探析BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用

王守昶

呼和浩特華德工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010

引言

科技的創(chuàng)新發(fā)展使得建筑業(yè)朝著技術(shù)化與現(xiàn)代化的方向發(fā)展。新的時(shí)代背景下，科技創(chuàng)新帶來更多的技術(shù)創(chuàng)新成果，這些技術(shù)創(chuàng)新成果也有效地應(yīng)用于各行各業(yè)，包括給建筑業(yè)帶來運(yùn)行效率和質(zhì)量的整體性提升，也包括現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的持續(xù)優(yōu)化。BIM技術(shù)就是其中之一，既提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，又帶來建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布局的規(guī)范化，更在與其他技術(shù)手段結(jié)合的情況下帶來高質(zhì)高效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，BIM技術(shù)在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用推廣具有必要性。

1 BIM技術(shù)概述

作為一種現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輔助技術(shù)，其本質(zhì)上是建筑信息模型，起源于美國。BIM是集合了物理和功能性的數(shù)字表達(dá)，也倡導(dǎo)知識資源的共享，基于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同階段，可以實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)指導(dǎo)下多元化信息的提取更新與修改，帶動各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)作業(yè)。建筑業(yè)中的BIM技術(shù)應(yīng)用更趨成熟，特別是在一些西方發(fā)達(dá)國家。改革開放以來，我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，BIM技術(shù)的應(yīng)用也更為深入，特別是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了巨大作用。BIM技術(shù)帶來現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化，降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和時(shí)效[1]。

2 BIM技術(shù)的三大特點(diǎn)

（1）可視化。BIM技術(shù)具有可視化優(yōu)勢，其直觀顯示建筑工程師的設(shè)計(jì)理念，并直觀呈現(xiàn)建筑模型三維結(jié)構(gòu)，為建筑模型分析調(diào)整提供技術(shù)支持。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離不開充分的建筑結(jié)構(gòu)分析，在BIM技術(shù)支持下，直接在線調(diào)整建筑模型三維結(jié)構(gòu)，多維度觀察分析，提升設(shè)計(jì)修改效率，節(jié)約成本。設(shè)計(jì)師通過分析BIM建筑結(jié)構(gòu)模型，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷做到一目了然，心中有數(shù)，調(diào)整優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，推出優(yōu)化方案，使得建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)到位，和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體質(zhì)量提升。

（2）協(xié)調(diào)性。BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮協(xié)調(diào)性優(yōu)勢，能使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)要素優(yōu)化整合，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間設(shè)計(jì)具有明顯的層次性與統(tǒng)籌性。例如建筑物內(nèi)部消防系統(tǒng)的布局、水管線路的鋪設(shè)、樓梯間的布局設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員在BIM技術(shù)的支持下，先制訂合理的布局鋪設(shè)計(jì)劃，BIM技術(shù)對應(yīng)的是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效果，能有效地發(fā)現(xiàn)單項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其他項(xiàng)目建設(shè)的沖突，盡可能實(shí)現(xiàn)一次布局到位。在建筑工程中，鋼筋混凝土是主要構(gòu)成，在BIM建筑結(jié)構(gòu)三維模型中用特殊符號加以標(biāo)記，設(shè)計(jì)時(shí)能規(guī)避鋼筋混凝土對建筑結(jié)構(gòu)各模塊設(shè)計(jì)的突兀影響，追求更好的設(shè)計(jì)效果。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員使用BIM技術(shù)多維度、多層次鏈接，顯示鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)平面，方便數(shù)據(jù)信息的提取。設(shè)計(jì)人員使用BIM技術(shù)填充模型及其標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)，確保線型、字體與外觀的整體協(xié)調(diào)，提升建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)度與美觀度。

（3）模擬化。BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢也體現(xiàn)為其模擬性優(yōu)勢的最大限度發(fā)揮?；贐IM技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念可以轉(zhuǎn)變?yōu)樾Ч庇^的建筑結(jié)構(gòu)三維模型。其具有模擬性能，可以通過參數(shù)的調(diào)整如輸入承載力、材料比等自動生成統(tǒng)計(jì)圖表，幫助設(shè)計(jì)人員科學(xué)分析。建筑材料承載力與材料比計(jì)算時(shí)，可以直接將數(shù)值輸入模擬系統(tǒng)中，自動生成統(tǒng)計(jì)圖表，由此分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，而模擬生成的數(shù)據(jù)可以在BIM信息共享平臺中傳播共享，讓更多的人參考，群策群力，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體協(xié)調(diào)性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如管道設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)計(jì)、裝飾設(shè)計(jì)、木材設(shè)計(jì)、土木工程設(shè)計(jì)等，BIM技術(shù)發(fā)揮了重要的作用[2]。

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

3.1 BIM技術(shù)在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可視化中的應(yīng)用

BIM技術(shù)是一種基于現(xiàn)代化信息技術(shù)背景下建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用，依據(jù)自身信息化的程序設(shè)計(jì)在實(shí)踐應(yīng)用過程中將建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件通過三維模型的方式直觀地展示給用戶群體，從而有效提升建筑設(shè)計(jì)信息的傳遞質(zhì)量。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過很難直觀地將建筑結(jié)構(gòu)信息呈現(xiàn)出來，在一定程度上阻礙著用戶獲取信息的效率。而基于BIM技術(shù)應(yīng)用下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在初期階段就是通過建立三維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助直觀的建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，可以幫助不同用戶從不同角度獲取建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，對建筑構(gòu)件的基本信息和功能布局有一個(gè)全面的了解。在大型建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員會通過動態(tài)演示的方式，幫助用戶直觀地對建筑結(jié)構(gòu)各部位信息進(jìn)行觀測，便于設(shè)計(jì)人員選擇出最佳設(shè)計(jì)方案，并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，從而不斷優(yōu)化和提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

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

基于BIM技術(shù)應(yīng)用下的建筑模型自身就是一個(gè)包含所有設(shè)計(jì)元素及信息的數(shù)據(jù)庫，依托先進(jìn)的信息技術(shù)支撐，建筑結(jié)構(gòu)的模型設(shè)計(jì)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)都是緊密相連的，且具有自動關(guān)聯(lián)和修正的功能。在設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)人員可以通過該數(shù)據(jù)庫中的信息資源實(shí)現(xiàn)對建筑工程結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建工作，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中對不同的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而確保BIM系統(tǒng)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中可以及時(shí)地更新數(shù)據(jù)庫信息。BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最突出優(yōu)勢在于其可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高安全性和可靠性的設(shè)計(jì)信息錄入和輸出功能，科學(xué)化匹配對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，這對于提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量有著重要的促進(jìn)作用。

3.3 BIM技術(shù)在建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，樓梯、墻體以及柱子等部位都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員對整體結(jié)構(gòu)中的具體構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。針對現(xiàn)澆混凝土的工程結(jié)構(gòu)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)人員對建筑工程中的管線走向以及建筑物的基本功能要求進(jìn)行全面的考慮，科學(xué)預(yù)防各建筑結(jié)構(gòu)之間的沖突問題；而在預(yù)制裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員還需要綜合考慮各預(yù)制部件之間的節(jié)點(diǎn)和連接關(guān)系?；诖?，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)工作人員可以利用BIM技術(shù)對其平面圖紙進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)具體結(jié)構(gòu)在整體設(shè)計(jì)中可能存在的問題，從而科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，最終使建筑工程結(jié)構(gòu)達(dá)到相關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求。

3.4 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著我國建筑工程項(xiàng)目的不斷增加和發(fā)展，各種現(xiàn)代化新型的建筑材料和結(jié)構(gòu)模型也迎來了全新的突破，尤其是鋼結(jié)構(gòu)，在大跨度及大空間建筑場景中應(yīng)用也逐步增多，許多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)都采用了鋼結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)。基于此，BIM技術(shù)也有助于相關(guān)設(shè)計(jì)人員對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行建模處理，輔助解決實(shí)際施工過程中可能出現(xiàn)的連接問題和應(yīng)用問題[3]。

4 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用難點(diǎn)

4.1 易受外部影響

設(shè)計(jì)人員應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)師主要是通過建立建筑結(jié)構(gòu)模型，并將建筑模型放到建筑結(jié)構(gòu)分析軟件中，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)各元素的統(tǒng)籌分析，并獲得建筑結(jié)構(gòu)各參數(shù)的科學(xué)計(jì)算，建筑結(jié)構(gòu)分析軟件自動反饋意見給設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)人員根據(jù)反饋意見進(jìn)行模型的修正。信息反饋模型調(diào)整本身就是設(shè)計(jì)方案更新的過程，因此，BIM技術(shù)支持下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是動態(tài)與靜態(tài)相統(tǒng)一的，其動態(tài)性屬性也使其很容易受外部一些因素的干擾。這要求設(shè)計(jì)人員在使用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要關(guān)注建筑模型的真實(shí)性、科學(xué)性，最大限度確保建筑模型實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的發(fā)揮，又要求設(shè)計(jì)人員做好建筑模型外部環(huán)境變化的分析，特別是對建筑設(shè)計(jì)與施工起干擾作用的因素，能統(tǒng)籌大局，使建筑模型設(shè)計(jì)與建筑施工實(shí)際相符合。這些干擾因素常見于建筑材料、建筑構(gòu)件等，只有統(tǒng)籌分析，才能規(guī)避組合不當(dāng)、力學(xué)特征分析不足等風(fēng)險(xiǎn)，減少設(shè)計(jì)失誤，為后續(xù)的建筑施工提供設(shè)計(jì)保障。

4.2 數(shù)據(jù)容易丟失

BIM技術(shù)指導(dǎo)具體的施工作業(yè)，但技術(shù)操作運(yùn)用不熟練，在文檔轉(zhuǎn)換過程中，BIM技術(shù)數(shù)據(jù)模型分析不足，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題，這在一些大型復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中更為明顯。建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)雜，數(shù)據(jù)丟失的影響是“牽一發(fā)而動全身”，在今后的BIM技術(shù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中，要重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)分析模型與建筑工程實(shí)際物理模型的匹配問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前建筑行業(yè)普遍引進(jìn)BIM技術(shù)，旨在通過此技術(shù)提高建筑工程整體效率與質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計(jì)水平，降低建筑工程建設(shè)成本，減少返工情況。鑒于BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的應(yīng)用難點(diǎn)，相關(guān)人員需要加強(qiáng)對BIM技術(shù)應(yīng)用功能的拓展分析，不斷突破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用難點(diǎn)，讓BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的價(jià)值得到更大的發(fā)揮。