淺析BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

敖文

天津建工集團(tuán)建筑設(shè)計有限公司 天津 300384

引言

伴隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用也提高了關(guān)注，而且BIM技術(shù)對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有強(qiáng)大的促進(jìn)作用，又是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要組成部分，其對于確保建筑設(shè)計的效率和質(zhì)量有著非常重要的作用。但是不可否認(rèn)，當(dāng)前的BIM技術(shù)的應(yīng)用還不夠成熟，存在有一定的問題需要進(jìn)行改進(jìn)，制約了其進(jìn)一步的發(fā)展[1]。

1 BIM技術(shù)的概念與特點

1.1 BIM技術(shù)的概念

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用促進(jìn)了設(shè)計師的設(shè)計，對于建筑行業(yè)的發(fā)展也起到了促進(jìn)的作用。BIM技術(shù)基于數(shù)據(jù)而成，是建筑設(shè)計行業(yè)廣泛應(yīng)用的一種3D數(shù)據(jù)工具。同時他蘊(yùn)含著龐大的共享數(shù)據(jù)，在實際是進(jìn)行設(shè)計的過程中能夠提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，為從設(shè)計到拆卸的整個過程設(shè)計師決策做依據(jù)。同時，它也是一個體系結(jié)構(gòu)信息模型，根據(jù)建立的模型提供的數(shù)據(jù)，虛擬模型能夠充分反映實際結(jié)構(gòu)內(nèi)外部的具體特征。它將以三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，以便管理者做出項目調(diào)整或修改的決策。

1.2 BIM技術(shù)的特點

BIM技術(shù)是一種基于數(shù)據(jù)信息的先進(jìn)技術(shù)，以其可視性、協(xié)調(diào)性和模擬性的特點在建筑設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。在可視性上，BIM技術(shù)可以根據(jù)提供的數(shù)據(jù)建立建筑的二維和三維結(jié)構(gòu)，并對模型中發(fā)現(xiàn)的設(shè)計缺陷進(jìn)行修正和優(yōu)化。根據(jù)BIM技術(shù)，我們可以分析零件所用材料的優(yōu)缺點，然后設(shè)計方案，并根據(jù)方案進(jìn)行優(yōu)化和修改。BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性，即水管、電線和消防設(shè)備的部署。此時，BIM技術(shù)在減少設(shè)計過程中的實際沖突方面發(fā)揮著極其重要的作用。其次，BIM技術(shù)可以在模型中進(jìn)行注釋。例如，在最重要的鋼筋混凝土工程中，設(shè)計者可以通過多角度、多環(huán)節(jié)表達(dá)鋼筋混凝土的水平。BIM的模擬性特點，即根據(jù)實際結(jié)構(gòu)建立二維模型。如果與BIM技術(shù)相結(jié)合，首先要做的就是對仿真數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理，使設(shè)計者能夠理解和設(shè)計解決方案[2]。

2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用

2.1 圖紙易于修改

BIM技術(shù)反映了建筑模型設(shè)計過程中建筑的各種情況。如果能及時修正局部誤差，在系統(tǒng)修改過程中可以同步修改圖紙，并自動匹配其他圖紙數(shù)據(jù)，減少了手工計算的時間，節(jié)省了工作，提高了工作效率。同時，BIM技術(shù)的自動修改功能減少了設(shè)計人員的時間和精力，可以更有效地用于計算建筑物的參數(shù)和間距，有利于優(yōu)化設(shè)計方案。

2.2 三維建筑模型

BIM技術(shù)與以往的設(shè)計過程的不同之處在于，BIM為建筑工程設(shè)計提供三維立體化的模型。該模型允許設(shè)計師仔細(xì)檢查建筑物所有部分，包括墻的相交、厚度、水線和各種因素，及時發(fā)現(xiàn)模型中的錯誤，修改設(shè)計最佳方案，避免在正式設(shè)計過程中可能產(chǎn)生的不利影響。此外，模型生成可以幫助設(shè)計師檢查進(jìn)行項目的早期階段檢查，一旦發(fā)現(xiàn)誤差，立即調(diào)整各項指標(biāo)，降低材料損耗和返工風(fēng)險，保證設(shè)計質(zhì)量，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計。比如，某建筑建設(shè)地點在北方，對采陽的要求較高，完成基礎(chǔ)建模工作后，模擬光照條件，了解接受光照的水平，發(fā)現(xiàn)建筑8層以下無法接受有效光照，直接對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使不同建筑之間的距離增加1.5m，光照條件明顯改觀。

2.3 設(shè)計階段技術(shù)應(yīng)用

設(shè)計階段的BIM技術(shù)應(yīng)用主要包括細(xì)節(jié)調(diào)整、孔洞預(yù)留等。常見的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)節(jié)包括入室線路孔洞、采陽窗位置、隔熱材料選取、保溫材料選取、墻內(nèi)線路走向，等等，這些細(xì)節(jié)方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)問題極可能導(dǎo)致建筑性能下降，比如保溫材料的選擇。我國北方進(jìn)入秋末時節(jié)之后，溫度即會顯著降低，直到來年春季才會回暖，這一時間段內(nèi)北方會進(jìn)行集中供暖，但供暖期外低溫環(huán)境也會影響正常生活，因此保溫材料非常重要。選取保溫材料時，可通過BIM技術(shù)不斷進(jìn)行模擬，以10℃、0℃、零下10℃環(huán)境為固定條件，判斷分析不同材料的保溫效能，最終選擇合適材料[3]。

3 BIM技術(shù)的具體應(yīng)用及發(fā)展前景

3.1 BIM技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1.1 應(yīng)用于前期模擬數(shù)據(jù)現(xiàn)場設(shè)計。在具體的設(shè)計設(shè)計中，很多的住宅建筑設(shè)計都是采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計模擬，并且根據(jù)設(shè)計活動進(jìn)行技術(shù)的現(xiàn)場情況模擬。這樣可以根據(jù)模擬數(shù)據(jù)結(jié)果探索出部分設(shè)計方案的問題，以便調(diào)整相應(yīng)的住宅設(shè)計設(shè)計計劃，在后續(xù)進(jìn)行設(shè)計時能夠減少安全隱患的發(fā)生，進(jìn)一步加快設(shè)計計劃和設(shè)計速度。不僅如此，在進(jìn)行方案的分析時，還可以模擬投標(biāo)招標(biāo)的過程，針對方案進(jìn)行具體問題的調(diào)整，避免出現(xiàn)任務(wù)延時和設(shè)計技術(shù)資金減少的情況。

3.1.2 應(yīng)用于動態(tài)數(shù)據(jù)控制設(shè)計。在具體的工作中，應(yīng)用BIM技術(shù)有利于模擬住宅建設(shè)工程的動態(tài)數(shù)據(jù)控制，可以進(jìn)一步全面跟進(jìn)設(shè)計單位所提供的設(shè)計進(jìn)度和設(shè)計狀況，根據(jù)具體情況提供有效的管理。對于其中設(shè)計不合理的地方可以積極地調(diào)整相關(guān)的設(shè)計建設(shè)方案，進(jìn)一步根據(jù)實際情況進(jìn)行住宅設(shè)計方案的選擇，及時改進(jìn)物資使用中部門間所給的對比設(shè)計物資使用情況，做到各部門之間信息共享，保證住宅設(shè)計方案活動的有效開展。

3.1.3 應(yīng)用于可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用。在具體的住宅設(shè)計方案規(guī)劃中，首先要保證設(shè)計住宅中的建筑設(shè)計環(huán)保性設(shè)計，積極利用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計全面化，及時對建筑設(shè)計方案進(jìn)行3D模擬，并且模擬數(shù)據(jù)中還要堅持以環(huán)保性和可持續(xù)性作為最主要的建設(shè)理念，積極控制某些可能會額外產(chǎn)生的成本。除此之外，還要對建筑住宅設(shè)計中的所在地環(huán)境和地質(zhì)情況進(jìn)行分析改造，積極在模擬數(shù)據(jù)中添加相應(yīng)的人文元素，提高設(shè)計方案的科學(xué)性。

3.1.4 應(yīng)用于空間規(guī)劃設(shè)計應(yīng)用。在具體的住宅設(shè)計過程之中，應(yīng)該要全面的分析住宅建筑所在地的地形和地貌情況，根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w建筑行情和實際情況，對建筑物的初始設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化。為了進(jìn)一步提高整個建筑設(shè)計地區(qū)的考察結(jié)果的準(zhǔn)確性，強(qiáng)化整個建筑的可視度，可以采用GPS技術(shù)該地區(qū)的地形進(jìn)行勘測，將具體的技術(shù)成果打包，采用3D模擬軟件技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的模擬。不僅如此，利用各項技術(shù)進(jìn)行建筑物的全方面分析，可以使得建筑物的住宅門窗等能夠進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計。這能進(jìn)一步的提高建筑設(shè)計的科學(xué)性和合理性，也能夠使得建筑物的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效保存，為其他建筑物的建設(shè)奠定一定的設(shè)計基礎(chǔ)。

3.1.5 應(yīng)用與結(jié)構(gòu)性功能分析。在具體的住宅建筑設(shè)計中，想要進(jìn)一步的優(yōu)化整體的建筑物設(shè)計效果，必須要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況做好相應(yīng)環(huán)節(jié)的設(shè)計工作。對于住宅建筑物的單元結(jié)構(gòu)，應(yīng)該及時采用BIM技術(shù)對其進(jìn)行分析，確保每一個單元結(jié)構(gòu)的建筑物組成部分都能夠具有抗震的效果，能夠符合建筑物的穩(wěn)定性設(shè)計要求。與此同時，還應(yīng)該具體分析建筑物的結(jié)構(gòu)性性能，采用網(wǎng)絡(luò)云技術(shù)的方法，在原先設(shè)計的BIM方案模型中輸入采集到的數(shù)據(jù)，通過模擬軟件獲得分析結(jié)果。如果沒有達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，就要調(diào)整住宅建筑物設(shè)計方案，提高住宅建筑結(jié)構(gòu)的性能。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用中的存在的問題及優(yōu)化措施

4.1 BIM技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

BIM技術(shù)在建筑設(shè)計行業(yè)已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是由于發(fā)展時間尚短，還沒能達(dá)到完全成熟，還存在一定的問題需要優(yōu)化改進(jìn)。一方面，設(shè)計師在應(yīng)用BIM技術(shù)過程中還不具備足夠的專業(yè)素質(zhì)，建筑數(shù)據(jù)收集以及參數(shù)的設(shè)置上存在嚴(yán)重不合理的情況，使得BIM技術(shù)的優(yōu)點很難發(fā)揮出來。若設(shè)計師不能夠在自身基礎(chǔ)上加強(qiáng)對BIM技術(shù)的學(xué)習(xí)，就會限制了建筑工程設(shè)計水平的提高。工程設(shè)計編制通常是依賴于管理者的實際管控經(jīng)驗，并沒有結(jié)合當(dāng)?shù)馗母镯椖康膶嶋H情況做好針對性的改進(jìn)，導(dǎo)致設(shè)計計劃中層層不合理的情況屢見不鮮，直接影響到項目設(shè)計的順利交付，也會對項目造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。在建筑工程中，由于部分工作人員對于BIM技術(shù)的掌握性不足，也不了解該項技術(shù)的實際效用，導(dǎo)致在傳統(tǒng)施工中還是采用傳統(tǒng)的施工技術(shù)，直接導(dǎo)致施工效率的低下，施工的技術(shù)陳舊。

4.2 BIM技術(shù)應(yīng)用措施

4.2.1 在建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計場地的分析上，設(shè)計過程中，工程師應(yīng)該仔細(xì)檢查建筑結(jié)構(gòu)和建筑工地，以及設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計現(xiàn)場的特點，因為水電設(shè)計現(xiàn)場的條件和土壤環(huán)境影響人工方案設(shè)計。建筑的結(jié)構(gòu)性能是指建筑的抗震性能和穩(wěn)健性，直接決定著建筑的質(zhì)量和建筑者以及使用者的人身安全。在設(shè)計中，設(shè)計師需要將建筑的各個部分分開設(shè)計之后拼接到一起，使之形成一個完整的整體，之后進(jìn)行全面的設(shè)計考量。BIM技術(shù)在這一過程中能夠提供極大的幫助，在分析軟件的幫助下能夠極大的解放人力物力的投入，在數(shù)據(jù)分析結(jié)果上也因減少了人員的參與而提高了精確性。BIM技術(shù)最大的優(yōu)點在于信息共享的建立。在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，可以有效地解決傳統(tǒng)設(shè)計方式中信息交換和共享機(jī)制缺乏帶來的弊端。建筑的設(shè)計不單單包括外形結(jié)構(gòu)完整的建筑結(jié)構(gòu)，還有其中的水電、裝飾等環(huán)節(jié)，需要多個不同環(huán)節(jié)的專業(yè)人員參與。BIM技術(shù)的中性數(shù)據(jù)庫的存在實現(xiàn)了信息共享，提高了建筑設(shè)計環(huán)節(jié)設(shè)計師之間的溝通與交流，提高合作的質(zhì)量。

4.2.2 將BIM技術(shù)進(jìn)行試點應(yīng)。BIM技術(shù)是建筑施工行業(yè)中的一項新技術(shù)。作為施工單位，想要在未來的建筑行業(yè)中占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢，必須擁有先進(jìn)的可適用性技術(shù)。對此，可以首先應(yīng)用BIM技術(shù)在工程施工中進(jìn)行小范圍的技術(shù)試點，從試點的情況上判斷該項技術(shù)的改進(jìn)方向，增加各單位對于新技術(shù)的支持和應(yīng)用，投入相關(guān)的資金、物料以及科研團(tuán)隊，針對其復(fù)雜節(jié)點的應(yīng)用以及工序排布方法的解決對策應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新融合，且做好一定的宣傳，使得建筑行業(yè)人員熟悉該項技術(shù)，了解BIM技術(shù)的優(yōu)勢，擴(kuò)大技術(shù)的應(yīng)用范圍，使得技術(shù)使用變得愈加成熟化。在對BIM技術(shù)進(jìn)行試點應(yīng)用時，必須要以施工進(jìn)度為主，提升施工的合理性與準(zhǔn)確性，改進(jìn)傳統(tǒng)的施工標(biāo)準(zhǔn)，以計算機(jī)技術(shù)為主，增強(qiáng)不同環(huán)節(jié)的可適用性，提升人們對該項技術(shù)的重新認(rèn)知，了解該項技術(shù)的可適用性標(biāo)準(zhǔn)。而應(yīng)用BIM模型可制作成三維可視化模型巖板，及時地對信息參數(shù)調(diào)整，獲取針對性的解決方案，快速地對施工人員進(jìn)行交底，加快施工進(jìn)度，節(jié)省成本支出，獲取多樣化的數(shù)據(jù)信息。在技術(shù)應(yīng)用中一旦任何一項參數(shù)發(fā)生變動，整個模型的信息會自動更新，這樣就可以自動的獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況合理調(diào)整參數(shù)，了解施工進(jìn)度變化情況。

5 結(jié)束語

簡而言之，目前BIM技術(shù)已經(jīng)在建筑設(shè)計行業(yè)得到了應(yīng)用上的認(rèn)可，但是在應(yīng)用效率上還存在一定的問題，這主要是由于設(shè)計師對于這一技術(shù)了解不夠深入造成的。而設(shè)計師對于信息資源的收集以及對共享資源的不夠重視或多或少都對BIM技術(shù)的有效運用形成了限制，制約了BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計應(yīng)用過程中效率的提升?；诖?，筆者針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體情況提出幾點促進(jìn)BIM應(yīng)用的措施，著手加強(qiáng)建筑設(shè)計的效率和水平。