結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用的探討

王佳煒

貴州省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 貴州 貴陽 550081

1 BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)勢

在實際開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，應(yīng)用傳統(tǒng)形勢下的方法和流程進行設(shè)計，在施工圖紙設(shè)計階段會存在較多任務(wù)。雖然此階段的工作狀況并不會對建筑性能產(chǎn)生較大影響，但是施工圖設(shè)計階段的變更工作會產(chǎn)生較多反復(fù)，影響施工圖質(zhì)量及設(shè)計工期。為了防止產(chǎn)生這一系列問題，充分應(yīng)用BIM技術(shù)，在構(gòu)建科學(xué)合理地BIM模型之后，能夠防止后期產(chǎn)生設(shè)計變更問題[1]。不僅如此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中正確應(yīng)用BIM技術(shù)，既能提高施工圖的質(zhì)量，還能做好信息化模型的集成工作?；诖耍ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計人員為了保證設(shè)計工作符合標準要求，會將BIM技術(shù)作為技術(shù)支撐，具體的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 有利于實現(xiàn)三維可視化設(shè)計和虛擬設(shè)計目標

結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)用BIM技術(shù)開展三維可視化設(shè)計工作時，主要就是將三維實體模型作為基礎(chǔ)依據(jù)，生動形象地表達各個構(gòu)件之間具體存在的空間關(guān)系，這樣能夠為設(shè)計方、施工方、建設(shè)方溝通交流提供保障。以設(shè)計人員對一些大型復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計為例，進行細致分析，如果只是依據(jù)平面圖紙、立面圖紙進行研究，就會產(chǎn)生設(shè)計方案缺乏針對性、難以保障不同專業(yè)有效協(xié)作等問題[2]?；诖?，充分應(yīng)用BIM技術(shù)的三維可視性特征，以漫游演示的方式為主體現(xiàn)出設(shè)備模型和結(jié)構(gòu)模型的動態(tài)性，同時也能檢查各個構(gòu)件的空間關(guān)系是否滿足標準要求，一旦結(jié)構(gòu)構(gòu)件與設(shè)備構(gòu)件發(fā)生碰撞，也能及時發(fā)現(xiàn)和處理，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計人員選擇出最優(yōu)方案具有重要作用。

1.2 有利于保證實體配筋技術(shù)發(fā)揮應(yīng)用價值

結(jié)構(gòu)設(shè)計人員結(jié)合設(shè)計要求，充分應(yīng)用BIM實體配筋技術(shù)，不僅能夠模擬局部復(fù)雜部位或是節(jié)點的鋼筋配置狀況，也能及時發(fā)現(xiàn)問題和處理問題。此外，充分考慮施工要求之后，配置的實體鋼筋模型在發(fā)揮作用的基礎(chǔ)上，還可以為后續(xù)高效開展鋼筋工程量統(tǒng)計、選用針對性的鋼筋下料方法提供參考依據(jù)。

1.3 有利于高效開展實體模型參數(shù)化設(shè)計和協(xié)同設(shè)計工作

細致分析“模型的參數(shù)化”內(nèi)容，可知主要指為構(gòu)件定義的參數(shù)化、不同圖元之間的參數(shù)化約束關(guān)系。在明確這項內(nèi)容之后，設(shè)計人員充分利用模型的參數(shù)化關(guān)系，能夠進一步提高建模效率，甚至對于增強可編輯性也具有重要作用[3]。使用傳統(tǒng)形勢下的二維CAD施工圖，因為圖元由不具備實際物理意義的點、線、面等模型組合而成，所以難以開展一處修改和處處更新工作。這就要打破傳統(tǒng)觀念的束縛，將BIM軟件應(yīng)用其中，在將平、立、剖視圖整合在一個參數(shù)化數(shù)據(jù)庫之后，可以做好一處更改和處處更改工作，甚至對于減少人為失誤也具有重要作用。

1.4 有利于集成、共享、交換結(jié)構(gòu)設(shè)計信息

主要就是將BIM模型作為主要平臺，開展設(shè)計信息集成、共享、交換等工作。比如：充分利用Revit 的明細表，高效開展工程量統(tǒng)計工作，從而保證Revit與其他類型的分析設(shè)計、算量軟件之間的數(shù)據(jù)有效傳遞。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計中數(shù)據(jù)交換分析

BIM技術(shù)充分發(fā)揮應(yīng)用價值，能夠?qū)崿F(xiàn)共享信息和交換信息目標[4]?，F(xiàn)階段在實際開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，將BIM技術(shù)應(yīng)用其中，非常關(guān)鍵的一項工作是開展數(shù)據(jù)交換工作，如具體包括依據(jù)IFC標準，使不同軟件之前的數(shù)據(jù)進行交換；在將BIM 核心建模軟件的輔助下開展二次開發(fā)工作，如在以Revit為基礎(chǔ)依據(jù)，充分利用Revit API進行二次開發(fā)，從而保證形成與之具有關(guān)聯(lián)的插件；充分應(yīng)用其他不同形式，開展數(shù)據(jù)交換工作，以利用中間數(shù)據(jù)文件Excel為例，達到數(shù)據(jù)交換的目的。

2.1 依據(jù)IFC標準交換數(shù)據(jù)

細致研究“IFC標準”，可知其是工業(yè)基礎(chǔ)類的簡稱，現(xiàn)階段已經(jīng)有多種軟件已經(jīng)通過了認證，如具體使用的Revit Structure 軟件就已經(jīng)通過了認證。在實際開展測試工作時，將BIM建模軟件Revit Structure 作為主要依據(jù)，并利用IFC模型查看器開展數(shù)據(jù)交換工作。

為了提高測試結(jié)果精準性和可靠性，需要充分利用多種結(jié)構(gòu)體系開展轉(zhuǎn)換測試工作。在此期間，依據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的Revit結(jié)構(gòu)物理模型、結(jié)構(gòu)分析模型等做好各項操作。在多種模型的構(gòu)件截面中，具體包括矩形、T形、圓形等。在具體操作過程中，先要分別在軟件中構(gòu)建符合要求的測試模型，并將具體構(gòu)建的模型稱為“原始模型”；之后以標準格式開展導(dǎo)出工作，從而形成IFC模型；最后使用Solibri模型查看器將IFC模型打開，細致對比IFC模型與原始模型之間存在的相同點和不同點[5]。在此之后，需要降低每一個IFC模型導(dǎo)入到Revit中，保證可以重新生成模型，并且也要對比重新生成模型與IFC模型的相同點和不同點。

經(jīng)過多次測試，可知以IFC標準開展的數(shù)據(jù)交換操作，具體狀況如下。

一是原始模型與IFC模型存在差異，主要體現(xiàn)在模型信息丟失和錯誤等方面。二是Revit中重新生成的模型的結(jié)構(gòu)物理模型，與原有的IFC模型進行對比，可知具體表現(xiàn)具有一致性，但是Revit中重新生成的模型，并沒有形成結(jié)構(gòu)分析模型。三是Revit重新生成模型中構(gòu)件的族類型、族參數(shù)定義改變，一部分的構(gòu)件可以在參數(shù)化方法的輔助下，載入族足夠變?yōu)榉菂?shù)化的內(nèi)建族構(gòu)件，并且這些構(gòu)件只能在原位上進行拉伸會或是縮放，這樣導(dǎo)致無法對其他組類型進行編輯。

2.2 以Revit API為基礎(chǔ)的二次開發(fā)

以Revit API為基礎(chǔ)依據(jù)的二次開發(fā)接口的數(shù)據(jù)交換形式，具體分為以下兩種類型。

一.是只是轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析模型：轉(zhuǎn)換接口發(fā)揮重要作用，主要是讀取Revit中的分析模型并完成轉(zhuǎn)換工作，不可否認這是應(yīng)用率較高的一種轉(zhuǎn)換接口的方式。因為在Revit自動形成的結(jié)構(gòu)分析模型中存在一些不足，所以非常關(guān)鍵的一項工作是調(diào)整Revit中的結(jié)構(gòu)分析模型，在保證梁、板、柱等建筑構(gòu)件形成了良好的約束關(guān)系之后，再按照標準要求將結(jié)構(gòu)分析模型導(dǎo)入到具體應(yīng)用的分析軟件中。

二.是在轉(zhuǎn)換物理模型同時，保證軟件可以自動生成分析模型：將這種類型的數(shù)據(jù)交換形式與前一種進行對比，可知理論上這種轉(zhuǎn)換形式不存在簡化的狀況，也能保證結(jié)構(gòu)分析結(jié)果具有精準可靠性，但是無法保證自動生成的結(jié)構(gòu)分析模型具有合理性和可計算性。

在細致分析這兩種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形式之后，不難發(fā)現(xiàn)雖然以Revit API為基礎(chǔ)依據(jù)的接口轉(zhuǎn)換工作，能夠保證物理模型轉(zhuǎn)換信息具有完整性，但是仍然存在一些難以解決的問題。比如：無法全面滿足建筑結(jié)果設(shè)計要求。實際上，一個完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計模型包括多項內(nèi)容，像分析模型、物理模型、荷載布置、邊界條件等[6]。有一部分的接口只是支持模型轉(zhuǎn)換，存在不支持荷載轉(zhuǎn)換的問題，甚至還有一些接口的構(gòu)件截面類型轉(zhuǎn)換，會受到一些因素的限制，導(dǎo)致不能轉(zhuǎn)換組合之后形成的構(gòu)件截面。除此之外，這種類型的轉(zhuǎn)換方式，主要以截面匹配為原則進行轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)換截面非參數(shù)化、形體復(fù)雜的構(gòu)件。特別是節(jié)點復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，更要從結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中轉(zhuǎn)入到Revit中，這樣構(gòu)件的混凝土極易在節(jié)點位置上出現(xiàn)沒有相互融合的問題，進而就會產(chǎn)生難以調(diào)整的空隙，不利于后續(xù)高效開展設(shè)計和施工工作。

2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的對比分析要點

以對比轉(zhuǎn)換原理內(nèi)容為例，進行分析，以IFC標準為依據(jù)的模型轉(zhuǎn)換優(yōu)勢包括具體轉(zhuǎn)換的信息非常全面，受到制約的程度比較小，可以轉(zhuǎn)換幾何信息、荷載信息、材料信息等，在一定程度上保證結(jié)構(gòu)模型分析計算實際需要信息具有完整性；以Revit API為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形式，主要以截面類型的匹配為主，構(gòu)建空間位置、截面類型等信息進行轉(zhuǎn)換，存在無法傳遞荷載組合信息等問題，主要因為此項操作會受到不同程度的限制。

3 平法表達與 BIM理念

在實際繪制結(jié)構(gòu)施工圖過程中應(yīng)用BIM技術(shù)，主要有三種非常重要的方式。

一.是直接在Revit中直接繪制結(jié)構(gòu)施工圖，此種繪制方法具有與CAD繪制方法具有相似性。

二.是將Revit平臺作為基礎(chǔ)依據(jù)，在充分應(yīng)用Revit共享參數(shù)標注族、自行研發(fā)的二維詳圖智能圖之后，可以保證平法的注釋符合、標注文本等與BIM模型之間具有一定聯(lián)系。

三.是二次開發(fā)，在將Revit作為基礎(chǔ)條件之后，科學(xué)地開發(fā)符合平法理念的插件，并且也要將平法理念有效地融入到BIM技術(shù)中。

經(jīng)過深入研究，可知第一種方法具有相應(yīng)的優(yōu)勢和弊端，如雖然方便結(jié)構(gòu)設(shè)計人員操作，但是無法精準地體現(xiàn)出BIM技術(shù)在協(xié)同設(shè)計方面的優(yōu)勢。第二種方法充分發(fā)揮應(yīng)用價值，可以使平法符號具備較強的物理意義，甚至也能體現(xiàn)出參數(shù)化特征，但是在具體應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，還是存在一些難以解決的問題，如將此種方法與AutoCAD進行對比，Revit在三維建模方面具有諸多優(yōu)勢，但是與平面圖元點、線、面的支持力度進行對比，不能超越CAD，而平法會涉及到平面圖元的創(chuàng)建和編輯等內(nèi)容[7]。在實際開展平法信息錄入工作時，具體的操作流程非常復(fù)雜，并且具有較大的任務(wù)量。在此期間，墻柱、框架柱等多個結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，與Revit二維詳圖構(gòu)件之間的聯(lián)系比較少，進而導(dǎo)致無法完成協(xié)同設(shè)計工作。平面注釋的鋼筋信息，與結(jié)構(gòu)計算軟件、工程算量軟件、鋼筋下料軟件之間的聯(lián)系少，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，這就要在后續(xù)做好完善和擴展工作。

因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員如果想要在使用BIM技術(shù)期間，具備較強的可操作性平法表達和實體配筋，就要著重開展平面插件開發(fā)工作，在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件配筋結(jié)果的回傳、平法標準與實體配筋處于相互驅(qū)動狀態(tài)。比如：在開發(fā)相應(yīng)接口過程中投入更多的時間和精力，并要將結(jié)構(gòu)設(shè)計的配筋結(jié)果，科學(xué)合理地導(dǎo)入到Revit中，從而保證Revit模型的各個構(gòu)件與配筋信息處于有效匹配的狀態(tài)。全面結(jié)合現(xiàn)代社會發(fā)展趨勢，充分利用具有先進性的計算機技術(shù)，并要結(jié)合平法制圖規(guī)則、構(gòu)造詳圖的具體要求，重新補充并定義平法標注，在保證平法標注符號與構(gòu)件實體配筋之間具有較強的關(guān)聯(lián)之后，進一步減少實體配筋工作量。除此之外，也要保證這些操作全面滿足第三方軟件運行要求。

4 結(jié)束語

在我國建筑行業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在日常工作時面臨嚴峻挑戰(zhàn)，不僅要充分應(yīng)用BIM技術(shù)，也要不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，在后續(xù)施工建設(shè)提供正確指導(dǎo)同時，保證BIM技術(shù)充分發(fā)揮應(yīng)用價值，達到創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計模式的目的。在應(yīng)用BIM技術(shù)開展結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，不可避免地會涉及到數(shù)據(jù)交換工作，如果沒能嚴格按照標準要求交換數(shù)據(jù)，極易在此期間產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)錯誤等問題。主要就是因為從二維設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)槿S設(shè)計，在平法表達與BIM技術(shù)的相容方面存在不足。在實際應(yīng)用以Revit API為基礎(chǔ)依據(jù)的網(wǎng)架時，結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換工作備受關(guān)注，在混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換期間，BIM模型向分析模型簡化時存在問題，無法滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，進而就會對精度造成影響。IFC標準模型轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，同樣具有優(yōu)勢和劣勢，需要結(jié)合數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換要求做好細節(jié)處理工作。為了保證BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中充分發(fā)揮作用，一定要注重處理BIM理年與平法表達之間的問題，為后續(xù)提高BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用價值創(chuàng)造條件。