BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的研究與實現(xiàn)

胡夏越

摘 要 BIM技術(shù)是利用數(shù)字化技術(shù)，建立工程三維模型，同時為模型建立實際信息庫的一種新興建筑設(shè)計工具。BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有極高的設(shè)計效率，但其信息一體化比較難達成。因此，現(xiàn)階段的BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要重點發(fā)展應(yīng)用流程。本文針對BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程進行了討論與研究。

關(guān)鍵詞 BIM技術(shù);建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;研究

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是利用手工繪圖與計算實現(xiàn)的，效率較低，比如一棟普通多層樓房的設(shè)計普遍需要三個月以上。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計師利用CAD進行設(shè)計，擺脫了復(fù)雜低效的手工繪圖，現(xiàn)今已通過BIM技術(shù)徹底擺脫繪圖。BIM建筑設(shè)計應(yīng)用是復(fù)雜的，它不僅要對建筑的幾何、屬性、狀態(tài)等信息進行添加與設(shè)計，同時還包含空間、運動等狀態(tài)信息設(shè)計。未來的BIM發(fā)展重點是AutoCAD自動出圖與Revit快速轉(zhuǎn)換這兩項技術(shù)。

1利用BIM技術(shù)的原因

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要描述建筑墻、柱、梁、板等構(gòu)件的規(guī)格，包括幾何形狀、尺寸、載荷分布、約束、強度要求、結(jié)構(gòu)要求、構(gòu)件相互關(guān)系等參數(shù)信息，這些信息是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)保障，不論是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計還是BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計都是圍繞這些信息記性展開的。然而傳統(tǒng)設(shè)計完全依靠人力，相對于如此龐大的數(shù)據(jù)信息人力工作明顯效率不高;而BIM技術(shù)的自動化、信息化程度高，能節(jié)約大量信息采集、錄入的時間?；谛蔬@方面原因，應(yīng)利用BIM技術(shù)進行建筑分析。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程可以分為四個階段：方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析計算、成圖、檢測，各階段有不同的數(shù)據(jù)產(chǎn)物，分別是：模板圖、計算模型、施工圖、檢測模型。傳統(tǒng)設(shè)計的這四個階段都是相對獨立的，整體性差，從而導(dǎo)致設(shè)計效率低;而BIM技術(shù)整體性強，可以實現(xiàn)方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析計算、成圖、檢測四個階段的內(nèi)部一體化，同時還可以先結(jié)構(gòu)、建筑、施工三者信息的外部一體化[1]。

2BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計流程

目前的BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計還不能達到全面化，無法明確設(shè)計工作分工，因此設(shè)計單位設(shè)計工作與結(jié)構(gòu)計算工作內(nèi)容仍存在交叉。要解決只一點不只是多專業(yè)協(xié)同通過就能達到的，還要實現(xiàn)計算機技術(shù)的提升，比如將目前CPU運行速度提升10倍，才可以滿足全面BIM三維設(shè)計。具體可以概括為：結(jié)構(gòu)信息一體化、軟硬件技術(shù)條件成熟兩方面。

對于目前的BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括兩個階段的設(shè)計：

（1）第一階段設(shè)計流程。首先要進行Revit下的結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)出結(jié)構(gòu)模型，同時進行結(jié)構(gòu)計算，從而確定結(jié)構(gòu)方案;然后生成結(jié)構(gòu)模板圖，利用模板圖對結(jié)構(gòu)模型的自動更新修改，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算后，生成施工圖;最后，確立準(zhǔn)去的結(jié)構(gòu)模型，并給予Revit進行碰撞檢測。

（2）第二階段設(shè)計流程。利用第一階段獲得的結(jié)構(gòu)模型進行建筑的三維結(jié)構(gòu)模型設(shè)計。

上述BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計流程能滿足建筑設(shè)計需要，但同時也為BIM技術(shù)發(fā)展樹立了兩大難題，一個是在出圖過程中反復(fù)使用的CAD自動成圖技術(shù)，另一個是結(jié)構(gòu)模型設(shè)計中使用的Revit轉(zhuǎn)換技術(shù)[2]。

3BIM結(jié)構(gòu)模型分析計算

3.1 分析準(zhǔn)備

BIM結(jié)構(gòu)模型分析計算是利用ETABS結(jié)構(gòu)有限元分析軟件完成計算的，需要將Revit中的結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入ETABS中。需要注意的是，此時的導(dǎo)入是雙向的，也就意味著導(dǎo)入之前需要一些準(zhǔn)備工作。

首先，是結(jié)構(gòu)模型載荷的準(zhǔn)確定義，這是保證分析計算準(zhǔn)確性的重要步驟。此時若是回到Revit中重新定義載荷，在導(dǎo)入ETABS中，不僅增大了工作量，而且提高了錯誤概率，通常載荷定義是在計算軟件，也就是ETABS中進行的，不僅定義、計算更加方便，其定義的載荷更好，因為ETABS中包含了載荷類型的定義，節(jié)約了重新定義的時間，可以直接進行數(shù)據(jù)的修改[3]。

其次，是模型一致性的檢查。在結(jié)構(gòu)模型完成的同時，Revit會自動生成一個與結(jié)構(gòu)模型相對的分析模型，這個分析模型是專門用啦計算分析的，這是因為ETABS只能接受分析模型，從而保證結(jié)構(gòu)模型與分析模型的一致性。

3.2 導(dǎo)入

ETABS開發(fā)了能與Revit模型記性數(shù)據(jù)交換的程序，因此ETABS分析Revit模型是可行的，反之，Revit可以建立與ETABS分析結(jié)果相對應(yīng)的模型，具有雙向性。此外，Revit模型可以保證BIM模型的外部一致性，同時作為出圖的基礎(chǔ)。

ETABS的應(yīng)用程序會將Revit模型導(dǎo)出計算模型，生成ETABS分析模型，之后設(shè)計人員可以在軟件中對模型的載荷、約束、強度等參數(shù)進行設(shè)定以及分析，同時對分析模型進行詳細檢查[4]。

4BIM設(shè)計圖紙繪制

圖紙是一個設(shè)計的最終成果，BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也不例外。在BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計中，仍采用傳統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)平面施工圖進行表達。具體繪制方法如下：

要先將Revit轉(zhuǎn)換為平面視圖，從而自動生成機構(gòu)平面圖，可以很明顯區(qū)分結(jié)構(gòu)可見部分（實線）以及不可見部分（虛線）。此時可以通過“線處理工具”對線型進行修改，還可以通過注釋添加圖紙的文字說明。最后導(dǎo)出成圖，包括梁結(jié)構(gòu)平面圖、樓板平面圖、柱墻平面圖等詳圖的繪制出圖。

BIM技術(shù)二維圖紙出圖效率仍不是很高，有很多影響因素，比如信息重復(fù)，BIM模型中已經(jīng)包含構(gòu)建的配筋信息而二維平面圖仍要在導(dǎo)出配筋信息;再比如設(shè)計人員仍保留CAD設(shè)計的思路進行BIM二維平面圖的出圖工作。這些都降低了BIM繪圖效率，需要在未來加以解決[5]。

5結(jié)束語

BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅協(xié)作性強、數(shù)據(jù)信息量大、共享程度高，適合未來日益復(fù)雜化的建筑工程設(shè)計。一方面可以提高各專業(yè)之間的協(xié)同性，發(fā)揮各專業(yè)的特長提高設(shè)計質(zhì)量;另一方面可以提高建筑設(shè)計工作的效率，加快建筑設(shè)計流程。

參考文獻

[1] 蔣慧，李希勝.基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計關(guān)鍵問題研究[J].森林工程，2018，34（6）：102-108.

[2] 趙華英，李元齊，陸揚.BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2015，7（4）：15-21.

[3] 吳文勇，焦柯，童慧波，等.BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的研究與實現(xiàn)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，43（S1）：825-828.

[4] 劉照球，李云貴，呂西林，等.基于BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型集成框架應(yīng)用開發(fā)[J].同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，38（7）：948-953.

[5] 趙華英.BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2015，7（3）：

30-39.