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

張因

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程項(xiàng)目實(shí)施階段中關(guān)鍵部分，設(shè)計(jì)技術(shù)的先進(jìn)性對(duì)設(shè)計(jì)起到重要作用。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代建筑工程項(xiàng)目實(shí)施的需求，BIM技術(shù)將成為未來(lái)建筑設(shè)計(jì)的主要技術(shù)之一，這種技術(shù)融入三維數(shù)字建模技術(shù)，將設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)完美結(jié)合在一起，使得設(shè)計(jì)可視化、數(shù)據(jù)化，設(shè)計(jì)精度越來(lái)越高，分析論證更加可靠。本文主要討論BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用以及應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);數(shù)字建模;三維數(shù)字

城市化發(fā)展理念不斷深入，建筑行業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，而現(xiàn)代建筑工程日益復(fù)雜，給建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，再加上設(shè)計(jì)時(shí)間有限，工期緊張等因素，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路難以滿足現(xiàn)代建筑建設(shè)需要，并且設(shè)計(jì)中存在的隱患難以消除。因此如何提升設(shè)計(jì)效率，改變現(xiàn)有設(shè)計(jì)理念和方法是項(xiàng)目建筑方的主要訴求之一。BIM技術(shù)的出現(xiàn)大大的改變了這種狀況，它打破常規(guī)，實(shí)施協(xié)同設(shè)計(jì)理念，大幅提高設(shè)計(jì)效率，作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具和平臺(tái)，從根本上解決了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)弊端，從而提高了工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和品質(zhì)。

1 BIM技術(shù)概況

1.1 BIM技術(shù)定義

BIM，全稱為建筑信息模型，通過(guò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合，收集工程有關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，經(jīng)過(guò)加工和提煉后，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行可視化模型構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)建筑三維立體實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)的一種技術(shù)。BIM技術(shù)能有效提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率，通過(guò)該技術(shù)可全方位和多角度實(shí)行設(shè)計(jì)，尤其是針對(duì)復(fù)雜和抽象的結(jié)構(gòu)可直觀展現(xiàn)。

1.2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

1.2.1 可視化

BIM技術(shù)將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)建為三維立體模型，各種抽象的數(shù)據(jù)、信息都直接在模型中展現(xiàn)出來(lái)，降低了數(shù)據(jù)計(jì)算的負(fù)擔(dān)，各種設(shè)計(jì)思路都一一展現(xiàn)，有利于設(shè)計(jì)人員以及各部門(mén)之間的信息交流，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1.2.2 信息集成

BIM技術(shù)是建立在數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，模型包含了整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的各種核心數(shù)據(jù)和信息，充分體現(xiàn)了良好的集成性，有利于設(shè)計(jì)者在數(shù)據(jù)平臺(tái)上快速完成設(shè)計(jì)任務(wù)。傳統(tǒng)的CAD技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的體現(xiàn)并不充分，BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)模型更加完善，通常核心的建筑信息模型為一個(gè)計(jì)算機(jī)三維模型構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)信息，如結(jié)構(gòu)尺寸、建筑原材料、構(gòu)件的性質(zhì)和連接方式等等，設(shè)計(jì)者可快速查詢所需要的各種信息，并且得到有效反饋。

1.2.3 協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)是一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)，但同時(shí)也可擴(kuò)展創(chuàng)新一個(gè)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)，此平臺(tái)可作為設(shè)計(jì)單位、業(yè)主和施工方之間的交流溝通橋梁。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要或者臨時(shí)項(xiàng)目變化等等信息進(jìn)行快速變更設(shè)計(jì)，也可結(jié)合不同專(zhuān)業(yè)之間進(jìn)行有效溝通，從而提升各部門(mén)之間的協(xié)作效率，使得設(shè)計(jì)更貼合實(shí)際需要以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

1.2.4 模擬性

BIM技術(shù)是基于模型來(lái)構(gòu)建現(xiàn)實(shí)建筑，通過(guò)其表現(xiàn)形式和形態(tài)來(lái)得出某些重要數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確性較高。并且通過(guò)模型模擬可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和規(guī)劃中存在的問(wèn)題，并且及時(shí)清除隱患，降低施工的難度，提高建筑的功能和質(zhì)量。

2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用

2.1 設(shè)計(jì)圖紙可修改功能

建筑設(shè)計(jì)圖紙是工程建設(shè)的依據(jù)，但在建筑工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種意外因素，需要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改，往往會(huì)產(chǎn)生諸多問(wèn)題，如何更好的修改設(shè)計(jì)圖紙，而不影響到其他的部分是非常關(guān)鍵的。利用BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，一旦在工程建設(shè)中出現(xiàn)了問(wèn)題需要修改圖紙，BIM模型系統(tǒng)會(huì)根據(jù)新的數(shù)據(jù)自動(dòng)修正，從而計(jì)算出最優(yōu)的修改結(jié)果，極大的減少圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的時(shí)間和人力資源，從而保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果。

2.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息化功能

BIM技術(shù)本質(zhì)核心是數(shù)據(jù)庫(kù)，并且通過(guò)模型來(lái)體現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)之間數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系。在設(shè)計(jì)時(shí)只需要將各種參數(shù)輸入后就能進(jìn)行內(nèi)在檢索，從而提煉出有價(jià)值的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，從而節(jié)省人力和物力。同時(shí)，還能降低人為輸入數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，可以說(shuō)是大大提高工作效率。

2.3 集成化功能

BIM技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)就是集成功能，它能幫助設(shè)計(jì)者在各種結(jié)構(gòu)中找到最優(yōu)方案，使設(shè)計(jì)者能夠?qū)ㄖ?xiàng)目的每一部分都有足夠的了解，并且結(jié)合模型對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和改善，保證建筑施工到竣工期間的順利進(jìn)行。而且集成化所體現(xiàn)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模擬功能，也能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，從而降低人為設(shè)計(jì)成本。

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

3.1 可視化應(yīng)用

BIM技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)三維模型基礎(chǔ)上，它能夠?qū)⒏鞣N建筑構(gòu)件良好的體現(xiàn)出來(lái)，相比于傳統(tǒng)的CAD技術(shù)，BIM能在有限空間出展現(xiàn)出各種構(gòu)件，設(shè)計(jì)者能夠清楚的看到建筑整體的布局，從而得出準(zhǔn)確的結(jié)論。BIM設(shè)計(jì)非常適合大規(guī)模的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，可有效結(jié)合動(dòng)態(tài)演繹功能，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸深入研究，從而選出最優(yōu)的方案。除此之外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的潛在問(wèn)題，從而進(jìn)行妥善處理。

3.2 參數(shù)設(shè)計(jì)中的引用

BIM核心是數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)包含的不僅僅是各種數(shù)據(jù)，還包括數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)。而整個(gè)建筑的信息模型正是將大量數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)完全體現(xiàn)出來(lái)，設(shè)計(jì)者通過(guò)此模型可創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體，并且依據(jù)各種參數(shù)來(lái)進(jìn)行約束數(shù)據(jù)，從而使得系統(tǒng)符合項(xiàng)目實(shí)際需要。另外在參數(shù)輸入中，BIM可做到簡(jiǎn)單輸入，高效輸出，為數(shù)字化設(shè)計(jì)提供必要的支撐，減少人為失誤。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)建模中的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)中會(huì)運(yùn)用到大量的鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)關(guān)系到建筑的整體穩(wěn)定性和安全性，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。鋼結(jié)構(gòu)的建模難點(diǎn)在于連接部位設(shè)計(jì)和加強(qiáng)件的設(shè)置，利用BIM技術(shù)可根據(jù)其他構(gòu)件數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，從而降低難度，減少安全隱患，如根據(jù)橋梁的數(shù)據(jù)特征來(lái)制作連接件，然后將連接件數(shù)據(jù)參數(shù)化。另外的案例就是鋼結(jié)構(gòu)中的螺栓設(shè)計(jì)，通過(guò)BIM技術(shù)可通過(guò)參數(shù)來(lái)計(jì)算出螺栓的使用數(shù)量和艱巨，做到科學(xué)和精確控制。

通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即使是在工程中需要變更設(shè)計(jì)，也僅需要將參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后形成新的連接件，降低了變更設(shè)計(jì)圖紙的工作量。

3.4 BIM技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

BIM技術(shù)的應(yīng)用需要依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)，這種方法實(shí)現(xiàn)將結(jié)構(gòu)模型設(shè)置到專(zhuān)業(yè)的處理軟件中，然后通過(guò)分析和計(jì)算，從而得出具體的設(shè)計(jì)信息。在設(shè)計(jì)中要注意技術(shù)模型和圖紙的統(tǒng)一性，這就需要確保模型的準(zhǔn)確性，同時(shí)要注意結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全性，這是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。由于設(shè)計(jì)會(huì)受到多方因素影響，比如材料性能、荷載、單元面積等，所以設(shè)計(jì)時(shí)模型構(gòu)建并不是那么簡(jiǎn)單，要充分考慮到各種參數(shù)，才能保障模型的完整和準(zhǔn)確性。

BIM模型是一種完整的數(shù)據(jù)模型，但并不意味著能夠達(dá)到理想標(biāo)準(zhǔn)要求，更無(wú)法完全做到無(wú)縫連接，設(shè)計(jì)者應(yīng)認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。通常來(lái)說(shuō)在實(shí)際工作中只有物理模型能達(dá)到具體的標(biāo)準(zhǔn)，如果構(gòu)建的模型構(gòu)建較為復(fù)雜，在模型實(shí)施中會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，這些因素都是應(yīng)該考慮到的。因此在BIM技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，物理和結(jié)構(gòu)模型要做到真正的完全對(duì)接是較為復(fù)雜和難度較高的過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

從上面的論述可以看出，BIM技術(shù)相比于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法具有多方面優(yōu)勢(shì)，它將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從二維發(fā)展到三維，BIM技術(shù)充分結(jié)合了計(jì)算機(jī)三維技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、模型技術(shù)等多種先進(jìn)理念和技術(shù)，能更直觀的展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)建，幫助設(shè)計(jì)者更好、更快的完善設(shè)計(jì)方案，并且能夠根據(jù)建筑項(xiàng)目的變化隨時(shí)更改設(shè)計(jì)方案，大大提高了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作效率。因此BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用前景是非常巨大的，設(shè)計(jì)單位應(yīng)予以重視，并進(jìn)行深入研究。

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