型能夠?qū)⒔ㄖこ添?xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)情況呈現(xiàn)出來，直觀地表示不同構(gòu)件，并明確不同建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，BIM技術(shù)與可視化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，不僅能夠確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性，而且利用BIM技術(shù)建立三維實(shí)體模型能夠針對設(shè)計(jì)過程中存在的問題進(jìn)行分析、解決。

3.2 對建筑空間進(jìn)行規(guī)劃

建筑空間規(guī)劃在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要及時進(jìn)行關(guān)注，這也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始環(huán)節(jié)。在建設(shè)區(qū)域確定后，設(shè)計(jì)人員要對該區(qū)域進(jìn)行空間規(guī)劃，若該區(qū)域的地形狀況較為復(fù)雜，需要開展較為深入的空間規(guī)劃分析。借助BIM技術(shù)對建設(shè)區(qū)域進(jìn)行空間規(guī)劃，分析建筑區(qū)域的坡向、坡高、斜率等參數(shù)，針對復(fù)雜地形建筑空間，提供有效的設(shè)計(jì)技術(shù)支持，進(jìn)而開闊設(shè)計(jì)人員思路。通過GIS技術(shù)進(jìn)行坡度分析，建立相關(guān)BIM模型，對各類參數(shù)進(jìn)行模擬，設(shè)計(jì)人員通過模型對施工區(qū)域進(jìn)行全方位、多角度的研究，獲取大量基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，為后續(xù)正式的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空間規(guī)劃工作提供詳實(shí)資料。在建設(shè)區(qū)域地形分析工作完成后，設(shè)計(jì)人員即可開展空間規(guī)劃工作。另外，通過BIM技術(shù)還可以在建筑內(nèi)部進(jìn)行視野分析、可視度分析，類似于坡度分析，設(shè)計(jì)人員建立相應(yīng)模型實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)功能的分析、調(diào)試，綜合多種因素，最終確定三維空間規(guī)劃實(shí)際情況【3】。

3.3 研究分析建筑結(jié)構(gòu)性能

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要關(guān)注各設(shè)計(jì)構(gòu)件的組合情況，并關(guān)注實(shí)際建設(shè)需求，通過BIM技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行有效分析，將不同的建筑構(gòu)件進(jìn)行排列，最終形成所需的建筑結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)人員將各類性能分析數(shù)據(jù)輸入到BIM模型當(dāng)中，軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)性能分析結(jié)果，了解其可能存在的問題，呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員后，對其進(jìn)行研究，找出有效的方法進(jìn)行解決。通過這種分析、計(jì)算確保建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及抗震性能夠滿足工程建設(shè)要求。

3.4 建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模

建筑工程中針對大空間、大跨度的需求越來越多，而鋼結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)這些需求的重要趨勢之一。相較于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的布置、連接相對復(fù)雜，特別是各個部分的加強(qiáng)件布置難度較大。借助BIM技術(shù)建立建筑鋼結(jié)構(gòu)模型，可以對鋼梁結(jié)構(gòu)高度進(jìn)行測算，為鋼結(jié)構(gòu)連接件設(shè)計(jì)提供有效的計(jì)算依據(jù)，保證連接件能夠更好地適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，同時轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)重要參數(shù)。設(shè)計(jì)人員通過BIM技術(shù)參數(shù)共享功能，可以控制鋼結(jié)構(gòu)連接件數(shù)量、距離等重要參數(shù)。BIM技術(shù)還能對連接件參數(shù)變更進(jìn)行及時更新，只需調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)，即可完成對連接件的構(gòu)建。對于鋼結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件，可以利用BIM技術(shù)繪制高質(zhì)量的大型樣圖，并針對設(shè)計(jì)的實(shí)際情況合理確定加強(qiáng)件位置，提高鋼結(jié)構(gòu)建模設(shè)計(jì)效率。

3.5 建筑結(jié)構(gòu)與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，會涉及其他不同專業(yè)的人員、內(nèi)容，需要借助有關(guān)人員的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)最終的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初，利用BIM技術(shù)建立有效的信息共享系統(tǒng)，將涉及的數(shù)據(jù)、資料、設(shè)計(jì)要求均錄入系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行存儲，供不同專業(yè)人員查閱。若出現(xiàn)其他專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容變化，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫會及時進(jìn)行更新，確保各專業(yè)設(shè)計(jì)信息的及時性、準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)人員可在系統(tǒng)當(dāng)中對不同專業(yè)的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行及時掌握，并結(jié)合自身設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行有效調(diào)改。有效改善傳統(tǒng)模式下二維圖紙的協(xié)同設(shè)計(jì)，滿足相關(guān)設(shè)計(jì)工作開展的需求。BIM技術(shù)將不同專業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成可視化的內(nèi)容，提升了各專業(yè)人員的溝通、合作的效率，通過整合各方參與工程建設(shè)的人員、信息，實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目的協(xié)同作業(yè)【4】。

4 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的難點(diǎn)

BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員要在軟件當(dāng)中構(gòu)建相應(yīng)的建筑模型，選擇有效的算法對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最終呈現(xiàn)出有效的建筑結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)，然后結(jié)合用戶需求形成動態(tài)化結(jié)構(gòu)模型。要想實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行綜合考慮，確保建筑結(jié)構(gòu)模型空間的真實(shí)性，避免影響B(tài)IM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。針對BIM系統(tǒng)模型能否形成施工圖紙進(jìn)行深入分析。深入研究施工材料、結(jié)構(gòu)性能、人員素質(zhì)等多種因素影響，對使用BIM系統(tǒng)時涉及的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保建筑結(jié)構(gòu)性能可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

BIM技術(shù)構(gòu)建的模型當(dāng)中包含了建筑物理模型、建筑結(jié)構(gòu)分析模型、施工圖文檔完全數(shù)據(jù)模型，在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求開展工作，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)各種類型數(shù)據(jù)模型之間的有效連接。若無法保證建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)達(dá)到規(guī)范要求，可能會出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)丟失的情況。所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員一定要對BIM技術(shù)應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行深入的研究、分析，結(jié)合建筑工程實(shí)際情況及時制定有效解決措施，發(fā)揮出各個模型的最大效用。

5 結(jié)語

人們對建筑質(zhì)量、舒適性的要求越來越高。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用BIM技術(shù)能夠提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)數(shù)字化、信息化發(fā)展。設(shè)計(jì)人員需要充分了解BIM技術(shù)，關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中BIM技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，促進(jìn)BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中獲得更多、更深入的應(yīng)用，保證建筑設(shè)計(jì)工作的整體性，同時具有更高的科學(xué)性、藝術(shù)性。