BIM背景下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程管理探討

陳

廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司（510010）

1 BIM的基本概念

Building Information Model簡(jiǎn)稱為BIM。BIM平臺(tái)將建筑物的壽命周期及施工、使用和維護(hù)流程（主要包括施工階段、設(shè)計(jì)階段、運(yùn)行及維護(hù)等階段）的信息結(jié)合到建筑模型中。BIM旨在讓項(xiàng)目參加者能夠及時(shí)接收信息，自由添加信息，建立一個(gè)促進(jìn)雙方合作的信息共享平臺(tái)，提高了項(xiàng)目的效率和品質(zhì)。簡(jiǎn)而言之，在項(xiàng)目實(shí)施前先用計(jì)算機(jī)建模，專業(yè)工程師在BIM平臺(tái)上對(duì)項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。這樣一來，施工中可能發(fā)生的問題都可以事先預(yù)測(cè)出來，從而控制了實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施及質(zhì)量管理的進(jìn)行情況[1]。

2 BIM技術(shù)對(duì)建筑行業(yè)的重要意義

建筑設(shè)計(jì)及管理的新技術(shù)——BIM，優(yōu)化了建筑產(chǎn)業(yè)的開發(fā)環(huán)境，在一定程度上改善了對(duì)建筑設(shè)備的整合。BIM技術(shù)的使用也會(huì)帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，有效地減少各個(gè)建設(shè)步驟的成本和風(fēng)險(xiǎn)，為整個(gè)建設(shè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。BIM的主要作用是減少和消除設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行中的不確定性和不可測(cè)性。這從根本上消除了項(xiàng)目設(shè)計(jì)、開發(fā)、施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)等幾個(gè)階段之間的通信障礙和信息差距，充分實(shí)現(xiàn)了整個(gè)施工過程中的生命全周期管理。BIM可以用于完成建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)換，甚至可以控制建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)。在此過程中，還需要制作數(shù)字模型，并廣泛使用這種數(shù)字模型。BIM可持續(xù)強(qiáng)化建筑產(chǎn)業(yè)的繼承性，同時(shí)提高了公司的經(jīng)濟(jì)效益?？偠灾?，BIM的使用對(duì)工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和公司的企業(yè)管理都有著積極影響[2]。

3 BIM在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的功能描述和具體流程

1）BIM可以有效地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改和調(diào)整，可以隨時(shí)改變建筑圖紙，提高數(shù)據(jù)和圖形的正確率，有效地減少了工作時(shí)間。

2）相關(guān)職員可以第一時(shí)間獲取被修改后的圖紙，保證了信息傳遞的實(shí)時(shí)性。

3）BIM可將建筑組件編制信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，所以，建筑物的設(shè)計(jì)方案可以隨時(shí)存放在電腦上。BIM還可以提高信息的安全性。設(shè)計(jì)者可以使用安全代碼提取設(shè)計(jì)圖，并對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行整合設(shè)計(jì)和修改。

4）與現(xiàn)有的建設(shè)設(shè)計(jì)流程相比，BIM最重要的優(yōu)勢(shì)就是具有優(yōu)化設(shè)計(jì)流程的能力，可以確保建筑模型的一體化。優(yōu)化BIM的過程主要反映在以下方面:①在BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出建筑物樣式的相關(guān)信息；②設(shè)計(jì)技術(shù)人員通過使用已導(dǎo)出的信息來完善建筑設(shè)計(jì)計(jì)劃；③優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)劃、建筑結(jié)構(gòu)及建筑空間布局；④設(shè)置原始設(shè)計(jì)模式；⑤使用設(shè)計(jì)軟件對(duì)原模型進(jìn)行分析，同時(shí)完成建筑結(jié)構(gòu)截面的設(shè)計(jì)方案；⑥對(duì)土建、安裝、供水及排水領(lǐng)域的專家建立的模型進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，確認(rèn)屬實(shí)后，輸入BIM數(shù)據(jù)并繪制施工圖紙。設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有BIM模型流程圖

4 BIM流程管理在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可視化

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)建筑功能的要求越來越高，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑時(shí)也需要考慮越來越多的客觀因素。BIM模型的可視化是BIM技術(shù)最重要的一個(gè)功能。由于現(xiàn)有的二維設(shè)計(jì)技術(shù)具有某些方面的限制，當(dāng)面對(duì)一些大型建筑或異質(zhì)建筑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，不能準(zhǔn)確地表現(xiàn)出建筑物結(jié)構(gòu)各個(gè)要素的位置和特定形狀。但是BIM的3D建模功能能夠完整、準(zhǔn)確地體現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)各個(gè)要素的空間位置和特定形狀，還可以從各個(gè)方面和角度觀察建筑物的構(gòu)件，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

BIM主要是根據(jù)3D模型技術(shù)進(jìn)化而來，使用3D模型技術(shù)，可以向用戶展現(xiàn)建筑物的各種構(gòu)成要素，這也是現(xiàn)代領(lǐng)域的一門新技術(shù)?，F(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般使用CAD軟件來完成圖紙的繪制，但傳統(tǒng)方法很難完整地為用戶顯示施工結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。因此，在建筑設(shè)計(jì)的預(yù)備階段，BIM的出現(xiàn)讓非專業(yè)用戶能夠直觀地理解建筑物的構(gòu)成要素和實(shí)際布局[3]。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性

對(duì)建筑設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)起著關(guān)鍵作用的是整體建筑的協(xié)調(diào)性。想要避免在筑設(shè)計(jì)中因?yàn)橥ㄐ挪槐銕淼囊恍┎槐匾獑栴}，就必須保證建筑施工各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)一致。BIM可以有效地選擇出那些未經(jīng)調(diào)整的數(shù)據(jù)，縮短手動(dòng)搜索時(shí)間，提高了工作效率。

4.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模擬性

BIM可以對(duì)建筑物的實(shí)際個(gè)體和抽象個(gè)體客體進(jìn)行建模。在建筑設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)可以有效地顯示外殼的各個(gè)細(xì)節(jié)，完成整個(gè)流程的建模。設(shè)計(jì)者還可以預(yù)測(cè)施工中能夠遇到的所有問題，提前完成應(yīng)對(duì)緊急事件的計(jì)劃，確保能夠完美解決在施工中發(fā)生的緊急情況。

4.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化性

BIM有助于設(shè)計(jì)者更好地對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化。BIM模型涉及到了幾何學(xué)模型、材料資源及規(guī)格等信息。如果該數(shù)據(jù)超過了人們能夠理解的范圍，就需要更多的高科技產(chǎn)品幫助人們對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，其中就包括BIM技術(shù)。

4.5 在建筑結(jié)構(gòu)性能分析中的應(yīng)用

在分析建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，使用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法可能會(huì)出現(xiàn)勞動(dòng)力和材料資源消費(fèi)增加等問題。在整個(gè)分析過程需要多種復(fù)雜的計(jì)算公式，分析過程的時(shí)間成本會(huì)增加。更嚴(yán)重的是這種分析技術(shù)的使用往往會(huì)影響建筑物結(jié)構(gòu)的可靠性，會(huì)對(duì)建筑物的質(zhì)量造成影響。BIM的應(yīng)用不僅使分析過程的效率大幅提高，還保證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。BIM性能分析軟件能夠及時(shí)感知在結(jié)果中存在的問題及弱點(diǎn)，并基于這些問題提供適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，使整個(gè)分析過程能夠正常運(yùn)行。

在建筑物設(shè)計(jì)模型中，由于包含了所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，所以各個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)之間都具有很大的關(guān)聯(lián)性。設(shè)計(jì)者可以使用該數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)來限制每個(gè)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的具體參數(shù)，可以決定建筑物形體設(shè)計(jì)的形狀，允許BIM系統(tǒng)在施工設(shè)計(jì)中實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。在建筑設(shè)計(jì)中，BIM的最大特點(diǎn)就是可以改善建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)字設(shè)計(jì)流程，創(chuàng)造出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高品質(zhì)和高性能。

4.6 在鋼結(jié)構(gòu)建模中的應(yīng)用

目前，建筑結(jié)構(gòu)的開發(fā)正在持續(xù)加速，工程范圍不斷擴(kuò)大，鋼結(jié)構(gòu)的使用所涉及到的領(lǐng)域也越來越多，成為了大型擴(kuò)張結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形態(tài)。在構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)模型時(shí)，無論是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化還是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，其布局工程多多少少都會(huì)存在一定的困難。在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，需要嚴(yán)格使用梁梁連接、梁柱連接等多種連接方法。因此，在實(shí)際操作過程中需要根據(jù)梁柱的實(shí)際高度，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)各個(gè)連接部件的連接方案，并將數(shù)據(jù)記錄下來。在實(shí)際應(yīng)用程序中，BIM可以通過共享每個(gè)變量來控制螺栓的距離和數(shù)量，只要設(shè)計(jì)師調(diào)整好參數(shù)，就可以形成一些新的連接器。通過事先對(duì)其進(jìn)行全面檢查，決定加強(qiáng)件和連接器的位置，進(jìn)而提高建筑設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。另外，要對(duì)不同施工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)因素考慮全面，這樣可以防止由于一些細(xì)節(jié)問題，從而影響對(duì)設(shè)計(jì)流程的詳細(xì)化處理。

5 結(jié)語

合理應(yīng)用BIM不僅可以改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，還可以有效地體現(xiàn)建筑物設(shè)計(jì)的可視化，進(jìn)而提高建筑物的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。綜上所述，使用BIM可以維持與環(huán)境的親和性，將建筑設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為更實(shí)用、更高效的技術(shù)，減少能源消耗及其他天然資源的消耗，盡可能減少?gòu)U棄物和污染物數(shù)量。相關(guān)工作人員需要及時(shí)學(xué)習(xí)有關(guān)BIM的知識(shí)，掌握其核心技術(shù)，提高個(gè)人綜合素質(zhì)。只有這樣才能使與建筑工程相關(guān)的生產(chǎn)活動(dòng)平穩(wěn)、順利地進(jìn)行。