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

李曉霞

(山西省建筑安裝技工學(xué)校，山西 太原 030006)

近年來，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，有效推動了我國建筑工程行業(yè)的快速發(fā)展，尤其是BIM技術(shù)的出現(xiàn)，能夠在建筑工程行業(yè)中共享數(shù)據(jù)信息，能將更為先進、精準的數(shù)據(jù)信息提供給有關(guān)部門，協(xié)調(diào)處理各企業(yè)單位之間的工作。而在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過使用BIM技術(shù)，不但能夠有效保證建筑工程的設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計的精度、設(shè)計的協(xié)調(diào)分析、多維視查設(shè)計合理性、經(jīng)濟性，還能夠保證施工管理、施工的組織設(shè)計、施工中個項目的協(xié)調(diào)，數(shù)據(jù)共享，以及施工的安全，并通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，以及施工的模擬預(yù)案等措施，精準描述結(jié)構(gòu)的各種安全參數(shù)，提高管理效率，節(jié)省時間成本和材料成本，進一步提高建筑工程的施工效率。當前，BIM技術(shù)應(yīng)用范圍非常的廣泛，不僅可用于各種設(shè)計過程當中，還可用于建設(shè)工程項目的全壽命周期中。本文就BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用展開了探討，以供大家參考。

1 相關(guān)理論基礎(chǔ)概述

1.1 BIM技術(shù)

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展變得越來越為現(xiàn)代化，在進行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，越來越廣泛使用BIM技術(shù)。所謂BIM技術(shù)，BIM技術(shù)是一種數(shù)據(jù)化管理工具，主要是用于工程設(shè)計、工程建造以及工程管理；這種技術(shù)的特點是起到了共享和傳遞的作用，將數(shù)據(jù)建設(shè)過程當中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、信息、項目策劃等進行共享和傳遞，使得參與工程建設(shè)的全體人員能夠準確的了解建筑信息，并及時作出應(yīng)對。這種技術(shù)在一定程度上提高了生產(chǎn)效率、節(jié)約了生產(chǎn)成本。BIM技術(shù)最大的特點就是動態(tài)變化的，在使用的過程當中會不斷的更新、豐富以及充實，能夠讓使用者在最短的時間內(nèi)了解數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)的建筑工程設(shè)計應(yīng)用就是指通過使用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息，有效提煉與整理所需的數(shù)據(jù)信息，在建筑工程正式施工以前，設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)模型，建立合理、可行的建筑模型，根據(jù)一定的比例縮小原來僅能進行想象與解說的建筑結(jié)構(gòu)，最終形成人們摸得到、看得到的可視化模型，然后有關(guān)工作人員在詳細觀測與分析該可視化模型以后，實時調(diào)整與更改建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，以更好地開展建筑工程的施工作業(yè)。

1.2 BIM技術(shù)的主要特點

BIM技術(shù)主要有：信息集成化、可視化與模擬性、協(xié)調(diào)性與優(yōu)化性、可出圖性，以及可視化與仿真性、一體化、參數(shù)化等特點。BIM技術(shù)是應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合來提高建筑工程設(shè)計施工的各種工序，達到更高的效率。

1.2.1 信息的集成化

隨著我國信息技術(shù)水平的不斷提高，有效推動了我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，相應(yīng)地，這也不斷暴露出傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方式中存在的弊端與問題，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過使用BIM技術(shù)，能夠充分發(fā)揮出BIM技術(shù)的信息集成化優(yōu)勢，通過建立BIM模型，能夠在BIM模型中有效集成所有的建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息，相應(yīng)地，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在BIM模型中可以共享這些結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息。所以，通過利用BIM技術(shù)來進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有顯著的數(shù)據(jù)集成化特點，再加上BIM模型中還使用其他一些技術(shù)，如計算機技術(shù)、三維技術(shù)等，進而能夠有效建立一個完整的建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，在該建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中具有不同類型的數(shù)據(jù)信息，通過充分利用與深入分析這些數(shù)據(jù)信息，能夠確定不同建筑結(jié)構(gòu)模塊的參數(shù)與規(guī)格，有助于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的提高。

1.2.2 可視化與模擬性

由于BIM技術(shù)具有顯著的可視化、模擬性特點，因此在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過使用BIM技術(shù)，能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的視覺效果，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作人員在進行設(shè)計過程中，能夠?qū)Χ喾N與建筑工程相關(guān)的信息進行詳細掌握，如建筑材料的材質(zhì)屬性、光源等，在詳細掌握這些信息以后，能夠更好地優(yōu)化與改善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，進一步提高建筑工程的節(jié)能效果，實現(xiàn)設(shè)計的統(tǒng)一。在BIM模型，由于可以共享所有的建筑工程信息，所以可以實現(xiàn)設(shè)計的統(tǒng)一，能夠有效解決多種建筑細節(jié)設(shè)計問題，促使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案變得更加科學(xué)、可行與經(jīng)濟。

1.2.3 協(xié)調(diào)性與優(yōu)化性

BIM協(xié)調(diào)性包含：設(shè)計協(xié)調(diào)；整體進度規(guī)劃協(xié)調(diào)；成本預(yù)算、工程量估算協(xié)調(diào)；運維協(xié)調(diào)等功能。設(shè)計協(xié)調(diào)：設(shè)計協(xié)調(diào)指的是通過BIM三維可視化控件及程序自動檢測，可對建筑物內(nèi)機電管線和設(shè)備進行直觀布置模擬安裝，檢查是否碰撞，找出問題所在及沖突矛盾之處，還可調(diào)整樓層凈高、墻柱尺寸等。從而有效解決傳統(tǒng)方法容易造成的設(shè)計缺陷，提升設(shè)計質(zhì)量，減少后期修改，降低成本及風(fēng)險；整體進度規(guī)劃協(xié)調(diào)：整體進度規(guī)劃協(xié)調(diào)指的是基于BIM技術(shù)，對施工進度進行模擬，同時根據(jù)最前線的經(jīng)驗和知識進行調(diào)整，極大地縮短施工前期的技術(shù)準備時間，并幫助各類各級人員對設(shè)計意圖和施工方案獲得更高層次的理解。以前施工技術(shù)通常是由技術(shù)人員或管理層敲定的，容易出現(xiàn)下級人員信息斷層的情況；成本預(yù)算、工程量估算協(xié)調(diào)：成本預(yù)算、工程量估算協(xié)調(diào)指的是應(yīng)用BIM技術(shù)可以為造價工程師提供各設(shè)計階段準確的工程量、設(shè)計參數(shù)和工程參數(shù)，這些工程量和參數(shù)與技術(shù)經(jīng)濟指標結(jié)合，可以計算出準確的估算、概算，再運用價值工程和限額設(shè)計等手段對設(shè)計成果進行優(yōu)化。同時基于BIM技術(shù)生成的工程量不是簡單的長度和面積的統(tǒng)計，專業(yè)的BIM造價軟件可以進行精確的3D布爾運算和實體減扣，從而獲得更符合實際的工程量數(shù)據(jù)，并且可以自動形成電子文檔進行交換、共享、遠程傳遞和永久存檔。準確率和速度上都較傳統(tǒng)統(tǒng)計方法有很大的提高，有效降低了造價工程師的工作強度，提高了工作效率；運維協(xié)調(diào)：運維協(xié)調(diào)包含空間協(xié)調(diào)管理、設(shè)施協(xié)調(diào)管理、隱蔽工程協(xié)調(diào)管理、應(yīng)急管理協(xié)調(diào)、節(jié)能減排管理協(xié)調(diào)?？臻g管理主要應(yīng)用在照明、消防等各系統(tǒng)和設(shè)備空間定位。應(yīng)用BIM技術(shù)業(yè)主可獲取各系統(tǒng)和設(shè)備空間位置信息，把原來編號或者文字表示變成三維圖形位置，直觀形象且方便查找。設(shè)施協(xié)調(diào)管理主要體現(xiàn)在設(shè)施的裝修、空間規(guī)劃和維護操作。

1.2.4 可出圖性

BIM的可出圖性跟傳統(tǒng)的建筑圖紙存在較大的差距。BIM技術(shù)在建筑工程中的建模應(yīng)用，能夠全方位展示、協(xié)調(diào)、模擬和優(yōu)化建筑模型，通過一系列的操作實現(xiàn)出圖。具體可出圖性主要包括以下方面：一是綜合管線圖，通過多方面的檢查和設(shè)計修改，能夠在很大程度上消除相對應(yīng)的錯誤；二是總圖和結(jié)構(gòu)留洞圖；三是碰撞檢測報告以及針對性的改進方案等圖紙。BIM技術(shù)的以上特性決定了其在建筑工程方面應(yīng)用的優(yōu)點。從中國國內(nèi)外BIM技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用來看，國外發(fā)達國家已經(jīng)針對這項技術(shù)制定了相應(yīng)的標準和制度，我國目前處在發(fā)展期，如何應(yīng)用這項技術(shù)做好建筑工程設(shè)計控制和管理是重要的課題。

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

2.1 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可視化方面

對于BIM技術(shù)，它是一種充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)的建筑設(shè)計運用，在實際運用中，通過利用自身信息化程序來構(gòu)建三維模型，向用戶直觀展示建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，進而能夠更好地傳遞建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息。在過去進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，基本都是利用CAD軟件來繪制建筑結(jié)構(gòu)圖紙，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作模式無法直觀呈現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)信息，進而在一定程度上會降低用戶獲取信息的效率。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的初期階段中使用BIM技術(shù)，主要工作任務(wù)就是構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)三維模型，向用戶直觀呈現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)，能夠促使用戶可以從多個方面得到建筑結(jié)構(gòu)信息，能夠詳細了解建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布局功能與基本信息。在對一個較大規(guī)模的建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計過程中，設(shè)計工作者通過使用BIM計算，能夠動態(tài)演示建筑結(jié)構(gòu)，促使用戶可以直觀觀察到建筑結(jié)構(gòu)不同部位的信息，進而可以幫助建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員確定出最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，同時能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題進行及時發(fā)現(xiàn)，并以此為重要依據(jù)，制定出相應(yīng)有效的解決對策，促使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案變得更加合理、科學(xué)。

2.2 在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計方面

對于基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)模型，實際上該模型就是一個數(shù)據(jù)庫，包括全部設(shè)計元素及信息，通過使用先進的現(xiàn)代化信息技術(shù)，能夠有效連接建筑結(jié)構(gòu)模型中不同的數(shù)據(jù)參數(shù)，同時還具有自動修改、自動關(guān)聯(lián)的功能。在進行建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計過程中，通過使用BIM技術(shù)，設(shè)計工作者通過使用數(shù)據(jù)庫中含有的信息資源來建立相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)模型，與此同時，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過調(diào)整各種參數(shù)，進而在利用BIM技術(shù)來設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)過程中，能夠?qū)?shù)據(jù)庫信息進行及時更新。在進行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過使用BIM技術(shù)，能夠安全、可靠、高質(zhì)量的錄入與輸出設(shè)計信息，能夠?qū)?shù)據(jù)信息進行科學(xué)匹配，進而能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。

2.3 在建筑構(gòu)件設(shè)計方面

柱子、墻體、樓梯等部位是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要內(nèi)容，有關(guān)設(shè)計工作人員在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要科學(xué)設(shè)計整體結(jié)構(gòu)中的各種構(gòu)件。設(shè)計工作人員在設(shè)計現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)過程中，需要深入考慮建筑物的功能要求與建筑物中的管線走向，同時需要對不同建筑結(jié)構(gòu)之間的沖突問題進行科學(xué)預(yù)防。設(shè)計工作人員在設(shè)計預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)過程中，一定要對不同部件之間的連接關(guān)系與節(jié)點進行全面考慮。因此，設(shè)計工作人員在進行建筑構(gòu)件設(shè)計過程中，通過使用BIM技術(shù)，能夠有效轉(zhuǎn)換平面圖紙，可以及時發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)件設(shè)計中存在的問題，并采取有效的優(yōu)化與改善措施。

2.4 在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

在最近幾年中，隨著我國建筑工程規(guī)模的不斷擴大與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多新型的建筑結(jié)構(gòu)模型與建筑材料，特別是在大空間、大跨度建筑場景中，越來越廣泛使用鋼結(jié)構(gòu)。所以，在進行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過使用BIM技術(shù)能夠進行建模，能夠有效解決施工過程中發(fā)生的應(yīng)用問題與連接問題。以鋼結(jié)構(gòu)加強件為例，設(shè)計工作者需要先整體設(shè)計建筑工程結(jié)構(gòu)，然后對加強件進行建模，通過利用BIM技術(shù)來控制與還原整個過程，以充分展現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)加強件的作用與效果；對于鋼結(jié)構(gòu)施工中存在的連接問題，設(shè)計工作者需要先深入分析鋼結(jié)構(gòu)不同部位之間的連接參數(shù)，然后在操作過程中利用BIM技術(shù)來合理設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的連接方式，以獲取最佳的設(shè)計成果。在過去分析鋼結(jié)構(gòu)過程中，常常需要投入很多的人力資源，并且需要在經(jīng)過比較長時間的分析以后，才可以獲取相應(yīng)的結(jié)果，而通過使用BIM技術(shù)，可以有效調(diào)整與優(yōu)化建筑工程設(shè)計中存在的缺陷問題，有效提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中對BIM技術(shù)進行運用的一些建議

3.1 通過使用BIM技術(shù)來有效維護模型

所謂模型維護技術(shù)，就是指通過使用BIM技術(shù)來構(gòu)建建筑工程模型，主要工作內(nèi)容就是通過使用BIM技術(shù)，收集與歸納建筑工程的全部數(shù)據(jù)信息，然后通過深入分析數(shù)據(jù)信息，找出其中存在的缺陷問題與錯誤，有效消除信息孤島。在完成以上全部工作以后，通過有效結(jié)合建筑工程三維模型來整理所有的信息。通過利用BIM系統(tǒng)中的搜索功能，能夠進一步提升建筑設(shè)計工作的效率，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。但是，值得注意的是，在運用BIM技術(shù)過程中，因為單個BIM技術(shù)功能存在缺陷，無法促使建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體需求得到完全滿足，所以建議選用多技術(shù)、多方法合一的方法。在現(xiàn)階段中，使用較為廣泛的方法為“分布式”，即根據(jù)建筑工程各個階段所需的技術(shù)支撐，或者建筑工程的實際情況，對相應(yīng)的BIM應(yīng)用技術(shù)階段進行合理設(shè)計。BIM模型細節(jié)的精度主要取決于BIM技術(shù)的用途，如果只使用BIM技術(shù)，要想完成全部的工作，其難度是非常大的，目前在建筑行業(yè)中，主要選用分布式BIM模型這種方法，同時有效結(jié)合建筑工程項目的應(yīng)用用途與現(xiàn)有條件，構(gòu)建相應(yīng)完善的BIM模型，以滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的各種要求。例如，設(shè)計模型，目前，我國在利用BIM技術(shù)來設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時。

3.2 管道線路的鋪裝

為保證建筑工程的正常使用，一定要正確安裝管道線路。最近幾年，在進行建筑結(jié)構(gòu)給排水系統(tǒng)設(shè)計過程中，越來越廣泛使用BIM技術(shù)，在鋪裝建筑結(jié)構(gòu)排水管道線路過程中，相關(guān)工作人員通過充分運用BIM技術(shù)，可以在計算機中輸入管道材料的參數(shù)，然后計算機根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)排水系統(tǒng)的尺寸與輸入的數(shù)據(jù)，對管道線路的鋪裝方法進行精準計算，同時還可以將建筑工程管道線路鋪裝示意圖進行立體展現(xiàn)。由此可知，通過利用BIM技術(shù)來鋪裝管道線路，可以促使管道線路鋪裝變得更加合理，可以有效減少或者避免建筑材料的浪費。

3.3 裝配式建筑與BIM技術(shù)的有效協(xié)調(diào)

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過使用BIM技術(shù)，能夠充分發(fā)揮出BIM技術(shù)的作用，可以充分表現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)的合理性，可以有效提高建筑工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。因此有關(guān)工作人員在運用BIM技術(shù)過程中，需要高度重視BIM技術(shù)的運用，對建筑結(jié)構(gòu)進行深入了解，在建筑工程項目的不同施工階段中充分利用BIM技術(shù)。在最近幾年中，裝配式建筑的發(fā)展速度變得越來越快，在我國建筑工程行業(yè)中，裝配式建筑現(xiàn)已發(fā)展成為主體，與此同時，BIM技術(shù)的核心與裝配式建筑模式技術(shù)是互相吻合的，因此，在使用BIM技術(shù)過程中，協(xié)調(diào)匹配裝配式建筑是工作的重心。

4 結(jié)語

綜上所述，在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過使用BIM技術(shù)，能夠有效提高建筑工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計效果。BIM工程設(shè)計師的工作內(nèi)容比較復(fù)雜，除了設(shè)計之外，還需組織管理內(nèi)部與外部合作的業(yè)主和承包商，并要考慮設(shè)計后施工的安全計劃、了解施工進度、依據(jù)工程需求給出模型以及相關(guān)的數(shù)據(jù)、協(xié)助各種建筑工程，按照規(guī)定的期限順利完成，因此，BIM工程設(shè)計師既要設(shè)計結(jié)構(gòu)項目本身，又要跟進設(shè)計施工中的各種協(xié)調(diào)改進作用，自始至終需要參與服務(wù)設(shè)計后的現(xiàn)場管理。通過深入分析當下國內(nèi)建筑工程設(shè)計對BIM技術(shù)的利用情況后可知，BIM技術(shù)的使用依然還存在很大的創(chuàng)新與提升空間。作為建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作者，應(yīng)以傳統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗為重要基礎(chǔ)，充分運用BIM技術(shù)的運用，充分發(fā)揮出揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢與使用價值，進一步提高建筑設(shè)計水平。