基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究

郭家瑞 馬航

摘要：在BIM技術(shù)實(shí)踐運(yùn)用下，能夠?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)造許多有利條件，不僅會(huì)促進(jìn)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提升，也能夠?yàn)榻ㄖI(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步產(chǎn)生積極影響。當(dāng)代人民物質(zhì)生活水平逐漸提高，人們對(duì)于建筑的需求也發(fā)生了變化，這也對(duì)建筑企業(yè)提出了更高的要求，企業(yè)想要提升競(jìng)爭(zhēng)力，就應(yīng)當(dāng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面入手，努力提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。雖然BIM技術(shù)得到了推廣運(yùn)用，但實(shí)際運(yùn)用中還會(huì)面臨一些問(wèn)題，這就需要業(yè)內(nèi)人士不斷努力，使BIM技術(shù)的運(yùn)用價(jià)值得到進(jìn)一步發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：BIM;建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)方法;研究;分析

1 ?引言

作為新興的建筑施工技術(shù)，BIM技術(shù)已經(jīng)在工程中獲得了廣泛的使用，提高了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的要求。深入了解其原理和功能，能夠促進(jìn)其在建筑結(jié)構(gòu)中的推廣應(yīng)用。

2 ?BIM技術(shù)的相關(guān)概念

所謂的BIM技術(shù)，其實(shí)就是通過(guò)提煉相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行可視化模型構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)建筑物實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)的一種現(xiàn)代技術(shù)。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，能夠幫助項(xiàng)目部更好地進(jìn)行工程施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理。并且在該項(xiàng)技術(shù)可視化特征的支持下，不僅能夠幫助建筑企業(yè)提升設(shè)計(jì)水平，還能推動(dòng)其成本控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，使其獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于建筑行業(yè)的發(fā)展而言具有至關(guān)重要的作用。

3 ?BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.1  設(shè)計(jì)的立體式呈現(xiàn)

BIM技術(shù)的應(yīng)用，使工程建造設(shè)計(jì)由平面化轉(zhuǎn)為了立體化，工作人員在進(jìn)行建造的過(guò)程中能夠更加直觀地觀察工程的設(shè)計(jì)效果、建造中的施工效果。在BIM技術(shù)使用之前，工程的設(shè)計(jì)都是平面式的展示，設(shè)計(jì)師修改、工人施工都是在平面圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)景想象，在腦海中構(gòu)建立體圖景，這樣給工人增加了難度，也使修改變得困難。運(yùn)用BIM技術(shù)后，設(shè)計(jì)師直接可以進(jìn)行立體式設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)完成之后呈現(xiàn)出一個(gè)建筑的立體效果。由于現(xiàn)代建筑內(nèi)部構(gòu)造逐漸復(fù)雜，而B(niǎo)IM可視化技術(shù)能夠?qū)?nèi)部進(jìn)行完整展現(xiàn)，這樣更易于優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工建設(shè)。

3.2 ?提高各部門(mén)之間的協(xié)調(diào)性

現(xiàn)代建筑工程是一項(xiàng)綜合性工程，里面包含多個(gè)部門(mén)的施工內(nèi)容，為了能夠保證施工的順利進(jìn)行，需要個(gè)部門(mén)之間密切配合。但是在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，因?yàn)楦鞑块T(mén)工作特點(diǎn)不同，并且與設(shè)計(jì)者之間溝通不暢，很容易出現(xiàn)部門(mén)之間的碰撞，導(dǎo)致工程施工受阻。BIM技術(shù)的應(yīng)用，將工程立體的進(jìn)行展現(xiàn)，并增加了時(shí)間維度，使得建筑工程進(jìn)度隨著時(shí)間變化可以一一進(jìn)行顯示。通過(guò)這種展示，工程內(nèi)部的各部門(mén)可更明確自己的施工效果，以及在何時(shí)進(jìn)入場(chǎng)地進(jìn)行配合施工，對(duì)其中存在的問(wèn)題可以及時(shí)提出，并進(jìn)行討論解決，將問(wèn)題消滅在理論階段。

3.3 ?信息化特征

BIM 技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的代表，集成了現(xiàn)代信息技術(shù)的強(qiáng)大功能，可以對(duì)海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類(lèi)儲(chǔ)存和分析管理，建構(gòu)科學(xué)的信息模型。建筑信息模型為后期項(xiàng)目建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)建筑模型進(jìn)行優(yōu)化，確保各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性。BIM 技術(shù)構(gòu)建了信息平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可以登錄信息平臺(tái)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)建筑ZFs8PNj2mim7oMn9qfFNhQ==設(shè)計(jì)的一體化。信息建模型以數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)，記載了建筑結(jié)構(gòu)信息、施工材料信息、建筑構(gòu)件信息等。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)查詢(xún)功能快速檢索數(shù)據(jù)，加快建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的速度。

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

4.1 ?應(yīng)用在建筑空間的規(guī)劃當(dāng)中

在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)之前需要提前進(jìn)行建筑的空間規(guī)劃，所以在建設(shè)地點(diǎn)選擇完畢之后，首先要對(duì)建筑的空間進(jìn)行分析，分析建筑空間的地形以及對(duì)一些復(fù)雜的地形進(jìn)行研究與計(jì)算，確定相應(yīng)的方案，在地形的分析中應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠開(kāi)闊設(shè)計(jì)的思路，在分析中能夠?qū)⑵赂?、斜率以及斜坡的斜率等參?shù)進(jìn)行分析。例如對(duì)具體的工程，斜坡走向的分析可以先采用GIS軟件進(jìn)行建模，對(duì)采集到的參數(shù)進(jìn)行匯總與歸類(lèi)并模擬，這樣，設(shè)計(jì)人員可以從不同的設(shè)計(jì)角度對(duì)工程實(shí)際情況進(jìn)行模擬，為后期的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在地形探索之后再開(kāi)始對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)規(guī)劃，對(duì)于建筑物的空間規(guī)劃，BIM技術(shù)有著良好的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，因?yàn)锽IM技術(shù)能夠完好地將建筑物的內(nèi)外空間以3D模型完全展現(xiàn)出來(lái)，所以設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)效果的評(píng)價(jià)，對(duì)建筑物的室內(nèi)與空間進(jìn)行分割，詳細(xì)布置建筑物周邊的道路與外觀等參數(shù)，利用BIM技術(shù)的調(diào)試功能，嘗試不同的參數(shù)設(shè)置并選擇最優(yōu)化設(shè)置，得到最佳的空間規(guī)劃模型。

4.2 ?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模應(yīng)用

我國(guó)當(dāng)前建筑工程的規(guī)模不斷擴(kuò)張，新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型與新型材料的應(yīng)用都實(shí)現(xiàn)了突破，尤其是鋼結(jié)構(gòu)，跨度不斷加大，空間也不斷擴(kuò)張，應(yīng)用也越來(lái)越多，很多異型結(jié)構(gòu)都采用鋼結(jié)構(gòu)建模，在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，構(gòu)件之間的連接與加強(qiáng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)都非常復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)中存在一定的困難。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決這些問(wèn)題，因?yàn)锽IM技術(shù)能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)梁體的高度進(jìn)行精確計(jì)算，還能夠?qū)λ械倪B接件進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，自動(dòng)選擇參數(shù)并分析不同參數(shù)的影響。并且通過(guò)數(shù)據(jù)共享的功能，BIM能夠?qū)υ阡摻Y(jié)構(gòu)建筑物中使用的高強(qiáng)螺栓的數(shù)量、焊縫的數(shù)量以及間距等等進(jìn)行計(jì)算，掌控設(shè)計(jì)的間距等。所以如果有新的構(gòu)件需要增加到模型當(dāng)中的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員只需要對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，并且利用BIM繪制出大樣圖，方便施工人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工，設(shè)計(jì)人員利用大樣圖也能夠合理確定加強(qiáng)件的設(shè)置位置，避免鋼結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)薄弱點(diǎn)，影響結(jié)構(gòu)安全。

4.3 ?利用BIM技術(shù)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，利用基于BIM技術(shù)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，可能導(dǎo)致三維設(shè)計(jì)和二維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化中出現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)工作失誤，進(jìn)而影響到工作流程安排的合理性。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要優(yōu)化協(xié)同設(shè)計(jì)模式，來(lái)保障設(shè)計(jì)流程的科學(xué)性?？梢岳脙煞N協(xié)同模式，包括基于工作集的協(xié)同設(shè)計(jì)方法和基于鏈接的協(xié)同設(shè)計(jì)模式。分析兩種協(xié)同設(shè)計(jì)的特點(diǎn)得知，針對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)部協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)是在一個(gè)部門(mén)內(nèi)開(kāi)展的，協(xié)同設(shè)計(jì)的流程較為單一，所以容易創(chuàng)建相對(duì)統(tǒng)一的服務(wù)器。因此，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以實(shí)施即時(shí)的、能夠同步更新的工作集方式，這樣能夠保障設(shè)計(jì)的效率。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要多個(gè)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員配合，因?yàn)楦鱾€(gè)專(zhuān)業(yè)使用的模版存在一定的差別，所以針對(duì)工作模式的更新采用單向更新的模式。多個(gè)專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)匯集的模型比較大，可以采用鏈接模式的協(xié)同設(shè)計(jì)，這樣能夠保障設(shè)計(jì)效率。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要利用專(zhuān)業(yè)協(xié)同的方式來(lái)確定具體的操作流程。方案設(shè)計(jì)階段一般不需要出圖，需要進(jìn)行輔助工作，比如確定柱網(wǎng)和剪力墻的確定。這個(gè)階段并不需要借助較為精準(zhǔn)的BIM技術(shù)模型。如果需要設(shè)計(jì)有著大跨度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，更需要優(yōu)化具體的方案設(shè)計(jì)流程。針對(duì)初級(jí)設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)比不同方案的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)，關(guān)注結(jié)構(gòu)平面圖并且了解建筑截面。

4.4 ?利用BIM技術(shù)提升設(shè)計(jì)效率

在當(dāng)前的結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中，因?yàn)锽IM技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)有著一定的差別，可能導(dǎo)致在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型過(guò)程中碰到一定的問(wèn)題。同時(shí)，一些BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)缺乏深化設(shè)置，所以產(chǎn)生了一定的表達(dá)問(wèn)題和線形問(wèn)題，這樣可能會(huì)提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作位。設(shè)計(jì)人員如果缺乏BIM設(shè)計(jì)能力，難以有效利用其中的三維模型功能，可能提升設(shè)計(jì)工作的錯(cuò)誤率，不利于縮短設(shè)計(jì)周期。在提升設(shè)計(jì)效率方面，應(yīng)解決施工圖繪制問(wèn)題、設(shè)計(jì)圖標(biāo)注問(wèn)題和線形效果問(wèn)題。在施工圖繪制方面，需要做好前期準(zhǔn)備工作，明確構(gòu)建的注釋和具體參數(shù)信息。同時(shí)，對(duì)于線形，不能隨意進(jìn)行修改和刪減，這樣可以避免產(chǎn)生問(wèn)題。在圖紙標(biāo)注注釋方面，可以提前構(gòu)建族和統(tǒng)一格式，有利于傳輸構(gòu)建設(shè)計(jì)信息。在線形效果方面，應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，不能隨意刪除梁中線，甚至不能進(jìn)行隱藏。傳統(tǒng)的圖紙回執(zhí)中，不需要繪制樓板輪廓，所以并沒(méi)有梁中線，但是在三維建模中這種線形效果比較重要。

4.5 ?應(yīng)用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)施工圖

施工圖紙是建筑工程的重要組成，能夠?yàn)楣こ痰慕ㄔO(shè)開(kāi)展進(jìn)行指導(dǎo)，此階段的最終目的是將BIM設(shè)計(jì)好的各專(zhuān)業(yè)模型轉(zhuǎn)化為平面圖紙并形成整套的圖紙。在施工圖紙的指導(dǎo)下，工程的各項(xiàng)工作可以有序開(kāi)展。為了能夠使設(shè)計(jì)得到更進(jìn)一步的優(yōu)化，設(shè)計(jì)者在此之前要對(duì)結(jié)構(gòu)、水電各方面進(jìn)行綜合考慮，充分滿(mǎn)足各方需求。依據(jù)施工圖紙，能夠?qū)こ踢M(jìn)度進(jìn)行有效的控制。

5 ?結(jié)語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為建筑工程的進(jìn)度管理提供了方便，保障了項(xiàng)目的質(zhì)量。依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的BIM技術(shù)，可以通過(guò)立體化模型的建立實(shí)現(xiàn)工程施工的可視化模擬，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化的進(jìn)度控制，有效提升了工程進(jìn)度管理的效益。

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