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

王彩云

摘 要：建筑信息模型被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域之后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式以及理念等均出現(xiàn)改變。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，為了保證施工活動能夠有序開展，應(yīng)該有效管控相關(guān)因素，保證建筑結(jié)構(gòu)更加合理、科學(xué)。本文結(jié)合S工程實(shí)例，提出建筑信息模型的應(yīng)用策略，同時(shí)提出幾點(diǎn)保障措施。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);BIM技術(shù);應(yīng)用策略

中圖分類號：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）01-0120-03

Abstract： After the building information model is widely used in the field of architecture， the way and concept of structural design have changed. In terms of structural design， in order to ensure the orderly development of construction activities， we should effectively control the relevant factors to ensure that the building structure is more reasonable and scientific. In this paper， combined with the s project example， the application strategy of building information model was put forward， and several safeguard measures were put forward.

Keywords： building structure;building information modeling;application strategy

當(dāng)前，在我國建筑領(lǐng)域不斷發(fā)展過程中，BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣泛。建筑信息模型作為一種新的生產(chǎn)范式和信息化的具體應(yīng)用形態(tài)，正成為建筑業(yè)改革創(chuàng)新的一項(xiàng)重要驅(qū)動力，對建筑行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展具有重大意義。同時(shí)，傳統(tǒng)二維平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難以保證工程建設(shè)需求得到充分滿足，而BIM技術(shù)的3D設(shè)計(jì)理念與模式則可以充分提高設(shè)計(jì)效果，有效提高數(shù)據(jù)庫的豐富性，提高建筑信息的準(zhǔn)確性與詳細(xì)性[1]。因此，將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中尤為必要。

1 BIM技術(shù)介紹

BIM是Building Information Modeling的簡稱，指建筑信息模型，還可以將其稱為建筑信息模擬。這一技術(shù)將豐富的信息資源作為基礎(chǔ)，針對具體的建筑對象構(gòu)建模型，實(shí)施模擬分析，增強(qiáng)分析結(jié)果與實(shí)際情況的吻合度，為建筑工程設(shè)計(jì)和決策制定提供依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，可以通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序直接解釋建筑或建筑工程信息模型，形成智能化分析系統(tǒng)。BIM技術(shù)主要具有以下幾方面特點(diǎn)。其一，BIM技術(shù)可以應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為建筑設(shè)計(jì)提供有效的依據(jù)。除此以外，BIM技術(shù)還可以應(yīng)用于其他環(huán)節(jié)，為建筑工程整個生命周期的相關(guān)工作提供服務(wù)。其二，在使用BIM技術(shù)開展建筑設(shè)計(jì)時(shí)，具有明顯的數(shù)字化特征，可以使用數(shù)值模式表示一些現(xiàn)象、目標(biāo)和環(huán)境。其三，BIM技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫作為支撐，且數(shù)據(jù)庫“成長能力”較強(qiáng)，能不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，提升服務(wù)能力。其四，BIM技術(shù)協(xié)調(diào)能力較強(qiáng)，建筑工程相關(guān)方可以借助這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享，并基于這一技術(shù)合理進(jìn)行工作籌劃和分配。

2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

本文以實(shí)例為基礎(chǔ)，結(jié)合BIM技術(shù)的特點(diǎn)，合理制定應(yīng)用策略，體現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，強(qiáng)化應(yīng)用策略的可行性和實(shí)用性。

2.1 工程概況

S工程建筑面積設(shè)計(jì)為4 136 m2。開展建筑物設(shè)計(jì)工作時(shí)，要求耐火等級達(dá)到2級標(biāo)準(zhǔn)。S工程地上部分為8層，地下部分為2層，選擇鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)形式，使用期限設(shè)計(jì)為50年。設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度過程中，保證在7度以上。

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用流程

第一，詳細(xì)地對工程施工環(huán)境進(jìn)行調(diào)研，包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場環(huán)境、溫濕度、降水情況、地下水位等，獲取技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)資料。第二，詳細(xì)了解工程實(shí)際情況，包括使用年限、荷載情況、施工線路、施工內(nèi)容等，形成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料，并輸入BIM數(shù)據(jù)庫。第三，使用BIM系統(tǒng)對項(xiàng)目實(shí)施分類統(tǒng)計(jì)，包括不同部分設(shè)計(jì)情況、建筑所需成本、技術(shù)難點(diǎn)等，為后續(xù)項(xiàng)目管理提供依據(jù)。第四，選擇建模軟件，開展建模工作，本文主要使用Revit軟件。BIM技術(shù)的應(yīng)用流程如圖1所示。

2.3 BIM技術(shù)具體應(yīng)用策略與實(shí)施

2.3.1 構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型。S工程采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的連接位置屬于設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在使用BIM技術(shù)時(shí)，可以在所有連接部件設(shè)計(jì)之前，進(jìn)行每個射線和列元素一般特性及參數(shù)的分析，并在完成每個部件的連接工作之后執(zhí)行這些參數(shù)。除此以外，使用BIM技術(shù)進(jìn)行建模時(shí)，系統(tǒng)可以對各種構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并對零件和其他構(gòu)件之間的距離實(shí)施自動更新，從而提升結(jié)構(gòu)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。

在對案例工程進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要建立結(jié)構(gòu)幾何模型，與此同時(shí)，基于Revit軟件構(gòu)建結(jié)構(gòu)分析模型，將節(jié)點(diǎn)處作為具體的連接位置，并實(shí)現(xiàn)自動連接。構(gòu)建模型過程中應(yīng)該充分考慮基本構(gòu)建、結(jié)構(gòu)板、結(jié)構(gòu)柱、梁等因素。建立模型時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格依照具體步驟開展：第一，合理選擇樣板文件;第二，和建筑BIM模型進(jìn)行有效鏈接;第三，建立軸網(wǎng)，之后確定標(biāo)高;第四，結(jié)合前三步的操作，科學(xué)確定樣本文件，并且建立相關(guān)構(gòu)件族;第五，科學(xué)設(shè)置砼梁與砼柱;第六，建立砼樓結(jié)構(gòu)板;第七，認(rèn)真檢查模型，若發(fā)現(xiàn)不足或問題，要及時(shí)調(diào)整。完成建模工作之后，科學(xué)調(diào)整視圖顯示，即能夠建立初步模板圖。

對于建筑模型而言，應(yīng)該科學(xué)設(shè)置標(biāo)高，當(dāng)需要對建筑模型相關(guān)部位進(jìn)行修改時(shí)，需要準(zhǔn)確定位標(biāo)高，防止發(fā)生標(biāo)高差問題。這主要是因?yàn)殡m然軟件中具有“族”功能，但其無法保證設(shè)計(jì)工作中各個要求均得到滿足。因此，若在結(jié)構(gòu)模型中構(gòu)建異性構(gòu)件，應(yīng)該獨(dú)立構(gòu)建相關(guān)族文件，并以此為基礎(chǔ)對構(gòu)件族相關(guān)屬性進(jìn)行定義。將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，隨著工程數(shù)量不斷增加，族庫內(nèi)容會更加豐富，進(jìn)而不斷完善。初始模型并不涵蓋結(jié)構(gòu)屬性，應(yīng)該將結(jié)構(gòu)面板效能充分發(fā)揮出來，并添加相應(yīng)屬性和參數(shù)。通過項(xiàng)目瀏覽器即能獲得平面圖以及3D視圖，并有效分析圖中各個構(gòu)件與部位的屬性[2]。

2.3.2 分析建筑結(jié)構(gòu)。在建筑物結(jié)構(gòu)性能分析過程中，使用BIM技術(shù)可以對建筑物平面結(jié)構(gòu)實(shí)施更有效、更穩(wěn)定的設(shè)計(jì)，通過構(gòu)造建筑物部分?jǐn)?shù)字模型，保持其穩(wěn)定性。除此以外，還可以利用BIM技術(shù)相關(guān)軟件中的計(jì)算和分析功能，對建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析，從而使設(shè)計(jì)滿足實(shí)際數(shù)據(jù)要求，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，提升結(jié)構(gòu)性能分析的效率和準(zhǔn)確度。

對于建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該高度重視其安全性，可通過Revit2016或是ETABS2013等軟件對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過這兩種軟件，可以對數(shù)據(jù)通信展開雙向鏈接，保證兩個軟件的數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)互傳操作。之后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，即能對結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行有效判斷。在利用Revit2016軟件開展結(jié)構(gòu)模型分析工作時(shí)，可以自動生成數(shù)據(jù)。模型中構(gòu)件基本上能根據(jù)定義實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分析模型轉(zhuǎn)變，主要表現(xiàn)形式是面與線。若是結(jié)構(gòu)中一些構(gòu)件無法展開轉(zhuǎn)換，則對其進(jìn)行簡化處理，然而針對結(jié)構(gòu)整體開展計(jì)算工作時(shí)，無須考慮不能轉(zhuǎn)換的構(gòu)件，只需要將荷載信息與分析模型相融合即可。

2.3.3 施工圖設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)應(yīng)用于施工圖設(shè)計(jì)中，能產(chǎn)生三維效果圖，可以證明建筑物的三維影響，視覺效果強(qiáng)大，使工作人員更直觀地對建筑物設(shè)計(jì)進(jìn)行評估，且設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)必須始終在某些結(jié)構(gòu)條件下更改，可以提升便捷性，節(jié)約人力、物力等方面的成本。除此以外，BIM技術(shù)可以通過信息技術(shù)提供相關(guān)的數(shù)字信息，明確建筑目的，設(shè)置關(guān)鍵指標(biāo)，降低施工難度，減少施工錯誤發(fā)生率，提升施工質(zhì)量。

開展施工圖設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)該科學(xué)確定配筋參數(shù)。通過結(jié)構(gòu)軟件即能形成分析結(jié)構(gòu)，通過這些結(jié)果能對砼構(gòu)件配筋和相關(guān)闡述進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)借助形狀字體，實(shí)現(xiàn)鋼筋符號的表達(dá)[3]。鋼筋符號輸入以及輸出如表1所示。

在S工程中，砼選擇C30型號，徐變系數(shù)為2，容重為26 kN/m2，強(qiáng)度特征值為20.10。選擇HRB335帶肋鋼筋設(shè)計(jì)柱與梁，選擇HPB光面鋼筋作為箍筋材料，若是需要調(diào)整配筋，則會對理論配筋與實(shí)際配筋進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。

開展圖紙繪制工作時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行共享參數(shù)創(chuàng)設(shè)，即通過Revit軟件保證各個參建方能共享數(shù)據(jù)信息。通過Revit軟件建立參數(shù)，文件格式選擇.txt格式，若是需要通過Excel觀看文件，僅僅需要對共享文件進(jìn)行復(fù)制，同時(shí)選擇.CSV作為文件后綴即能滿足相關(guān)要求。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用的保障措施

3.1 重視數(shù)據(jù)儲存和傳輸工作

使用BIM技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分重視數(shù)據(jù)收集、處理等工作，另外，還應(yīng)通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)及其他信息技術(shù)有效強(qiáng)化數(shù)據(jù)信息全面性與完整性，認(rèn)真開展文檔轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)傳輸工作，進(jìn)而有效控制數(shù)據(jù)丟失問題。另外，應(yīng)該不斷強(qiáng)化核心數(shù)據(jù)的安全性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該設(shè)置數(shù)據(jù)訪問與使用權(quán)限，例如，對于高級設(shè)計(jì)師，應(yīng)該賦予、更改與查詢等權(quán)限，對于助理，賦予其查詢、使用數(shù)據(jù)的能力。同時(shí)，開展工作人員培訓(xùn)工作時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)BIM技術(shù)訓(xùn)練工作，不斷提高設(shè)計(jì)人員工作嚴(yán)謹(jǐn)性[4]。

3.2 提高工作人員BIM技術(shù)應(yīng)用能力

相關(guān)單位應(yīng)認(rèn)真開展工作人員培訓(xùn)工作，保證團(tuán)隊(duì)能力得到進(jìn)一步加強(qiáng)。

第一，結(jié)合S工程中BIM技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況，組織相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，促使其能深入了解BIM技術(shù)的應(yīng)用方式，認(rèn)真開展Revit、ETABS等技術(shù)學(xué)習(xí)以及訓(xùn)練工作，以有效強(qiáng)化工作人員技術(shù)操作水平。

第二，提升工作人員的緊急事件應(yīng)對能力及監(jiān)督水平，保證其能充分認(rèn)識到監(jiān)管工作的重要性，在工作中可以主動監(jiān)督結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，同時(shí)借鑒國內(nèi)實(shí)例與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，制定緊急事件應(yīng)對策略，防患于未然。

第三，組織工作人員定期開展技術(shù)研討會，為其創(chuàng)造技術(shù)交流平臺，進(jìn)而有效提升工作人員的能力與水平。

3.3 處理BIM模型

首先，科學(xué)分析建筑性能與布局情況，合理確定BIM所需參數(shù)，同時(shí)優(yōu)化參數(shù)。

其次，科學(xué)分析結(jié)構(gòu)中相關(guān)參數(shù)的幾何意義，保證參數(shù)和參照線及參照平面相互對應(yīng)。

再次，科學(xué)分析不同闡述結(jié)構(gòu)闡述的實(shí)際關(guān)系，保證闡述均能進(jìn)行被動參數(shù)設(shè)置。

最后，運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)具體技術(shù)研究及處理結(jié)構(gòu)分析中一些特殊情況，促使BIM技術(shù)和設(shè)計(jì)軟件之間能進(jìn)行充分銜接，認(rèn)真部署下階段的工作，為施工活動提供有效保障。

4 結(jié)語

相關(guān)企業(yè)在應(yīng)用BIM技術(shù)開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程中，要重視數(shù)據(jù)儲存和傳輸工作，提高工作人員BIM技術(shù)應(yīng)用能力，有效處理BIM模型等，保證BIM技術(shù)應(yīng)用效果。

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