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

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中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司（050043）

在各項(xiàng)高新技術(shù)的支持下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量越來(lái)越好。其中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了有力的支持，其自身的優(yōu)勢(shì)為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了便利，為建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性提供了基礎(chǔ)保障。因此，加強(qiáng)BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 BIM 技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

BIM 技術(shù)以建筑工程項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的建筑模型，并通過(guò)仿真模擬的方式反映出建筑工程的實(shí)際情況和真實(shí)信息。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式相比較，BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)[1]。

1）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可視化。在BIM 技術(shù)的支持下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以建立三維模型，讓整個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)情況可視化，動(dòng)態(tài)地展示出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體情況。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)改變BIM 模型中的相關(guān)參數(shù)對(duì)整個(gè)建筑方案進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，不斷對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量滿足實(shí)際要求。

2）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中涉及到很多個(gè)專業(yè)，需要有多個(gè)部門的參與。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式在吸收不同部門意見(jiàn)的過(guò)程中會(huì)頻繁地修改設(shè)計(jì)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；而采用BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，只要將各個(gè)部門的意見(jiàn)有效糅合到軟件中，就可以實(shí)現(xiàn)不用部門之間信息的協(xié)調(diào)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也能夠更好地滿足不同部門的設(shè)計(jì)需求，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3）實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型的碰撞檢查。以往的設(shè)計(jì)方式無(wú)法全面并實(shí)時(shí)體現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)中不同個(gè)體、元素之間的碰撞情況，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的內(nèi)容不盡合理，影響了后續(xù)施工的質(zhì)量。而利用BIM 技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)展示出建筑結(jié)構(gòu)的三維模型，設(shè)計(jì)人員能夠直觀、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中不同個(gè)體、元素之間的碰撞問(wèn)題，為及時(shí)消除問(wèn)題、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量奠定良好基礎(chǔ)。同時(shí)，這種及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題的方式也能夠有效降低返工率和設(shè)計(jì)成本。

2 基于BIM 技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程相比較，基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)流程發(fā)生了一定的變化，包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖兓?、工作流程的變化及設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升等。BIM 模型是一個(gè)較為完整的、統(tǒng)一的共享數(shù)據(jù)庫(kù)，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師可以在方案階段就對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，并建立專業(yè)的信息模型，數(shù)據(jù)的交換與共享更加頻繁、及時(shí)[2]。

在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)結(jié)構(gòu)專業(yè)及其他專業(yè)的修改意見(jiàn)對(duì)設(shè)計(jì)做出進(jìn)一步的修改和優(yōu)化，協(xié)調(diào)好不同專業(yè)之間的技術(shù)沖突，并基于BIM模型生成平面設(shè)計(jì)圖紙，保持模型與圖紙之間的協(xié)調(diào)一致性。如Revit 設(shè)計(jì)可以分為BIM 建模、結(jié)構(gòu)構(gòu)件繪制、結(jié)構(gòu)分析等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，且能夠產(chǎn)生質(zhì)量較高的設(shè)計(jì)效果。

由于使用了BIM 技術(shù)，很多原本在施工圖設(shè)計(jì)階段才能完成的設(shè)計(jì)工作都發(fā)生了一定程度的“前置”，在初步設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)完成，所以施工圖設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)工作量也間接地減少了一部分。但是由于要滿足傳統(tǒng)的繪制標(biāo)準(zhǔn)，所以施工圖設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)重點(diǎn)依然是要對(duì)BIM 模型所生成的二維圖紙進(jìn)行有效的調(diào)整與深度設(shè)計(jì)。

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

由于BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著較多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，且操作流程較為便捷，所以其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用較為廣泛。

3.1 在建筑空間規(guī)劃中的應(yīng)用

建筑空間規(guī)劃是建筑設(shè)計(jì)的初始階段，當(dāng)建筑區(qū)域確定以后，設(shè)計(jì)人員可以利用BIM 技術(shù)對(duì)區(qū)域的空間進(jìn)行合理規(guī)劃。根據(jù)區(qū)域的地形條件，利用軟件的各項(xiàng)功能，對(duì)建筑區(qū)域空間的各種參數(shù)進(jìn)行全面且深入的分析，包括坡向、斜率、坡高等。與此同時(shí)，為了保證空間規(guī)劃分析相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在使用BIM 技術(shù)進(jìn)行空間規(guī)劃的過(guò)程中，可以與GIS技術(shù)相配合來(lái)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，全方位、多角度地獲取基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)提供更加全面的資料。此外，BIM 技術(shù)還能夠?qū)ㄖ膬?nèi)部空間進(jìn)行合理規(guī)劃，包括建筑內(nèi)部的視野、 可視度、坡度、功能空間等，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求對(duì)空間模型相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，綜合考慮多種因素來(lái)確定三維空間規(guī)劃設(shè)計(jì)的方案[3]。

3.2 在建筑結(jié)構(gòu)性能分析中的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要關(guān)注不同構(gòu)件之間的組合情況，可以利用BIM 技術(shù)對(duì)不同構(gòu)件組合情況及建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析，形成建筑結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)人員可以將結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入到BIM 軟件系統(tǒng)中，利用軟件對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，以提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性、抗震性、穩(wěn)定性等。以抗震性為例，在抗震性能設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能能夠滿足建筑所在地區(qū)的抗震要求，需要在BIM 軟件系統(tǒng)中輸入精確的參數(shù)，如抗震設(shè)防烈度、抗震墻最大間距、抗震設(shè)計(jì)特征周期值、基本地震加速度值等，以保證抗震性能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模中的應(yīng)用

當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于建筑中，其結(jié)構(gòu)的布置、連接較為復(fù)雜，保證各個(gè)部件結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的難度較大。而借助BIM 技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的高度進(jìn)行測(cè)算、 對(duì)連接件設(shè)置進(jìn)行計(jì)算、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的合理布置進(jìn)行設(shè)計(jì)等，更好地進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，通過(guò)BIM 技術(shù)參數(shù)的共享，能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)連接件的數(shù)量及距離等重要的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；當(dāng)參數(shù)需要變更的時(shí)候，僅僅在軟件系統(tǒng)中調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)就可以完成對(duì)設(shè)計(jì)的更新。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件，可以通過(guò)軟件來(lái)繪制質(zhì)量較高的圖樣，合理設(shè)置加強(qiáng)件的位置，以此來(lái)保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果[4]。

3.4 在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

節(jié)能設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中較為重要的環(huán)節(jié)之一，其主要是借助建筑結(jié)構(gòu)本身及周圍自然環(huán)境的特點(diǎn)，對(duì)自然資源進(jìn)行合理利用，以減少不可再生資源消耗量?，F(xiàn)階段，建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)主要包括自然采光、通風(fēng)、保暖等。利用BIM 技術(shù)，能夠以可視化的動(dòng)態(tài)模式對(duì)自然環(huán)境、建筑結(jié)構(gòu)等進(jìn)行合理分析。對(duì)于通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，往往會(huì)受到建筑本身結(jié)構(gòu)、朝向及環(huán)境等方面因素的影響，設(shè)計(jì)人員將搜集到的資料、數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，對(duì)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)模擬，以提升對(duì)周邊環(huán)境的利用率，達(dá)到最好的自然通風(fēng)效果。對(duì)于自然采光來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員可以將建筑當(dāng)?shù)氐娜照?、氣候條件相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，獲得最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比例，從而加強(qiáng)采光與保暖設(shè)計(jì)的綜合水平，在提升建筑結(jié)構(gòu)節(jié)能效果的同時(shí)也能夠促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展[5]。

4 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用難點(diǎn)

BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用雖然有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，但是受制于技術(shù)方面及歷史遺留因素的影響，我國(guó)在BIM 技術(shù)應(yīng)用方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)BIM 技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。數(shù)據(jù)是建筑信息的核心與載體，所以要將數(shù)據(jù)的利用進(jìn)一步規(guī)范化、有序化，實(shí)現(xiàn)全生命周期應(yīng)用，促進(jìn)BIM 技術(shù)在不同專業(yè)、階段發(fā)揮應(yīng)有的效用。此外，BIM 技術(shù)雖然功能強(qiáng)大，但是我國(guó)主流設(shè)計(jì)軟件之間的信息交互還存在著較大的問(wèn)題，不同軟件之間的端口鏈接還需要進(jìn)一步完善。同時(shí)，我國(guó)相關(guān)部門需要加強(qiáng)基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)范的建立與完善，保證BIM 使用的規(guī)范化[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，BIM 技術(shù)發(fā)揮了非常重要的作用，其不僅具有可視化與動(dòng)態(tài)化的功能，同時(shí)也能夠協(xié)調(diào)不同專業(yè)之間的設(shè)計(jì)需求，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在實(shí)際情況中，BIM 技術(shù)主要應(yīng)用于空間規(guī)劃設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)性能分析、鋼結(jié)構(gòu)建模設(shè)計(jì)、節(jié)能設(shè)計(jì)等方面，在應(yīng)用中需要不斷完善，攻克技術(shù)難點(diǎn)，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升奠定良好基礎(chǔ)。