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

◎張飛天

近年來，BIM 技術(shù)快速發(fā)展，技術(shù)功能日益完善，被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐，有著不俗的表現(xiàn)。很多地區(qū)積極鼓勵推廣應(yīng)用BIM技術(shù)，輔助建筑設(shè)計(jì)、工程管理、工程監(jiān)理等。未來，建筑領(lǐng)域中此技術(shù)將會深入融合，推動建筑領(lǐng)域更好地發(fā)展。

一、BIM 技術(shù)的優(yōu)勢

人們看到造型獨(dú)特且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑不禁感嘆，究竟是如何打造出來的？這其中少不了BIM 技術(shù)的奉獻(xiàn)。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，通過搭建建筑模型，分析自身的數(shù)據(jù)分析處理能力和虛擬建造功能以及智能優(yōu)化功能等，來解決建筑的技術(shù)難題。技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢整理如表1 所示。

表1 BIM 技術(shù)的功能優(yōu)勢

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

1.案例概述。以某體育場建筑為例，設(shè)計(jì)為特大型體育場館。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，面臨著很多技術(shù)難題，整理如表2 所示。對于面臨的技術(shù)問題，通過信息集成，將構(gòu)件數(shù)據(jù)存儲整理到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，形成基本數(shù)據(jù)與附屬數(shù)據(jù)。其中，基本數(shù)據(jù)具體為構(gòu)造數(shù)據(jù)和物理數(shù)據(jù)，比如功能數(shù)據(jù)和材質(zhì)以及傳熱系數(shù)等。使用的附屬數(shù)據(jù)，包括施工說明和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，利用復(fù)雜的數(shù)據(jù)，支持BIM 模型運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對建筑的三維模擬，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供支持和保障。根據(jù)參數(shù)關(guān)系，進(jìn)行窗、門以及梁柱等構(gòu)件之間的關(guān)系，確保構(gòu)件修改實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性修改?；诳梢暬δ埽治鼋ㄖY(jié)構(gòu)相符度和尺寸，通過觀察和動態(tài)化演示，獲得最佳的設(shè)計(jì)方案。

表2 技術(shù)難題

2.結(jié)構(gòu)與場地分析。開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要把握科學(xué)性與系統(tǒng)性，設(shè)計(jì)時(shí)要對建筑主體進(jìn)行合理化建設(shè)，深度研究與分析現(xiàn)場地質(zhì)水文條件。采用BIM 技術(shù)手段，輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的開展，利用動態(tài)數(shù)字信息，以客觀環(huán)境為分析條件，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)主體應(yīng)力表現(xiàn)的分析。除此之外，結(jié)合運(yùn)用GIS 技術(shù)手段，對作業(yè)現(xiàn)場條件進(jìn)行模擬分析，能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)選型和體系結(jié)構(gòu)分析提供保障，保障場地選擇的合理性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，除了進(jìn)行局部的設(shè)置與排列，還涉及到結(jié)構(gòu)抗震性分析和牢固性分析，分析結(jié)構(gòu)方案能否達(dá)到質(zhì)量要求。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式下，開展結(jié)構(gòu)分析，要消耗很多的人力與時(shí)間，結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的精準(zhǔn)度難以有效把握。采用BIM 技術(shù)，利用風(fēng)荷載分析軟件和其他軟件，分析風(fēng)力因素和地震情況下建筑結(jié)構(gòu)的性能表現(xiàn)，可獲得相對準(zhǔn)確的結(jié)果。將搭建的BIM 模型數(shù)據(jù)信息，相應(yīng)的導(dǎo)入到分析軟件，開展結(jié)構(gòu)分析，若發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案有著缺陷，則可通過修改參數(shù)，自動完成整體優(yōu)化，有效提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3.協(xié)同設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并非獨(dú)立運(yùn)行，要和相關(guān)專業(yè)協(xié)同，提供高質(zhì)量的技術(shù)方案。利用BIM 模型輔助設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)信息處于不斷更新和增加的狀態(tài)，若想把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與共享能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的需求。通過搭建數(shù)據(jù)庫，為各個(gè)專業(yè)的溝通提供平臺，實(shí)現(xiàn)水暖和土建等的專業(yè)協(xié)同，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量水平。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員、暖通設(shè)計(jì)人員等通過有效溝通，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，可避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下的施工交叉問題和碰撞問題。當(dāng)某個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生改變，軟件能夠自動更新和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動調(diào)整，克服傳統(tǒng)二維圖紙“一個(gè)改動動全身的局面”。例如，在Revit Structure 內(nèi)，能夠顯示Revit Architecture 結(jié)構(gòu)信息，為結(jié)構(gòu)分析模型處理任務(wù)提供便利。基于協(xié)同平臺，解決專業(yè)之間合作不暢問題。通過共享數(shù)據(jù)，高效完成設(shè)計(jì)工作。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用策略

1.構(gòu)建BIM 模型?，F(xiàn)代化建筑設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用，成為新型結(jié)構(gòu)形式。從鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度分析，涉及到的連接形式很多，比如梁柱連接和梁梁鉸接等。開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要結(jié)合梁的高度，做好連接件針對性設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，嚴(yán)格把控建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和性能。采用BIM 技術(shù)手段，輔助鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過數(shù)據(jù)共享，克服很多設(shè)計(jì)困難，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對螺栓數(shù)量和布置間距等的精準(zhǔn)控制，為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作和生產(chǎn)，提供品質(zhì)較高的方案。設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，便能夠完成新連接件的設(shè)計(jì)與制作。對于加強(qiáng)件與連接件開展設(shè)計(jì)時(shí)，畫出簡單大樣即可，可保障構(gòu)件定位的準(zhǔn)確性。隨著BIM 技術(shù)的引入和發(fā)展，給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的開展，帶來很大的便利，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變革。利用技術(shù)的3D可視化功能與數(shù)據(jù)處理功能等，能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)的把控。然而軟件使用全過程，也面臨著很多問題，比如數(shù)據(jù)格式等，影響著技術(shù)的應(yīng)用，需要加以完善和優(yōu)化，增強(qiáng)BIM 軟件的功能，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際，進(jìn)行功能的開發(fā)和優(yōu)化，保證模型搭建的質(zhì)量，嚴(yán)格把控技術(shù)應(yīng)用的效果和質(zhì)量。

2.應(yīng)用BIM 技術(shù)輔助多方面設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)的角度來說，利用BIM 模型，利用預(yù)制構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息，能夠自動生成建筑構(gòu)件預(yù)制的訂單，實(shí)現(xiàn)對用料的精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)，支持構(gòu)件數(shù)字化加工以及精細(xì)化生產(chǎn)管理，把關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的性能和整體質(zhì)量。施工作業(yè)期間，利用三維激光掃描儀，同時(shí)結(jié)合BIM 模型，能夠使得各個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)清晰可見，使得施工結(jié)構(gòu)誤差得到有效控制。利用軟件的可視化功能，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的動態(tài)化模擬分析，使得工藝技術(shù)交底到位，保障工程施工的質(zhì)量。通過在BIM 模型內(nèi)，添加構(gòu)件安裝時(shí)間節(jié)點(diǎn)，虛擬施工過程，通過虛擬進(jìn)度以及實(shí)際進(jìn)度的對比分析，掌握施工作業(yè)的進(jìn)度，合理安排施工作業(yè)任務(wù)，保障工程有序開展，實(shí)現(xiàn)對質(zhì)量的控制。

結(jié)束語：綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)揮著積極的作用，能夠起到提升設(shè)計(jì)質(zhì)量和效果的作用。文中結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐，圍繞結(jié)構(gòu)性能分析和布局等的設(shè)計(jì)，分析BIM 技術(shù)的具體應(yīng)用。BIM 技術(shù)并非完美無缺，還需要加以優(yōu)化，更好地適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求。