BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法分析

夏華祥

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng) 550081）

0 引言

BIM 技術(shù)是現(xiàn)代建筑工程發(fā)展的主要方向，其具備的可視化、參數(shù)化等特征，對(duì)于建筑工程提升意義重大。但BIM 技術(shù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用較為淺顯，這雖然存在已有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件功能較為完善的影響，但同樣表明BIM 技術(shù)自身在應(yīng)用層面存在一定缺陷，需要進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化。

1 BIM 技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

BIM 技術(shù)即建筑信息模型構(gòu)建，不同于傳統(tǒng)的二維工程圖紙，BIM 技術(shù)成圖中包含了建筑設(shè)計(jì)、空間結(jié)構(gòu)、建筑參數(shù)等建筑物相關(guān)的全部信息，并采用三維圖像的方法進(jìn)行直觀展示，是消除不斷復(fù)雜化發(fā)展的建筑工程中不同專業(yè)內(nèi)外沖突的有效技術(shù)手段。相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，BIM 技術(shù)具備的優(yōu)點(diǎn)有：

1.1 可視化

如圖1 所示，BIM 技術(shù)最終產(chǎn)出圖像不同于傳統(tǒng)意義中的三維線條，可以十分清晰的展示建筑物設(shè)計(jì)過程中的全部細(xì)節(jié)。且BIM 技術(shù)產(chǎn)出的標(biāo)準(zhǔn)圖像具備與查看人員互動(dòng)的能力，可以展現(xiàn)出局部設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與參數(shù)。建筑工程參與者可以通過BIM 圖像直觀查看建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中是否存在不合理之處并進(jìn)行嘗試修改，減少建筑施工進(jìn)程中現(xiàn)場(chǎng)修改發(fā)生的頻率，最大程度上簡(jiǎn)化施工與驗(yàn)收流程，提升建筑設(shè)計(jì)與建筑施工的質(zhì)量。

圖1 上海世博會(huì)BIM 建筑設(shè)計(jì)

1.2 模擬性

BIM 技術(shù)具備一定的模擬結(jié)構(gòu)，即采用BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑人員可以通過軟件模擬光照、行人、行車等因素對(duì)建筑物的影響，也可以進(jìn)行建筑物內(nèi)部如供熱管線試運(yùn)行，建筑設(shè)計(jì)過程能夠更加細(xì)致的考量使用狀態(tài)，建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性大幅提升。

1.3 關(guān)聯(lián)性

即BIM 技術(shù)為一項(xiàng)從整體角度進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)展示的技術(shù)類型。當(dāng)設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑物某一構(gòu)件進(jìn)行修改時(shí)，其相關(guān)部件都會(huì)發(fā)生適應(yīng)性改變，更加精確、直觀的展現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)更改所帶來的效果，提升建筑設(shè)計(jì)的合理性，有效平衡了不同專業(yè)建筑設(shè)計(jì)中的沖突，對(duì)于尋求最佳建設(shè)方案有重大價(jià)值。

1.4 參數(shù)化

參數(shù)化主要指BIM 技術(shù)成圖中直接包含了設(shè)計(jì)參數(shù)信息，并與對(duì)應(yīng)構(gòu)件配合展示，增強(qiáng)不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員信息共享的效率，提高了建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化的速率，在建筑設(shè)計(jì)階段的不同人員工作協(xié)調(diào)中意義重大。

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

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包含三個(gè)流程，分別為依據(jù)業(yè)主方提供的地形地貌、地質(zhì)穩(wěn)定程度、建筑物個(gè)性化需求等進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；充分考量建筑自重、建筑使用、風(fēng)雪等荷載條件進(jìn)行建筑物參數(shù)核算；繪制建筑施工指導(dǎo)圖紙[1]。BIM 技術(shù)在其中的應(yīng)用方向主要包含：

（1）三維模型圖可以將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果清晰展示出來，便于設(shè)計(jì)人員對(duì)梁、柱、墻、樓梯、空間等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行直觀分析，提升建筑結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)的科學(xué)性，排除其中的不協(xié)調(diào)因素，避免后續(xù)參數(shù)核算過程中對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行臨時(shí)調(diào)整影響工作速率。同時(shí)，三維立體空間展示有利于設(shè)計(jì)人員與業(yè)主方進(jìn)行溝通，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加符合業(yè)主方的需求。

（2）BIM 技術(shù)中強(qiáng)大的模擬功能對(duì)于參數(shù)計(jì)算提升作用巨大。傳統(tǒng)參數(shù)核算過程只能在大量因素綜合核算的基礎(chǔ)之上，得出一個(gè)并非完全精確的表面荷載而后進(jìn)行進(jìn)一步參數(shù)核算。計(jì)算過程復(fù)雜，參數(shù)精確程度同樣難以標(biāo)定。BIM 技術(shù)可以從整體角度分析各種荷載對(duì)于建筑物的作用成果，幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行更加詳細(xì)的受力分析，有效提升了參數(shù)計(jì)算流程的效率。

（3）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并非孤立開展的，而是需要與不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行充分的交流協(xié)調(diào)，但由于專業(yè)界限及門檻的存在，協(xié)調(diào)工作往往十分低效。BIM 技術(shù)以直接展示設(shè)計(jì)成果與影響分析的模式，消除了專業(yè)界限，不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員擁有更高的相互理解程度，專業(yè)協(xié)調(diào)工作效率提升明顯，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作成效大幅增長(zhǎng)。

（4）圖紙質(zhì)量?jī)?yōu)化。傳統(tǒng)施工圖紙中以二維圖像展示三維的模式，雖然能保證建筑施工的正常開展。但隨建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不但復(fù)雜化，施工人員圖紙理解難度明顯提升，設(shè)計(jì)人員施工參與程度不斷提升。而BIM 技術(shù)的應(yīng)用，在圖紙?zhí)峁┑耐瑫r(shí)，也提供了更加直觀形象的建筑信息模型，有助于施工人員進(jìn)一步了解工程設(shè)計(jì)的意圖，保障工程施工質(zhì)量。

3 BIM 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化應(yīng)用

BIM 技術(shù)在建筑工程中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)巨大，但受多種因素的影響，BIM 技術(shù)在建筑工程中應(yīng)用并不深入，尤其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面，BIM 技術(shù)綜合應(yīng)用仍停留在嘗試與研究階段，在工程中實(shí)際出現(xiàn)的頻率較低。

3.1 技術(shù)限制削弱

BIM 技術(shù)雖然現(xiàn)代主要應(yīng)用在建設(shè)工程當(dāng)中，但一方面BIM技術(shù)并非完全起源于建設(shè)工程體系當(dāng)中，專業(yè)院校在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)進(jìn)程中極少涉及BIM 技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其深入結(jié)合存在一定的技術(shù)門檻；另一方面，雖然BIM 技術(shù)構(gòu)想提出較早，但實(shí)際發(fā)展時(shí)間較短，與建筑工程綜合發(fā)展時(shí)間更短，技術(shù)層面仍舊存在一定缺陷[2]。針對(duì)該種現(xiàn)象，相關(guān)人員及部門應(yīng)當(dāng)從多方面入手，促進(jìn)BIM 技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)用。

（1）加強(qiáng)人才培養(yǎng)力度。人才培養(yǎng)同樣包含兩方面內(nèi)容。一方面，加強(qiáng)現(xiàn)有設(shè)計(jì)人員技術(shù)培養(yǎng)。即針對(duì)全部在崗設(shè)計(jì)人員進(jìn)行BIM 技術(shù)教育，幫助其熟練掌握BIM 相關(guān)軟件的應(yīng)用，與BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用途徑與具體方法，加速建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與BIM 技術(shù)的綜合發(fā)展。作為一項(xiàng)陌生程度較高的技術(shù)種類，即使存在詳細(xì)的技術(shù)教育，綜合應(yīng)用初期也會(huì)存在多種多樣的問題。因此，單位可以考慮為建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)配備BIM 技術(shù)專業(yè)指導(dǎo)人員，保證技術(shù)應(yīng)用初期，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不會(huì)受到BIM 技術(shù)的限制而產(chǎn)生小幅退化。另一方面，加強(qiáng)綜合性人才的儲(chǔ)備，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員培養(yǎng)院校應(yīng)當(dāng)將BIM 技術(shù)重視程度與課程比例提升到與CAD 相同或者相近，保證綜合性人才儲(chǔ)備的數(shù)量充足，為BIM 技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合發(fā)展提供人才與技術(shù)支撐，保證研究與應(yīng)用層面的同步飛速提升。

（2）BIM 技術(shù)面向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的針對(duì)性優(yōu)化?，F(xiàn)有BIM 操作軟件在部分層面與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏離較大，強(qiáng)行應(yīng)用雖然會(huì)在一定程度上提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率，但對(duì)于設(shè)計(jì)人員的工作流程有一定負(fù)面影響。如現(xiàn)代常用BIM 軟件之間兼容性仍存在一定疑慮，物理模型與數(shù)據(jù)模型相互轉(zhuǎn)換效率較低，需要人為進(jìn)行一定的修改；如我國(guó)尚未有獨(dú)立的BIM 技術(shù)操控軟件，軟件成圖功能與我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有一定的差距，最終成圖工作較為困難。因此，相關(guān)部門要做好BIM 技術(shù)優(yōu)化工作，面向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)程中存在的主要問題與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)步主要的功能需求進(jìn)行針對(duì)性技術(shù)與軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升BIM 技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相性，為二者綜合應(yīng)用發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)條件。

3.2 前期成本投入削減

BIM 技術(shù)應(yīng)用前期投入十分巨大，昂貴的設(shè)備購(gòu)買、高昂的相關(guān)軟件使用費(fèi)用、大量的人員培訓(xùn)成本，相較于傳統(tǒng)工程軟件，BIM 技術(shù)的應(yīng)用成本通常在幾倍以上。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)表明，針對(duì)某些大型企業(yè)或者部門投資項(xiàng)目來說，BIM 技術(shù)成本已經(jīng)成為建筑工程中最為主要的資金消耗。雖然整體層面經(jīng)濟(jì)效率有一定程度提升，但高昂的前期投入使我國(guó)大多數(shù)企業(yè)不具備使用BIM 技術(shù)的經(jīng)濟(jì)條件。

針對(duì)該種現(xiàn)象，可采取鼓勵(lì)BIM 技術(shù)服務(wù)提供行業(yè)的發(fā)展，即通過第三者介入的方式，實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)前期成本投入的分擔(dān)。使小型企業(yè)同樣具備使用BIM 技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。但BIM 作為現(xiàn)階段尖端技術(shù)種類之一，市場(chǎng)化技術(shù)服務(wù)往往代表著十分高昂的服務(wù)費(fèi)用，可能導(dǎo)致部分企業(yè)依舊不具備技術(shù)應(yīng)用的可能性。相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)做好市場(chǎng)監(jiān)管與協(xié)調(diào)工作，在支撐BIM 技術(shù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用推廣與服務(wù)商家設(shè)備與技術(shù)價(jià)值層面做好平衡，尋求一個(gè)多方均能夠接受的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，保證BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展。

3.3 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)化

我國(guó)于2016 年便在清華大學(xué)的引領(lǐng)與指導(dǎo)之下推出了BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)[3]。但對(duì)于初步發(fā)展的行業(yè)來說，嚴(yán)格的總體標(biāo)準(zhǔn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的，需要結(jié)合大型企業(yè)與政府部門的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，使執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)具備較高的指導(dǎo)意義，為企業(yè)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展提供支撐，保證市場(chǎng)實(shí)踐進(jìn)程中發(fā)展方向的正確性，確保技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)成效，充分激發(fā)中小型建筑企業(yè)進(jìn)行技術(shù)嘗試的積極性，加速BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)步。

4 結(jié)論

BIM 技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升作用巨大，值得采取較高的重視程度推廣應(yīng)用。但受技術(shù)、成本等多種因素的影響，BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)推廣一直較為緩慢，企業(yè)及相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)采取一定措施加速BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提高我國(guó)建筑工程的效率。