建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐分析與探究

胡波 滁州市建筑勘察設(shè)計(jì)院

一、BIM 技術(shù)概述

20 世紀(jì)70 年代，由BIM 之父ChuckEastman教授提出了這一概念，并在新加坡、日本、歐洲等國(guó)逐步推廣應(yīng)用。如今，它已經(jīng)成為我國(guó)建筑行業(yè)的新技術(shù)。近幾年來，隨著我國(guó)學(xué)術(shù)界對(duì)BIM 研究的增多，提起B(yǎng)IM 的次數(shù)也越來越多。尤其在建筑設(shè)計(jì)、建筑設(shè)備設(shè)計(jì)等專業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。但對(duì)大多數(shù)建筑行業(yè)來說，BIM 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還很少，要實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、機(jī)電等各個(gè)專業(yè)的協(xié)同，還有很長(zhǎng)的路要走。

BIM 技術(shù)是隨著信息技術(shù)發(fā)展并在建筑行業(yè)中深入應(yīng)用而形成的新型建筑設(shè)計(jì)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠把建筑數(shù)據(jù)信息化并把建筑的設(shè)計(jì)、建造及管理等環(huán)節(jié)融合在一起，實(shí)現(xiàn)了高效設(shè)計(jì)管理建筑結(jié)構(gòu)。BIM技術(shù)綜合了多種技術(shù)支持包括三維建模和信息管理等，所搭建起的流程圖能夠囊括了建筑設(shè)計(jì)施工及后期維護(hù)，不同環(huán)節(jié)的工作人員能夠同時(shí)獲取建筑相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)基本信息數(shù)據(jù)的共享。傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)消耗大量資金且因受制于技術(shù)、人工失誤等原因建筑設(shè)計(jì)效果并未能十分理想，而BIM 技術(shù)可以利用目標(biāo)建筑基本數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出不同的方案，且能夠搭建出多個(gè)1：1 虛擬建筑模型以供選擇，因此BIM 技術(shù)擁有更好的設(shè)計(jì)效果與效率，為建設(shè)單位節(jié)省大量的資金投入。

二、BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)分析

（一）BIM 技術(shù)工作效率高，有助于降低設(shè)計(jì)成本

與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比較BIM 技術(shù)無疑具有更高的工作效率，且能夠節(jié)省人力物力降低設(shè)計(jì)成本。除此以外BIM 技術(shù)能夠根據(jù)不同場(chǎng)景要求建立多個(gè)虛擬方案，構(gòu)建出不同的虛擬模型，為后期施工提供更加詳盡的依據(jù)。在對(duì)施工環(huán)境分析方面BIM 技術(shù)能夠進(jìn)行更好的把控，對(duì)于施工場(chǎng)地信息例如地質(zhì)、周邊居住情況等能充分考慮進(jìn)設(shè)計(jì)中，對(duì)方案能夠及時(shí)進(jìn)行調(diào)整確保最終的方案施工可行性得到提高。對(duì)于施工進(jìn)程的控制BIM 技術(shù)也可以結(jié)合地理信息等模擬出詳盡的流程方便發(fā)現(xiàn)問題和改進(jìn)完善，尤其是對(duì)各種突然情況的模擬可以進(jìn)行預(yù)處理方案的制定及完善。然后根據(jù)多個(gè)模擬的結(jié)果不斷地優(yōu)化實(shí)際設(shè)計(jì)方案，最終使方案的可行性大幅度提高，為后續(xù)施工提供可靠的依據(jù)。此外在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，如果設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)問題，就必須調(diào)整建筑物的總體尺寸，修改設(shè)計(jì)方案，但這樣做既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。與此同時(shí)，BIM 技術(shù)能很好的解決這個(gè)問題。設(shè)計(jì)者只需對(duì)問題零件進(jìn)行修整，系統(tǒng)將自動(dòng)修正其余零件的尺寸。

（二）BIM 技術(shù)綜合協(xié)調(diào)多種應(yīng)用技術(shù)

BIM 技術(shù)綜合協(xié)調(diào)多種應(yīng)用技術(shù)，包括數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)揮著巨大的作用，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)能夠把建筑基本信息參數(shù)、材料資源信息、成本控制信息等綜合在一起搭建起建筑數(shù)據(jù)庫(kù)，以方便建筑設(shè)計(jì)施工甚至后續(xù)使用維護(hù)保養(yǎng)。根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)情況工作人員可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的增刪改查，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)調(diào)整和提高整個(gè)建筑項(xiàng)目運(yùn)作效率。此外BIM 技術(shù)能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供有關(guān)建筑的最新資料。設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者需要從各個(gè)方面收集信息，以設(shè)計(jì)出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)代感的建筑。與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較，BIM 技術(shù)可以為設(shè)計(jì)師供給最新的信息建造。在設(shè)計(jì)者需要建立相關(guān)信息時(shí)，BIM 技術(shù)可以為設(shè)計(jì)者提供一系列最全面、最可靠的報(bào)告。

三、BIM 技術(shù)特征的簡(jiǎn)要闡述

（一）信息集成

BIM 技術(shù)是集成了多個(gè)信息技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因而擁有了不同信息技術(shù)綜合優(yōu)點(diǎn)，所以BIM 技術(shù)的一個(gè)功用是有利于信息的有效整合，相關(guān)資料的收集、整合、規(guī)劃與設(shè)計(jì)，進(jìn)而為施工單位設(shè)計(jì)部門提供相關(guān)參考，從而能夠縮短數(shù)據(jù)檢索、鎖定與了解優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)的時(shí)間。針對(duì)工程的具體情況，提出了更全面的設(shè)計(jì)方案，以促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展與完善。

（二）協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其特點(diǎn)是能夠充分利用BIM 技術(shù)，有機(jī)地構(gòu)建專門的建筑設(shè)計(jì)平臺(tái)，為業(yè)主、相關(guān)設(shè)計(jì)單位和施工企業(yè)之間的信息共享提供了良好的溝通渠道。有關(guān)各方就能根據(jù)各自當(dāng)事人的實(shí)際情況，更快地對(duì)要求提供的信息作出反應(yīng)?？勺詣?dòng)檢測(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件與設(shè)備管道的相互作用。該方法可以大大提高設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的溝通效率，同時(shí)也可以減少其他設(shè)計(jì)者在架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中所花費(fèi)的時(shí)間，因而能夠切實(shí)有效地提升工作效率。

（三）可傳遞工作過程

利用BIM 技術(shù)建立幾何信息模型的優(yōu)勢(shì)在于，它能夠保證各傳輸鏈路中數(shù)據(jù)信息的一致性，并結(jié)合自動(dòng)管理模式，使用BIM技術(shù)系統(tǒng)能夠修改某些模塊或某些數(shù)據(jù)，但BIM 技術(shù)的發(fā)展在不斷變化。此應(yīng)用程序不需要遵循傳統(tǒng)技術(shù)來修改參考數(shù)據(jù)或處理相關(guān)數(shù)據(jù)，要確保變量數(shù)據(jù)系統(tǒng)完成自動(dòng)修改，從而最大限度地減少了雇員的工作量，確保他們能夠完成工作。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成相關(guān)任務(wù)，減少建筑設(shè)計(jì)過程中的失誤。

四、BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐分析

（一）設(shè)計(jì)方案中的建筑模型解釋

BIM 技術(shù)需要操作者有很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)操作能力，雖然二維平面結(jié)構(gòu)已從手工繪圖躍升為電子繪圖，但它仍不能真正與建筑物的原始外觀相適應(yīng)。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)打破了這一局面，并促進(jìn)了對(duì)之前二維規(guī)劃的分析。

（二）開發(fā)綜合項(xiàng)目模型

全面、完整的模型工程在充分實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)，其價(jià)值與實(shí)用性也十分重要。這種設(shè)計(jì)主要采用有限的標(biāo)準(zhǔn)處理方法，并且有各種系列，線條風(fēng)格，字體，線型，符號(hào)和表達(dá)方式進(jìn)行優(yōu)化。充分利用BIM 技術(shù)，可以創(chuàng)建完整的項(xiàng)目模板。此外，還必須特別注意設(shè)計(jì)速度，盡可能地提高速度，這樣可以更好地為大多數(shù)普通用戶和特殊用戶有效地提供相應(yīng)的指導(dǎo)效用。

（三）在場(chǎng)地分析中的應(yīng)用

將BIM 應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)分析具有重要意義。施工分析是保證建筑結(jié)構(gòu)合理、科學(xué)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。因此，只有從根本上保證施工現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)指標(biāo)分析結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，才能有效地提高預(yù)設(shè)計(jì)工作的效率。常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)分析方法存在一定的缺陷和問題，分析過程受分析者主觀因素的影響較大，對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定的影響。利用BIM 技術(shù)，既能從根本上保證現(xiàn)場(chǎng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，又能保證其完整性。利用BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析，還可以與GIS 技術(shù)有效地結(jié)合。有效地縮短了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)間，使其更加科學(xué)、合理。

（四）建筑空間規(guī)劃上的應(yīng)用

建筑設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行空間規(guī)劃。選定建筑位置之后，就可以對(duì)當(dāng)?shù)乜臻g進(jìn)行地形分析。尤其對(duì)于地形較復(fù)雜的建筑地基，需要進(jìn)行地形分段。建筑基礎(chǔ)的BIM 空間分析，如特定坡度、斜率、長(zhǎng)寬比等。對(duì)建于地形復(fù)雜地區(qū)的建筑，可采用BIM 技術(shù)進(jìn)行初步探討，為設(shè)計(jì)工作提供強(qiáng)有力的支撐，拓展設(shè)計(jì)思路。利用GIS 可以對(duì)坡度分析中的各種參數(shù)進(jìn)行建模。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需要從不同的角度進(jìn)行探索，并生成一系列基本數(shù)據(jù)，以供未來設(shè)計(jì)參考。探索完地形之后，就可以規(guī)劃建筑空間了。建筑物空間規(guī)劃通常采用BIM 視覺分析技術(shù)，利用BIM 技術(shù)對(duì)建筑物進(jìn)行三維顯示，在進(jìn)行各種分析前先建立相應(yīng)的模型，并利用BIM 技術(shù)進(jìn)行調(diào)試，綜合各種因素，供綜合參考，得到最佳的空間規(guī)劃模型。

五、BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中問題分析

（一）使用BIM 技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本問題

BIM 綜合了多項(xiàng)技術(shù)，它的優(yōu)勢(shì)是顯著的，但其使用成本也是較大的，需要足夠資金支持方能實(shí)現(xiàn)。BIM 技術(shù)需要使用到機(jī)械設(shè)備及軟件系統(tǒng)，這些都需要大量資金投入。根據(jù)目前對(duì)BIM 技術(shù)費(fèi)用調(diào)查研究可以看到，隨著BIM 技術(shù)發(fā)展強(qiáng)大，其使用費(fèi)用在也在不斷攀升。對(duì)于中小企業(yè)來說使用BIM 技術(shù)的費(fèi)用支出并不是小額資金，因此中小企業(yè)應(yīng)用BIM 技術(shù)的廣泛性有所降低。

（二）行業(yè)整體應(yīng)用BIM 技術(shù)水平低

BIM 技術(shù)在我國(guó)建筑行業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展起步比較晚時(shí)間比較短，加上BIM 是綜合技術(shù)需要掌握的知識(shí)及技能都較為繁雜，在國(guó)內(nèi)能夠完全理清BIM 技術(shù)脈絡(luò)的專業(yè)技術(shù)人才較少，建筑行業(yè)融通BIM 技術(shù)還需要一定的時(shí)間。此外還存在一部分建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM 技術(shù)認(rèn)識(shí)不足的情況，認(rèn)為BIM 技術(shù)是簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)技術(shù)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相比重要程度不高，唯經(jīng)驗(yàn)論未能得到有效的破除。

（三）BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失

BIM 技術(shù)在國(guó)外發(fā)展較為成熟，但在國(guó)內(nèi)應(yīng)用時(shí)間尚淺，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立起來，BIM 在我國(guó)屬于初級(jí)發(fā)展階段需要不斷地摸索發(fā)展的方向與道路。此外BIM技術(shù)人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)缺失是另一重要的不足之處，如何對(duì)BIM 技術(shù)人員進(jìn)行評(píng)價(jià)并建立標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前需要解決的重點(diǎn)問題，人才培養(yǎng)方案到位其他相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)迎刃而解。

六、在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)的策略

根據(jù)目前BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用中遇到的問題可以看到，要完善BIM 技術(shù)應(yīng)用充分發(fā)揮出其應(yīng)有的作用，就需要建立起B(yǎng)IM技術(shù)規(guī)范體系和人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)得到完善發(fā)展程度較為成熟后其他的問題例如資金投入及認(rèn)知不足等方面問題就會(huì)水到渠成得到解決。同時(shí)也可以走出國(guó)門向先進(jìn)國(guó)家學(xué)習(xí)BIM 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系，并結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況加以修改制定出符合我國(guó)建筑行業(yè)的BIM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。同時(shí)應(yīng)為BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用搭建一個(gè)完善的環(huán)境，保證BIM 技術(shù)能夠?yàn)楦嗟脑O(shè)計(jì)人員所接受和使用。針對(duì)最為重要的人才培養(yǎng)方面，可以實(shí)行深層次的校企合作和產(chǎn)教融合，設(shè)計(jì)更具針對(duì)性的課程方案，并注重實(shí)踐應(yīng)用與理論應(yīng)用相結(jié)合的效果?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)BIM 技術(shù)的認(rèn)可程度逐漸提高，加上政策及行業(yè)對(duì)技術(shù)應(yīng)用的支持，中小企業(yè)跟上時(shí)代步伐應(yīng)用BIM 技術(shù)指日可待。

七、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，BIM 技術(shù)目前已被應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中，雖然在國(guó)內(nèi)發(fā)展起步較晚，但發(fā)展勢(shì)頭是良好的。當(dāng)前我國(guó)BIM技術(shù)是以IFC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，利用智能技術(shù)將目標(biāo)建筑物轉(zhuǎn)化為三維結(jié)構(gòu)模型圖。通過BIM 技術(shù)的具體應(yīng)用，可以幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行模型分析、程序選擇和修改，提高設(shè)計(jì)效率。