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

逯曉強(qiáng)

（廣州市住宅建筑設(shè)計(jì)院有限公司山西分公司，山西太原 030000）

現(xiàn)階段，BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)中得以廣泛應(yīng)用，該技術(shù)具有可視化、參數(shù)化、仿真化功能，可顯著提高建筑工程管理控制水平。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑工程管控息息相關(guān)，在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用BIM 技術(shù)，可改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，為工程作業(yè)的順利發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)融入了建筑學(xué)、工程學(xué)、土木工程等專業(yè)知識(shí)，是建筑設(shè)計(jì)和施工中不可或缺的工具。建筑信息模型中應(yīng)用了三維技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、物件導(dǎo)向技術(shù)，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)概況和工程要求創(chuàng)建系統(tǒng)模型，為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用建筑信息模型，能科學(xué)分析結(jié)構(gòu)性能、連接概況和工程材料，設(shè)計(jì)人員也可獲取更加全面和可靠的數(shù)據(jù)信息。

2 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要功能

2.1 模型集成

BIM 技術(shù)可量化處理工程設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)信息，在結(jié)果信息整合的過程中，認(rèn)真探究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所需的信息化模型，如圖1 所示。BIM 技術(shù)在模型集成過程中的應(yīng)用可生動(dòng)地展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)多個(gè)構(gòu)件間的位置及空間信息和不同構(gòu)件間的聯(lián)系，更好地展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠基于建筑模型，清晰、生動(dòng)地展現(xiàn)設(shè)計(jì)的理念和設(shè)計(jì)的最終效果。設(shè)計(jì)人員可合理利用BIM 的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)更加詳細(xì)地了解建筑結(jié)構(gòu)，保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，有效預(yù)防設(shè)計(jì)工作中由于人為失誤而影響工程施工進(jìn)度和質(zhì)量。

2.2 參數(shù)整合與編輯

建立建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的量化處理是BIM 技術(shù)的重要功能，該技術(shù)可推動(dòng)建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)中模型創(chuàng)建工作的順利開展。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，整合與編輯BIM 技術(shù)是核心重點(diǎn)。BIM 技術(shù)在參數(shù)確定和組合時(shí)，需滿足建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的要求，注重模型應(yīng)用的科學(xué)性與合理性，確保工程設(shè)計(jì)效果滿足設(shè)計(jì)方案的要求，全面提高設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量。

圖1 模型集成

2.3 數(shù)據(jù)信息共享

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需參考不同類型的信息數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件信息共享和信息交換的效果不佳，應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠最大限度解決上述問題。設(shè)計(jì)人員可在BIM 技術(shù)和模型的支持下，將所有重要數(shù)據(jù)均錄入數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，其他人員若需查詢數(shù)據(jù)信息，可訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而獲取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所需的數(shù)據(jù)信息。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員也可全方位參考其他設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)成果，為自身的設(shè)計(jì)工作尋找靈感，合理調(diào)整和修改設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性。

如今，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益完善，大數(shù)據(jù)和云技術(shù)的應(yīng)用也體現(xiàn)出BIM 技術(shù)的安全信息管理功能。BIM 技術(shù)的數(shù)據(jù)共享功能，可顯著提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平，這有助于后續(xù)作業(yè)的順利開展。

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

3.1 建筑場(chǎng)地分析中的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容較多且極其復(fù)雜，工作人員一方面要認(rèn)真分析建筑主體結(jié)構(gòu)，另一方面也應(yīng)認(rèn)真分析建筑施工場(chǎng)地的地理環(huán)境、水文地質(zhì)環(huán)境，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可靠性。BIM 技術(shù)不僅有助于建筑結(jié)構(gòu)的合理性分析，也可支持設(shè)計(jì)前期建筑場(chǎng)地地質(zhì)及水文環(huán)境分析，應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠在動(dòng)態(tài)數(shù)字信息的基礎(chǔ)上，探究建筑結(jié)構(gòu)在既定地理水文環(huán)境條件中的盈利情況。此外，BIM+GPS 技術(shù)，可有效落實(shí)建筑場(chǎng)地分析，確定建筑的體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有利于建筑選址的科學(xué)決策，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程施工現(xiàn)場(chǎng)的水文、地質(zhì)和氣候條件相適應(yīng)，為建筑工程后續(xù)施工作業(yè)的順利進(jìn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型中的應(yīng)用

建筑設(shè)計(jì)中，若想創(chuàng)建科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)模型，則需充分利用BIM 技術(shù)的功能和優(yōu)勢(shì)，基于模型更加準(zhǔn)確地描述梁體、柱體和樓梯等重要的結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)而為后期工程施工作業(yè)提供更詳細(xì)和全面的信息。例如，在墻體結(jié)構(gòu)中，要認(rèn)真分析墻體結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建的總體思路。首先，定義建筑實(shí)體，全面掌握結(jié)構(gòu)概況。其次，做好建筑結(jié)構(gòu)模型信息關(guān)聯(lián)和融合處理，以此密切模型與建筑實(shí)體間的聯(lián)系。最后，定義墻體。在建立結(jié)構(gòu)模型后，合理利用和管理建筑空間，實(shí)現(xiàn)樓層與墻體相互關(guān)聯(lián)的總體目標(biāo)。

3.3 創(chuàng)建部分結(jié)構(gòu)模型中的應(yīng)用

創(chuàng)建BIM 部分結(jié)構(gòu)模型時(shí)，會(huì)涉及諸多內(nèi)容，如工程成本、工程材料、工程規(guī)格等信息?，F(xiàn)階段，BIM 模型可全面滿足構(gòu)件的多種屬性。如在墻體設(shè)計(jì)中，為定義墻體關(guān)聯(lián)關(guān)系，BIM 模型中的構(gòu)件需要使用多種材料。而墻體也是建筑當(dāng)中十分重要的構(gòu)件，上面也提到墻體的構(gòu)成具有復(fù)雜性，主要由結(jié)構(gòu)層、隔熱層、墻面和外墻面磚構(gòu)成。為保證關(guān)聯(lián)的效果，要求工程人員先定義材料屬性，了解材料的性質(zhì)和特點(diǎn)。隨后定義集合實(shí)體、分層實(shí)體和使用實(shí)體，并依據(jù)材料關(guān)聯(lián)實(shí)體，使墻體與墻體材料相互關(guān)聯(lián)，如圖2 所示。

圖2 墻體樓梯樣板模型

3.4 創(chuàng)建關(guān)聯(lián)性結(jié)構(gòu)模型中的應(yīng)用

對(duì)稱性關(guān)聯(lián)下，如果對(duì)主實(shí)體進(jìn)行調(diào)整，則梁實(shí)體也會(huì)發(fā)生變化調(diào)整，反之也是一樣。設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)充分考慮個(gè)體間的關(guān)聯(lián)。BIM 模型可有效體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，也可更加直接地展現(xiàn)信息的關(guān)聯(lián)性。其中，非對(duì)稱關(guān)聯(lián)主要指兩個(gè)實(shí)體間的主從關(guān)系。這種關(guān)系是指修改主體后，建筑實(shí)體也會(huì)隨之發(fā)生變化，但是對(duì)結(jié)構(gòu)主體幾乎沒有影響。例如，墻體和洞口，墻體為實(shí)體，洞口為主體。洞口依賴于墻體，如拆除墻體，也要同時(shí)拆除洞口；如拆除洞口，則無須拆除墻體。切斷二者的關(guān)聯(lián)關(guān)系是上述過程的主要影響。關(guān)聯(lián)墻體與洞口結(jié)構(gòu)能夠建立二者間的實(shí)體關(guān)聯(lián)。

對(duì)稱性關(guān)聯(lián)也是一種十分重要的關(guān)聯(lián)形式，是與非對(duì)稱性相對(duì)得到的兩個(gè)實(shí)體之間所形成的關(guān)系。若其中一個(gè)實(shí)體發(fā)生變化，則另一個(gè)實(shí)體也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。如建筑結(jié)構(gòu)梁柱關(guān)聯(lián)中，基于建筑構(gòu)件關(guān)聯(lián)梁、柱實(shí)體，若調(diào)整主體，則梁實(shí)體也會(huì)發(fā)生十分明顯的變化，反之亦然。

3.5 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)并非羅列建筑結(jié)構(gòu)框架，主要是使建筑結(jié)構(gòu)具有審美性的同時(shí)，也具有優(yōu)良的抗震性能。如無法維護(hù)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，則需優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而滿足建筑工程的規(guī)范和要求。結(jié)合過往的經(jīng)驗(yàn)，若開展建筑結(jié)構(gòu)性能分析，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而且也會(huì)投入大量的人力、物力和財(cái)力。同時(shí)，在分析過程中無法保障分析結(jié)果，這主要是由于人的主觀性較強(qiáng)，或者無法嚴(yán)格按照規(guī)范要求完成各項(xiàng)工作，相應(yīng)的也就不能維護(hù)結(jié)構(gòu)性能分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。合理利用BIM 技術(shù)，可充分展現(xiàn)性能分析軟件的作用與價(jià)值。自動(dòng)化分析模式可最大限度地減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)失誤，若在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)不足之處，可第一時(shí)間采取有效措施加以控制和調(diào)整。

3.6 建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同中的應(yīng)用

利用BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)建筑工程數(shù)據(jù)信息的及時(shí)更新，也可及時(shí)增加和刪減信息。為有效減輕數(shù)據(jù)信息對(duì)設(shè)計(jì)的影響，首先要對(duì)不同區(qū)域采取不同的設(shè)計(jì)措施，防止工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)信息無序的問題。其次，在模型中可設(shè)置中性數(shù)據(jù)，這樣即使設(shè)計(jì)人員較多，也不會(huì)在數(shù)據(jù)交流中出現(xiàn)明顯的問題。在協(xié)調(diào)工作中要求人員高效整合所有的重要數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)一的平臺(tái)做好信息分析和處理工作，從而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性與合理性。

4 結(jié)束語

BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用極大地提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率，在完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，也可為我國(guó)建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在具體設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)注重BIM 技術(shù)在結(jié)構(gòu)協(xié)同、結(jié)構(gòu)性能分析、場(chǎng)地分析和結(jié)構(gòu)模型中的應(yīng)用，以此加強(qiáng)整體作業(yè)的規(guī)范性，促進(jìn)建筑工程的高質(zhì)量完工。