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

韋廣添

（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問有限公司，廣東東莞 523000）

0 引言

隨著社會(huì)科學(xué)以及建筑信息技術(shù)的飛速進(jìn)步，各種各樣的高新技術(shù)成為建筑行業(yè)重要的設(shè)計(jì)輔助技術(shù)，其中BIM 技術(shù)為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展提供了有力的支持，形成了一種形式的設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)技術(shù)可以創(chuàng)建科學(xué)、智能的設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，同時(shí)也方便在后續(xù)的施工過程中有效地執(zhí)行修改設(shè)計(jì)缺陷的操作。在新時(shí)代的發(fā)展中，不斷出現(xiàn)新的建筑設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)方法，這就要求建筑設(shè)計(jì)人員要不斷地提升自己對(duì)于新事物的接受水平，將新技術(shù)融入自身的建筑設(shè)計(jì)工作中，使設(shè)計(jì)出的建筑更加符合新時(shí)代的發(fā)展以及新時(shí)期人們對(duì)于建筑的使用需求。接下來本文將詳細(xì)介紹BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的BIM 技術(shù)

1.1 BIM 技術(shù)的概念

BIM 是一種將信息技術(shù)投入建設(shè)過程的數(shù)字模型。將三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)給人們，使人們能更直觀、清晰地觀察建筑結(jié)構(gòu)，從而得出正確的結(jié)論。設(shè)計(jì)適配、財(cái)務(wù)評(píng)估、施工方案為資源和設(shè)計(jì)培訓(xùn)提供可靠的安全保障，確保結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)更科學(xué)。BIM 技術(shù)還可以與信息技術(shù)相結(jié)合，形成一個(gè)集成的信息數(shù)據(jù)庫。

1.2 BIM 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.2.1 可視化

BIM 的主要優(yōu)勢(shì)是可視化技術(shù)。通過在BIM 系統(tǒng)中放置建設(shè)項(xiàng)目的各類信息并建立一些參數(shù)，利用3D 數(shù)字技術(shù)向人們展示3D 模型。在一些更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，BIM 技術(shù)還可以呈現(xiàn)更復(fù)雜的細(xì)節(jié)，對(duì)于用戶評(píng)估程序的軟件資源非常有用，能及時(shí)了解設(shè)計(jì)中存在的細(xì)節(jié)上的問題，施工人員也能夠更好地了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意圖和施工相關(guān)重要技術(shù)的運(yùn)用。因此，BIM 技術(shù)發(fā)展在建筑行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。

1.2.2 協(xié)調(diào)性

BIM 技術(shù)的協(xié)同作用主要體現(xiàn)在它可以應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，促進(jìn)工程建筑設(shè)計(jì)部門和其他各部門之間的協(xié)調(diào)與協(xié)作?；谝曈X運(yùn)用特征，能幫助不同的設(shè)計(jì)部門之間就存在的配合問題形成協(xié)調(diào)一致的意見，可以更加高效地解決關(guān)于交叉專業(yè)的問題，保證工程施工的正常進(jìn)行。

2 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所發(fā)揮的功能

2.1 設(shè)計(jì)圖紙可修改功能

在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法中，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，就必須要重新調(diào)整整個(gè)項(xiàng)目的建筑設(shè)計(jì)圖。這意味著需要大量修改圖紙，浪費(fèi)了設(shè)計(jì)時(shí)間[3]。BIM 技術(shù)的使用能夠顯著地改善這種情況。設(shè)計(jì)師只需要使用BIM 技術(shù)改變有問題的部分，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)校正剩余的尺寸，這給了設(shè)計(jì)師更多的時(shí)間和精力來完善建筑物的其他細(xì)節(jié)。

2.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息化功能

在特定的應(yīng)用過程中，基于信息技術(shù)開發(fā)的BIM 技術(shù)，可以利用其他先進(jìn)技術(shù)，建立土木工程信息數(shù)據(jù)庫，獲取與土木工程相關(guān)的信息。設(shè)計(jì)師可以方便地進(jìn)行分類，分析和保存。設(shè)計(jì)者或工程師可以提取信息，根據(jù)信息分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或施工問題，優(yōu)化施工圖，為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化和合理地施工工作創(chuàng)造條件。

2.3 工程設(shè)計(jì)一體化功能

BIM 技術(shù)的內(nèi)置施工規(guī)劃功能是獲取工程信息，對(duì)施工結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)。這代表著BIM 技術(shù)能夠非常高效地幫助建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，獲取相關(guān)信息并根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際情況構(gòu)建建筑模型。在設(shè)計(jì)特定的建筑項(xiàng)目時(shí)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)建筑物的外部和光源等，使得設(shè)計(jì)方案具有更高的應(yīng)用價(jià)值；還可以根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)劃優(yōu)化建筑模型，確保在建筑項(xiàng)目中的有效應(yīng)用，根據(jù)建筑物的舒適度、采光效果和建筑物的能源效率來評(píng)估建筑整體設(shè)計(jì)，保證其可行性[4]。

2.4 建筑工程模型三維化功能

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)主要以CAD 圖紙為主。由于CAD 最終以平面形式表示建筑形象，因此設(shè)計(jì)人員很難發(fā)現(xiàn)將各種建筑環(huán)節(jié)組合在一起時(shí)會(huì)產(chǎn)生的隱患，這是傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)面臨的主要問題。BIM 技術(shù)通過對(duì)CAD 圖像的三維表現(xiàn)，使設(shè)計(jì)人員可以清楚地觀察建筑物的結(jié)構(gòu)組件之間的關(guān)系，從而可以及早發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)問題并做出調(diào)整，提高建筑設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

2.5 各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的共享

盡管設(shè)備分類中使用了不同的信息，但傳統(tǒng)編程缺乏信息共享和交換，BIM 技術(shù)能夠非常高效地完善這個(gè)情況，不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員可以通過BIM 技術(shù)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)平臺(tái)中注明所有相關(guān)結(jié)構(gòu)的重要數(shù)據(jù)信息，其他人在需要查詢項(xiàng)目結(jié)構(gòu)中的信息和數(shù)據(jù)時(shí)可以訪問數(shù)據(jù)庫[3]。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師會(huì)參考其他設(shè)計(jì)師的數(shù)據(jù)庫和其他設(shè)計(jì)輸出，幫助他們的設(shè)計(jì)工作，改進(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)劃并科學(xué)全面地執(zhí)行。大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的出現(xiàn)為技術(shù)信息管理中的BIM 功能提供了更便攜的存儲(chǔ)方式。在數(shù)據(jù)交換功能中實(shí)施BIM 技術(shù)是提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率和水平的關(guān)鍵。

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

3.1 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)場(chǎng)地分析中的應(yīng)用

建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)容非常復(fù)雜，不僅要分析主體建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理性，還要分析施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和水力條件，以及保證施工安全。BIM 技術(shù)不僅在分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的合理性方面發(fā)揮著重要作用，而且對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、水文環(huán)境也有重要影響。該技術(shù)可以使用數(shù)字動(dòng)態(tài)信息分析和確定結(jié)構(gòu)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和水文條件的影響。此外，它將確保工程的完成和詳細(xì)的技術(shù)分析，并確定結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)選擇，可以為施工現(xiàn)場(chǎng)提供更加準(zhǔn)確的參考標(biāo)準(zhǔn)，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)械上與施工現(xiàn)場(chǎng)的地理、水文和氣候條件相適應(yīng)。一體化可保證正式施工過程及后續(xù)施工的順利運(yùn)行。

3.2 在中期設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用

中間階段的主要任務(wù)是完成建筑物的各個(gè)結(jié)構(gòu)，如結(jié)構(gòu)模擬、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析、相關(guān)結(jié)構(gòu)分析等。

3.2.1 BIM 技術(shù)在結(jié)構(gòu)仿真中的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)的重要部分。在結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)也是所有建筑工作中最困難的。在實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中，BIM技術(shù)的應(yīng)用用于定義梁和柱之間的連接、梁和梁的鉸鏈、梁和梁的固定連接以及其他連接方法。驗(yàn)證參數(shù)以確保連接方法的有效性和科學(xué)性，并在此數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上模擬鋼結(jié)構(gòu)的連接，保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和有效性。

3.2.2 BIM 技術(shù)在結(jié)構(gòu)性能分析中的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要確定結(jié)構(gòu)，還要注意分析結(jié)構(gòu)的其他建筑特征，如斷裂力和建筑物外觀[4]。因此，為了分析建筑結(jié)構(gòu)，有必要應(yīng)用BIM 技術(shù)。根據(jù)外墻、鋼材等材料的應(yīng)用，確定建筑物的材料。對(duì)于所選材料，必須將載荷元素定義為材料讀數(shù)值。BIM 技術(shù)還可以應(yīng)用于與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的各種分析屬性，尋找性能差距，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的補(bǔ)充充分性。

3.2.3 BIM 技術(shù)在關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各種結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性至關(guān)重要。為了確保結(jié)構(gòu)相關(guān)分析的準(zhǔn)確性，須使用BIM 技術(shù)來模擬和實(shí)現(xiàn)真實(shí)的建筑結(jié)構(gòu)，具體反映建筑結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。例如，要分析建筑物中洞口與墻體的關(guān)系，洞口的存在必須依附于墻體，并且墻壁的存在可以具有洞口。兩者之間的關(guān)系非常緊密。

3.3 在建筑設(shè)計(jì)各專業(yè)協(xié)同中的應(yīng)用

BIM 技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用研究不僅由設(shè)計(jì)師進(jìn)行，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的許多不同學(xué)科中也在進(jìn)行[5]。因此，在設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)不同學(xué)科之間的信息交流以及信息的聚合和協(xié)調(diào)，是提高建筑設(shè)計(jì)效率和完整性的重要途徑。在如今的建筑設(shè)計(jì)中，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行信息交流主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，中間信息可以用在不同位置并且通過使用不同的軟件設(shè)計(jì)來構(gòu)建模型的不同數(shù)據(jù)和信息度量；另一方面，土木工程、套件、建筑等專業(yè)相關(guān)的計(jì)算機(jī)使用集成模型可以完成跨數(shù)據(jù)跨專業(yè)的信息和能力的共享、傳輸和集成。

4 結(jié)語

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，城市化的趨勢(shì)日益明顯，建筑業(yè)也在穩(wěn)步發(fā)展。各種建筑設(shè)計(jì)的新技術(shù)新方法也隨著時(shí)代的需求不斷涌現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是反映現(xiàn)代建筑技術(shù)并有效促進(jìn)城市規(guī)劃和文明發(fā)展的重要途徑，設(shè)計(jì)的重要性不容忽視。將各種新技術(shù)合理地運(yùn)用于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中就是如今相關(guān)工作者的重要任務(wù)，BIM 技術(shù)的使用可以為建筑設(shè)計(jì)師提供直觀易懂的建筑模型。使我國建筑設(shè)計(jì)的更加快速地發(fā)展，同時(shí)我國建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量也能得到有力的保障。