BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用

聶詩(shī)茂

（貴州開(kāi)放大學(xué)（貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院），貴州 貴陽(yáng) 550003）

在建筑工程項(xiàng)目中應(yīng)用BIM 技術(shù)可以通過(guò)動(dòng)態(tài)控制、三維模型建造等手段來(lái)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案更加完整且具有合理性和可行性。

1 BIM 技術(shù)概述

伴隨著現(xiàn)代社會(huì)電子信息技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的科技與各種傳統(tǒng)行業(yè)之間充分融合形成了新的技術(shù)和行業(yè)輔助手段。BIM 技術(shù)是將建筑工程項(xiàng)目資料數(shù)據(jù)化后以三維模型的形式來(lái)展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的一種工程技術(shù)，以計(jì)算機(jī)作為載體來(lái)實(shí)施動(dòng)態(tài)化模型構(gòu)建和參數(shù)設(shè)計(jì)，能夠極大程度地避免結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)重復(fù)施工、交叉設(shè)計(jì)等問(wèn)題。BIM 技術(shù)最為鮮明的優(yōu)勢(shì)就是能提高建筑項(xiàng)目的建設(shè)效率和項(xiàng)目可視化，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)人員需要充分挖掘BIM 技術(shù)的各種功能來(lái)提高設(shè)計(jì)安全質(zhì)量與可行性，借助三維模型來(lái)發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)方案中存在的不足并將其優(yōu)化完善。BIM 技術(shù)最初起源并非在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，因此我國(guó)相關(guān)的數(shù)據(jù)資源庫(kù)建設(shè)尚待完善，這也致使BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用存在不少限制條件[1]。

2 BIM 技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性體現(xiàn)

2.1 BIM 技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的必要性

BIM 技術(shù)將傳統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶向了三維立體空間中，其可視化的優(yōu)勢(shì)使得設(shè)計(jì)人員能夠更加全面地觀察建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模擬運(yùn)行情況，以此來(lái)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與可行性。并且，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步發(fā)展，民眾在大量信息的沖擊下對(duì)建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)有著自己的想法和需求，尤其是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)作為決定施工建設(shè)方式的主要環(huán)節(jié)，更需要利用BIM 技術(shù)來(lái)強(qiáng)化其設(shè)計(jì)科學(xué)性和有效性。建筑企業(yè)要想合理控制建筑項(xiàng)目的質(zhì)量與效率，就應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段緊抓其工作質(zhì)量，充分融入BIM 技術(shù)來(lái)建立建筑項(xiàng)目的三維立體動(dòng)態(tài)化模型，然后將設(shè)計(jì)圖紙中的數(shù)據(jù)與三維模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析以避免誤差，最終高質(zhì)量完成建筑工程項(xiàng)目的科學(xué)性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2]。

2.2 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的功能體現(xiàn)

就目前的建筑工程施工情況來(lái)看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)或CAD 簡(jiǎn)易模型制作方式轉(zhuǎn)向了更加先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)方向，BIM 技術(shù)在動(dòng)態(tài)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式中承擔(dān)了關(guān)鍵角色。BIM 技術(shù)具備著對(duì)數(shù)據(jù)信息等資源的高效收集與整合功能，所以BIM 技術(shù)可以借助這項(xiàng)功能來(lái)搭建大規(guī)模的信息數(shù)據(jù)共享資源庫(kù)，將與建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的所有信息進(jìn)行歸納整理以提高方案圖紙的設(shè)計(jì)效率，建筑企業(yè)的各部門之間也能借助共享資源庫(kù)來(lái)加強(qiáng)信息交互環(huán)節(jié)，減少由于數(shù)據(jù)信息不足或錯(cuò)漏等情況而出現(xiàn)的問(wèn)題。

另外，基于BIM 技術(shù)下的建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)修改調(diào)整，修改前后的圖紙方案都會(huì)在系統(tǒng)中保留相關(guān)記錄，以此來(lái)不斷優(yōu)化和檢驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中的工作人員更好地處理交叉任務(wù)、重復(fù)性工程設(shè)計(jì)等問(wèn)題，還能方便為后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供信息支撐，幫助建筑工程的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更進(jìn)一步的完善[3]。

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)狀

BIM 技術(shù)是利用實(shí)際數(shù)據(jù)信息來(lái)收集與反饋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的信息資料，然后再依據(jù)用戶的操作應(yīng)用來(lái)完成動(dòng)態(tài)模型結(jié)構(gòu)的模擬。在實(shí)際應(yīng)用BIM 技術(shù)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員首先考慮的是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的安全質(zhì)量，然后才是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性等情況，這其中涉及的參數(shù)非常復(fù)雜且繁多，一些設(shè)計(jì)人員就容易由于對(duì)一些影響參數(shù)考慮不完全以至于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案存在問(wèn)題，特別是建筑材料自身所產(chǎn)生的荷載力等關(guān)鍵性參數(shù)，是關(guān)乎建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)質(zhì)量的重要影響因素。

除此之外，盡管BIM 技術(shù)在我國(guó)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景，但其中存在的不少問(wèn)題尚待解決。有部分建筑企業(yè)使用的工程模型數(shù)據(jù)信息不統(tǒng)一導(dǎo)致設(shè)計(jì)效果無(wú)法很好地展現(xiàn)出來(lái)，在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)很容易出現(xiàn)模型浪費(fèi)與重復(fù)等問(wèn)題，可企業(yè)之間出于個(gè)人利益而難以統(tǒng)一模型標(biāo)準(zhǔn)；另外就是BIM 技術(shù)并沒(méi)有完全在國(guó)內(nèi)普及，不少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM技術(shù)的認(rèn)識(shí)局限于三維建模的程度上，沒(méi)有深入分析挖掘BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)自然就難以將其應(yīng)用于實(shí)際工作中。BIM技術(shù)其實(shí)質(zhì)上是指一種設(shè)計(jì)理念，旨在聯(lián)合工程項(xiàng)目中的所有人員在統(tǒng)一的建筑模型數(shù)據(jù)庫(kù)下開(kāi)展項(xiàng)目建設(shè)，而我國(guó)目前在BIM 標(biāo)準(zhǔn)上的研究正在持續(xù)進(jìn)行中[4]。

4 BIM 技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1 利用BIM 技術(shù)來(lái)監(jiān)控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施情況

建筑工程的建設(shè)涉及項(xiàng)目眾多且極其漫長(zhǎng)，整個(gè)工程需要嚴(yán)格的方案設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)管理來(lái)指導(dǎo)施工作業(yè)的完成，如果工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案不具備科學(xué)合理性與完整性，就會(huì)直接影響現(xiàn)場(chǎng)施工的建設(shè)質(zhì)量與效率，對(duì)于建筑企業(yè)帶來(lái)最明顯的負(fù)面影響就是工程造價(jià)成本投入的增長(zhǎng)和企業(yè)形象的破壞。以BIM 技術(shù)來(lái)全程跟蹤監(jiān)督建筑項(xiàng)目的施工作業(yè)環(huán)節(jié)，可以利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)信息來(lái)搭建參數(shù)資料共享系統(tǒng)，當(dāng)建筑施工時(shí)某一參數(shù)出現(xiàn)變動(dòng)就能通過(guò)BIM 技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的變動(dòng)情況，以便于現(xiàn)場(chǎng)工程師參考有效的數(shù)據(jù)來(lái)更好地指導(dǎo)施工人員開(kāi)展工作，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性，并且還能幫助施工現(xiàn)場(chǎng)完善其管理體系建設(shè)，促使建筑工程項(xiàng)目能高質(zhì)量、高效率的滿足業(yè)主對(duì)建筑使用性能的需求。

4.2 通過(guò)虛擬模型完善設(shè)計(jì)方案

BIM 技術(shù)通過(guò)相關(guān)軟件來(lái)實(shí)施建筑工程的三維動(dòng)態(tài)模型創(chuàng)建，在這一過(guò)程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可以更加全面地了解結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息。過(guò)往的建筑結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)如果要改動(dòng)某一部分結(jié)構(gòu)，需要從整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案上分析改動(dòng)部分對(duì)整體的影響，其工程量所造成的時(shí)間與精力消耗非常高，多次反復(fù)的修改很有可能導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸超出預(yù)算成本或是偏離設(shè)計(jì)初衷。應(yīng)用了BIM 技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)只需要保證設(shè)計(jì)人員錄入?yún)?shù)的準(zhǔn)確性就能得到模擬情況下需要調(diào)整改進(jìn)的參考建議，極大限度地降低了建筑結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計(jì)與繪制難度[5]。

虛擬模型的數(shù)字化演示并不是BIM 技術(shù)的主要目的，關(guān)鍵在于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處于真實(shí)模擬環(huán)境下各項(xiàng)目使用性能的評(píng)估和試驗(yàn)，常見(jiàn)的評(píng)估與試驗(yàn)多出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的受力、多種抵抗性能的設(shè)計(jì)等等。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于越來(lái)越多的復(fù)雜型建筑和高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工建設(shè)提供了更便捷的信息處理手段，可以讓設(shè)計(jì)人員從整體角度看待建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)還能將每個(gè)項(xiàng)目放大來(lái)研究細(xì)節(jié)處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)BIM 技術(shù)搭建的三維立體模型還可以優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中管線等系統(tǒng)的安裝，強(qiáng)化不同項(xiàng)目中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

另外，在針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)模擬中可以幫助設(shè)計(jì)人員更加直觀地掌握建筑物在不同應(yīng)力情況下所造成的損傷，類似于地震、洪流等碰撞或震動(dòng)應(yīng)力的模擬影響都是傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員能依據(jù)模擬環(huán)境下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展現(xiàn)出的性能實(shí)施進(jìn)一步的優(yōu)化。

4.3 BIM 技術(shù)的應(yīng)用思路探索

建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是基于理論情況下進(jìn)行的概念設(shè)計(jì)，其實(shí)踐操作展現(xiàn)在建筑工程的現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)中，如果沒(méi)有三維模型的模擬試驗(yàn)就只能依靠人工去預(yù)設(shè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性，所以有必要通過(guò)一定的應(yīng)用思路來(lái)推動(dòng)BIM 技術(shù)更好地在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里發(fā)揮其作用。

其一，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要利用指定平臺(tái)來(lái)開(kāi)展協(xié)同設(shè)計(jì)，建立相關(guān)資源數(shù)據(jù)共享庫(kù)來(lái)輔助團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)，以便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里存在的漏洞或缺陷并進(jìn)行調(diào)整修改。

其二，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該積極主動(dòng)地發(fā)掘BIM 技術(shù)的各種功能，提高設(shè)計(jì)工作質(zhì)量與效率的同時(shí)直觀明了的為非專業(yè)設(shè)計(jì)人士展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)設(shè)效果，強(qiáng)化建筑施工企業(yè)與投資企業(yè)或業(yè)主之間的溝通交流，面對(duì)投資企業(yè)與業(yè)主在建筑性能上的需求也可以做到及時(shí)改進(jìn)和完善。

其三，借助可視化的三維模型技術(shù)相較于單調(diào)的平面數(shù)據(jù)信息更能幫助工程師理解設(shè)計(jì)人員想要呈現(xiàn)的效果，兩者之間借助三維模型進(jìn)行互動(dòng)溝通可以極大程度減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)臨時(shí)變更的情況發(fā)生。

其四，BIM 技術(shù)作為依托互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的工程技術(shù)，能有效保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性，用科學(xué)的方式來(lái)盡量避免數(shù)據(jù)的錯(cuò)漏或缺失，不僅能保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)質(zhì)量，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑企業(yè)造價(jià)成本的控制與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的提升[6]。

4.4 BIM 技術(shù)下的可持續(xù)性環(huán)保設(shè)計(jì)

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保理念十分推崇，這一理念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中同樣也應(yīng)該貫徹到底。綠色環(huán)保設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)要求較高且影響因素復(fù)雜，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要事先調(diào)查并收集建筑場(chǎng)地周圍的地理地質(zhì)條件等綜合數(shù)據(jù)，然后基于精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息來(lái)展開(kāi)有效分析，再利用BIM 技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行模型建設(shè)。

譬如說(shuō)，設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)用BIM 技術(shù)來(lái)研究建筑物在采光、通風(fēng)等方面的節(jié)能降耗情況，在適宜人體居住的范圍內(nèi)充分利用各方面抗性性能優(yōu)秀的材料實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)環(huán)境效益統(tǒng)一結(jié)合起來(lái)，以提高建筑物的使用感受并實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的保護(hù)目的。

4.5 BIM 技術(shù)下對(duì)鋼結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的影響

鋼結(jié)構(gòu)是很多建筑工程項(xiàng)目中所普遍應(yīng)用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這一部分結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)需要將零散的鋼結(jié)構(gòu)合理連接起來(lái)，在綜合考慮不同鋼結(jié)構(gòu)的參數(shù)信息后實(shí)施科學(xué)有效的連接設(shè)計(jì)以保證其運(yùn)行效果，這項(xiàng)工程任務(wù)較為復(fù)雜繁瑣。BIM 技術(shù)可以自動(dòng)調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)中的參數(shù)信息和間距來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠幫助提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率并且優(yōu)化鋼建材的材料利用率[7]。

4.6 BIM 技術(shù)下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理工作

利用BIM 技術(shù)輔助建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理工作可以拉近各部門之間的距離，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的工作氛圍。因此建筑企業(yè)有必要強(qiáng)化內(nèi)部管理機(jī)制的建立和完善，破除企業(yè)員工的拖延、懈怠等消極思想，BIM 技術(shù)能夠協(xié)助建筑企業(yè)開(kāi)展日常管理工作并完善權(quán)責(zé)統(tǒng)一機(jī)制，幫助建筑企業(yè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并剔除干擾建筑項(xiàng)目施工進(jìn)程的人員，進(jìn)而肅清建筑企業(yè)的不良風(fēng)氣和提高統(tǒng)籌管理水平。

4.7 BIM 技術(shù)能優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的招投標(biāo)環(huán)節(jié)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的招投標(biāo)環(huán)節(jié)中建筑企業(yè)需要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力來(lái)整理相關(guān)材料，而B(niǎo)IM 技術(shù)就可以通過(guò)工程項(xiàng)目中的實(shí)際參數(shù)來(lái)直接展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，簡(jiǎn)化了建筑企業(yè)為體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案而準(zhǔn)備繁復(fù)資料的過(guò)程。并且，在招投標(biāo)環(huán)節(jié)往往容易出現(xiàn)不少利益上的競(jìng)爭(zhēng)與糾紛，建筑工程項(xiàng)目涉及的眾多環(huán)節(jié)通常都是由不同企業(yè)來(lái)承包開(kāi)展的，如果招投標(biāo)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)任何問(wèn)題都會(huì)影響到建筑項(xiàng)目后續(xù)的施工建設(shè)與成本投入。BIM 技術(shù)以科學(xué)、客觀的角度反映出項(xiàng)目?jī)?nèi)各項(xiàng)資源的利用程度，可以盡量避免資金、材料等資源的浪費(fèi)與糾葛，維護(hù)建筑工程施工建設(shè)過(guò)程中的和諧氛圍[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，我國(guó)城市中各類復(fù)雜型建筑、高層建筑等施工難度較高的工程項(xiàng)目不斷涌現(xiàn)，這對(duì)于建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求?？偠灾?，我國(guó)建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員有必要順應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的技術(shù)發(fā)展情況來(lái)調(diào)整固有的工作模式，充分利用BIM 技術(shù)去推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的信息化，利用互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)資源信息的共享并加強(qiáng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的合作效率，進(jìn)而提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性，深入落實(shí)建筑項(xiàng)目的建設(shè)安全質(zhì)量與節(jié)能降耗性能。