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

胡正啟

安徽實(shí)華工程技術(shù)股份有限公司 安徽 合肥 230000

引言

在當(dāng)前建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)過程中，建筑單元的外觀和主體結(jié)構(gòu)必須要新穎，要融入一定的創(chuàng)新理念。建筑設(shè)計(jì)的不規(guī)則以及追求外觀的獨(dú)特性會極大地提高建筑工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，部分項(xiàng)目的建筑設(shè)計(jì)以及按照建筑設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會缺乏方案的合理性，導(dǎo)致出現(xiàn)了各種建筑方面的問題。針對這一情況，我們發(fā)現(xiàn)，通過BIM技術(shù)對項(xiàng)目進(jìn)行建模，然后構(gòu)建出完整的3D模型對工程項(xiàng)目進(jìn)行全方位描述，建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的地方會直觀地呈現(xiàn)在甲方、設(shè)計(jì)方以及施工方的面前，讓各方都能夠在建設(shè)之前就清晰地看到設(shè)計(jì)方案的可行性程度，以便于進(jìn)行更好的決策和實(shí)施。因此本文主要分析了BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢及特征，并提出了BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域不同方面的一些匹配參考[1]。

1 BIM技術(shù)的概念

通常我們說的建筑模型，就是利用BIM技術(shù)創(chuàng)建可視化的3D展示，模型有相關(guān)性數(shù)據(jù)并顯示參數(shù)材料（例如柱、板和梁）、設(shè)計(jì)指標(biāo)和其他信息，并體現(xiàn)計(jì)算結(jié)果。建筑信息利用BIM這種先進(jìn)技術(shù)可有助于集成化，從傳統(tǒng)平面到三維立體的施工圖的創(chuàng)新和實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)是BIM技術(shù)最重要的功能，信息傳輸?shù)膬?yōu)勢是BIM技術(shù)本身就具有的，可使設(shè)計(jì)人員分析參數(shù)或者直觀地看到整個項(xiàng)目結(jié)構(gòu)。建筑物生命周期的盡頭從建筑物運(yùn)營、建造和設(shè)計(jì)中，相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)會匯集到設(shè)計(jì)管理和開發(fā)管理的團(tuán)隊(duì)以及3D模型中。信息數(shù)據(jù)庫的所有者和運(yùn)營商可以實(shí)現(xiàn)降低成本，提高工作效率，可持續(xù)發(fā)展并有效地節(jié)省資源。改善整個建筑的設(shè)計(jì)可以不斷通過提取到的項(xiàng)目可視信息，使相關(guān)者隨時可以掌握有效地建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)程，消除非理性因素，實(shí)時完成項(xiàng)目及時獲取信息，并結(jié)合科學(xué)化信息化規(guī)范化管理以優(yōu)化全壽命周期的施工過程。

2 基于BIM技術(shù)的優(yōu)勢分析

2.1 設(shè)計(jì)可視化操作

建模技術(shù)增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑工程中的應(yīng)用，可視化所有任務(wù)并滿足大型和復(fù)雜空間分區(qū)以及工業(yè)建筑中多種功能的需求。尤其是，可視化抽象零件的功能通過允許模擬正在設(shè)計(jì)的構(gòu)造過程中可能出現(xiàn)的問題，增強(qiáng)了BIM技術(shù)的預(yù)判性優(yōu)勢。

2.2 協(xié)同效應(yīng)的特征

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以使用BIM技術(shù)為設(shè)計(jì)師，建筑商和業(yè)主提供高質(zhì)量的交流平臺。結(jié)果，不同的主體可以通過使用BIM技術(shù)構(gòu)建的信息傳輸平臺表達(dá)自己的獨(dú)特需求，從而確保信息交互的效率和流暢性。在明確了業(yè)主的需求后，設(shè)計(jì)人員將定制的專用建筑模型交給業(yè)主，然后在業(yè)主確認(rèn)后，將其交給建筑商，并以建筑物信息模型為基準(zhǔn)完成施工。規(guī)劃指導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)，以滿足各學(xué)科的實(shí)際需要?；贐IM技術(shù)的強(qiáng)大功能，可以檢測建筑結(jié)構(gòu)的各種基本要求，客觀地分析各種零件和附件的影響因素，并根據(jù)分析結(jié)果采取切實(shí)可行的調(diào)整措施，可以確認(rèn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是安全及完善功能[2]。

2.3 統(tǒng)籌專業(yè)的特征

精確統(tǒng)籌是BIM技術(shù)的一大優(yōu)勢，將其充分發(fā)揮在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其是當(dāng)前應(yīng)用較多結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)以及各專業(yè)設(shè)計(jì)的精確統(tǒng)一性，從而保證設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)的有序性，增強(qiáng)整體工程設(shè)計(jì)效果。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠統(tǒng)籌管理相關(guān)專業(yè)，避免因此專業(yè)碰撞問題以及二維設(shè)計(jì)出現(xiàn)的錯漏碰缺，它可以將建筑模型實(shí)現(xiàn)三維表達(dá)，減少圖紙數(shù)量，對模型進(jìn)行碰撞檢查，有效解決專業(yè)間、預(yù)制構(gòu)件間可能出現(xiàn)的碰撞沖突問題。

2.4 完備信息的特征

BIM Technology English是建筑信息模型，該模型以字符方式表示建筑設(shè)施當(dāng)中的相關(guān)特征。在加強(qiáng)了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用之后，相應(yīng)的特征信息得到了進(jìn)一步的改進(jìn)，并且可以使用BIM模型來顯示這些信息。該信息可以與項(xiàng)目構(gòu)建過程相互結(jié)合，實(shí)施后的任務(wù)模擬以及可能存在的問題相匹配，以使用完整的信息來綜合增強(qiáng)BIM技術(shù)在其中的強(qiáng)大優(yōu)勢。

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

3.1 應(yīng)用于前期建筑場地分析

建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作非常復(fù)雜。首先要分析建筑物主體結(jié)構(gòu)的可行性，又要對施工現(xiàn)場的地理環(huán)境和各種基礎(chǔ)條件進(jìn)行詳細(xì)分析，以保證建筑物安全性。BIM技術(shù)在前期建筑場地的合理分析中發(fā)揮重要作用，比如在設(shè)計(jì)的早期可以通過其動態(tài)數(shù)字信息，該應(yīng)用程序可以分析和確定項(xiàng)目相關(guān)的建筑環(huán)境中建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況。此外，BIM和GPS技術(shù)的集成可以在施工現(xiàn)場分析中發(fā)揮更大的作用，從而可以進(jìn)一步確保現(xiàn)場分析工作的全面性和詳細(xì)性，從而確保建筑結(jié)構(gòu)的選型確定。它提供了更加合理和準(zhǔn)確的參考標(biāo)準(zhǔn)。它還為建筑施工現(xiàn)場選擇提供了更科學(xué)的參考，以確保建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以與實(shí)際施工現(xiàn)場的地理，水文和氣候條件有機(jī)地結(jié)合在一起進(jìn)行有機(jī)融合，確保的正式施工過程以及后續(xù)建筑物使用過程平穩(wěn)、安全和穩(wěn)定[3]。

3.2 應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)分析

建設(shè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)BIM分析的第一個方面，是需要對整個建筑框架進(jìn)行詳細(xì)的分析和優(yōu)化，而不是簡單地計(jì)算載荷以獲得內(nèi)力并執(zhí)行加固計(jì)算，也不是隨機(jī)選擇和組合。對結(jié)構(gòu)的整體性能進(jìn)行評估，以確保當(dāng)建筑物的結(jié)構(gòu)承受各種載荷時可以證明其工程上的優(yōu)勢，保證項(xiàng)目的安全性和穩(wěn)定性。BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的綜合應(yīng)用可以對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃和特定的結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行全面的分析和仿真，可以進(jìn)行各種比較和選擇，并提供技術(shù)和經(jīng)濟(jì)評估，并可以建立數(shù)字集成模型。然后，使用Revit API輔助平臺對其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行全面分析，并使用大數(shù)據(jù)捕獲建筑物結(jié)構(gòu)與特定環(huán)境之間的相互作用。在實(shí)踐應(yīng)用期間，將對其進(jìn)行修改和優(yōu)化，以確保整個建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果的水平和整體質(zhì)量。

建設(shè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)BIM分析的第二個方面，主要是結(jié)構(gòu)材料的分析。因?yàn)閮H確定建筑物的框架是不夠的。還應(yīng)注意分析建筑結(jié)構(gòu)的其他特性，例如建筑結(jié)構(gòu)的抗斷裂性和保溫同壽命問題等。因此，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用除了以上所述內(nèi)容以外，還需要對建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行全面、綜合的分析，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定建筑材料，例如高強(qiáng)度鋼筋和外墻一體化材料等。關(guān)于結(jié)構(gòu)材料的選擇，還必須弄清楚載荷系數(shù)，以確保材料選擇的價值。此外，應(yīng)使用BIM技術(shù)分析與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃相關(guān)的各種性能，找出不足和欠缺之處，并對其進(jìn)行補(bǔ)充以確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃的可靠性。

建設(shè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)BIM分析的第三個方面，就是要分析各種結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性，這一點(diǎn)也非常重要。為了確保結(jié)構(gòu)相關(guān)分析的準(zhǔn)確性，需要使用BIM技術(shù)來模擬建筑物的結(jié)構(gòu)并使之成為現(xiàn)實(shí)。具體來說，它反映了結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。例如，在分析建筑物的洞口和墻體之間的相關(guān)性時，需要將洞口附接到墻體上，并且有墻體的存在才能有洞口的存在，這兩者之間的關(guān)系非常緊密[4]。

建設(shè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)BIM分析的第四個方面是不限于特定的專業(yè)。要完成建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要幾位不同專業(yè)的合作。因此，加強(qiáng)設(shè)計(jì)過程中各學(xué)科之間數(shù)據(jù)和信息交換，集成匯總和協(xié)調(diào)處理各專業(yè)各環(huán)節(jié)各部位的設(shè)計(jì)元素。在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)在信息交換和共享中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面。一方面，我們使用中間數(shù)據(jù)的問題來完成不同數(shù)據(jù)和參數(shù)信息的共享，這些數(shù)據(jù)和參數(shù)信息是在不同地方和不同設(shè)計(jì)軟件中構(gòu)建模型所需的。同時，利用該數(shù)據(jù)庫完成各專業(yè)之間各種信息和資源的共享和傳輸、整合、集成和分析建筑各相關(guān)的專業(yè)的信息，并使用此集成的數(shù)據(jù)處理模型來處理這些專業(yè)信息，以確保信息集成的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一性，確保不同專業(yè)協(xié)同共享和利用效果最大化。

3.3 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建模中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國的大型建筑物一般都是用鋼結(jié)構(gòu)建造的，但是鋼結(jié)構(gòu)建模過程要確保結(jié)構(gòu)合理性、構(gòu)件連接和構(gòu)件布局，因此可以應(yīng)用BIM技術(shù)來幫助科學(xué)地完成。設(shè)計(jì)過程涵蓋了重要的連接類型，例如梁柱關(guān)聯(lián)和梁連接。這些連接很難在平面圖上詳述，通常以大的接頭表示。當(dāng)前，施工人員的技術(shù)素質(zhì)參差不齊，專業(yè)施工人員難以理解復(fù)雜而又龐大的節(jié)點(diǎn)，這需要與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行多次討論，這既費(fèi)時又費(fèi)力。建筑信息模型的視覺特征可以改變這種現(xiàn)狀，根據(jù)項(xiàng)目的形式，設(shè)計(jì)人員考慮結(jié)構(gòu)的使用性能，全面設(shè)計(jì)組件，準(zhǔn)確設(shè)置組件的位置和連接形式，并使用三維設(shè)計(jì)意圖，從而更加清晰地展示出來。以更好地保證施工人員的質(zhì)量施工項(xiàng)目的工作質(zhì)量和設(shè)計(jì)縮短了施工周期并管理了項(xiàng)目成本[5]。

3.4 建筑質(zhì)量管理的應(yīng)用

較高的安全性、較強(qiáng)的適用性、良好的協(xié)調(diào)性、較高的耐久性和較高的可靠性是項(xiàng)目設(shè)計(jì)本身的優(yōu)點(diǎn)。整體工程質(zhì)量控制改善了優(yōu)化的管理系數(shù)，減少了相關(guān)的缺點(diǎn)并增強(qiáng)了過程質(zhì)量。施工計(jì)劃、組織結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目優(yōu)化、過程、完整的4D模型定制、效率的改進(jìn)和設(shè)計(jì)質(zhì)量等內(nèi)容是施工項(xiàng)目的方法，BIM模型將這些內(nèi)容和進(jìn)度管理相結(jié)合，可以提高決策者和接受者的BIM技術(shù)整體水平。項(xiàng)目的質(zhì)量控制和技術(shù)環(huán)境是影響項(xiàng)目質(zhì)量的因素，避免在項(xiàng)目完成后和避免此類決策出現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)問題，在BIM技術(shù)的幫助下對工作環(huán)境和技術(shù)進(jìn)行建模，提供了科學(xué)依據(jù)，以確保建筑環(huán)境處于低碳節(jié)能狀態(tài)。整個BIM信息系統(tǒng)包括場地規(guī)劃、模型可視、全過程設(shè)計(jì)等[6]。

4 結(jié)束語

綜上可知，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展改善了人民的生活水平，同時讓人們對生活及辦公場所有了更高質(zhì)量的建筑要求。這就要求建筑業(yè)創(chuàng)建低成本的設(shè)計(jì)模型，保留建筑結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)精髓的時候也要推廣和應(yīng)用BIM技術(shù)，從而提高工作效率減少施工過程的錯誤率，同時，節(jié)省建筑成本以提高設(shè)計(jì)圖的質(zhì)量也很重要。因此，要積極推廣BIM技術(shù)，需要設(shè)計(jì)人員充分了解其特征和技術(shù)，開展BIM建筑模型信息轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)信息模型的深入持續(xù)研究，這樣才能使BIM技術(shù)不斷發(fā)展，使其具有更創(chuàng)新型的結(jié)構(gòu)分析能力和圖紙可視化清晰模擬能力，為我國的建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入全新的活力。