建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用探究

李瑞強

（河北拓樸建筑設(shè)計有限公司，河北 石家莊 050000）

在整個建筑行業(yè)崛起并獲得很大程度的發(fā)展之后，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在企業(yè)中扮演的角色越來越重要。隨著現(xiàn)代化建筑的產(chǎn)生和推廣，越來越多新穎獨特的建筑設(shè)計涌現(xiàn)出來，結(jié)構(gòu)或巧妙或復(fù)雜，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作當中存在較大難度。運用傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法無法跟上時代變革的步伐，而且不適合當前階段的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

BIM技術(shù)是依托數(shù)字模型展開建筑設(shè)計與管理的技術(shù)手段，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和創(chuàng)新當中發(fā)揮著重要的作用，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的智能化與數(shù)字化提供了保障[1]。建筑設(shè)計人員在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中要加強對BIM技術(shù)的研究與運用，分析其功能以及特征，正確把握該技術(shù)的應(yīng)用原則，并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際需要，提出該技術(shù)的有效使用方法，助推整個建筑行業(yè)的現(xiàn)代化與可持續(xù)發(fā)展。

1 BIM技術(shù)的內(nèi)涵與主要功能

現(xiàn)代建筑項目是具備很強系統(tǒng)性與復(fù)雜性特點的建筑綜合體，所涉及的環(huán)節(jié)和施工內(nèi)容非常多，而且在具體的施工環(huán)節(jié)會根據(jù)不同施工項目有諸多施工參與者的加入，這樣的情況讓建筑工程管理難度大幅度增加，提高了信息處理復(fù)雜度。BIM技術(shù)的核心點是便捷的信息處理，屬于基于計算機與信息技術(shù)的可視化建筑信息模型，在多學科技術(shù)的支持之下，集中與整合處理有關(guān)于建筑工程綜合信息、施工工序、施工技術(shù)等方面的信息，然后用數(shù)字模型進行呈現(xiàn)，為建筑工程設(shè)計與施工管理人員提供準確直觀的數(shù)據(jù)參考[2]。在對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，BIM技術(shù)也發(fā)揮著非常重要的作用，其功能主要包括以下幾項內(nèi)容：

第一，設(shè)計圖的可修改功能。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙和BIM技術(shù)的有機整合之下，全部結(jié)構(gòu)設(shè)計信息均基于建筑模型生成。依托該技術(shù)設(shè)計出的建筑結(jié)構(gòu)圖紙，如果在后期使用當中有要修改的情況，設(shè)計人員只需結(jié)合實際需要修改某些數(shù)據(jù)信息，就可以讓圖紙設(shè)計系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)變化，自主完善其他的數(shù)據(jù)參數(shù)，在優(yōu)化匹配與修正當中得到比較滿意的修改結(jié)果，大幅度減少工作人員的工作量，減少他們的工作壓力與負擔。除了可以自動修改有關(guān)數(shù)據(jù)之外，整合了BIM技術(shù)的圖紙設(shè)計同樣也擁有自動修改功能，能夠為設(shè)計人員提供很大的便利，減少工作量，讓他們有更多的時間與精力放在全局把控以及細節(jié)優(yōu)化上，在BIM技術(shù)的支持之下獲取最優(yōu)設(shè)計方案，為提高后期建筑施工質(zhì)量打下基礎(chǔ)。

第二，設(shè)計數(shù)據(jù)的信息化功能。BIM技術(shù)是在現(xiàn)代信息技術(shù)支撐之下發(fā)展起來的，以信息為核心。和過去的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，融合了BIM技術(shù)的建筑設(shè)計顯現(xiàn)出可攜帶信息的特征。在這樣的應(yīng)用背景之下，能夠?qū)IM技術(shù)模型當作建筑設(shè)計數(shù)據(jù)庫，可以在其中查找到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要用的信息，利用各類數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，還能夠得到最佳配置信息。所以，設(shè)計人員在工作實踐當中，如果想要調(diào)取某方面數(shù)據(jù)信息的話，只要點擊特定的點，就能夠得到全面信息，提升信息獲取有效性，也可以快速得到關(guān)聯(lián)信息，保證信息獲取全面性。運用這樣的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，能夠讓設(shè)計人員在最短時間內(nèi)得到全面信息，防止人工記錄以及傳遞信息帶來的失誤，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計精準度與可靠性。

第三，結(jié)構(gòu)設(shè)計一體化功能。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程當中運用BIM技術(shù)除了可以生動形象地呈現(xiàn)建筑工程項目外觀之外，還可以依托信息技術(shù)手段直觀具體地呈現(xiàn)光源、材質(zhì)信息屬性、熱能傳導(dǎo)等信息，為設(shè)計人員與施工操作者綜合把握建筑工程信息提供支持[3]。基于BIM技術(shù)支持的建筑模型，可以把與工程有關(guān)的各類信息綜合起來進行整體表現(xiàn)，既可以基于設(shè)計需求視角評估建筑結(jié)構(gòu)安全性，又能夠立足舒適度、節(jié)能性等視角做好對建筑設(shè)計的綜合評估，進而大幅度提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。另外，BIM技術(shù)還擁有CAD設(shè)計基本功能，可利用技術(shù)渲染完成建筑模型渲染過程，利用設(shè)計軟件的分析處理功能達成結(jié)構(gòu)設(shè)計一體化目標。

第四，工程模型三維化功能。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中運用到的BIM技術(shù)重點是其中的三維技術(shù)。在具體的設(shè)計環(huán)節(jié)利用BIM技術(shù)建筑模型進行生動形象的呈現(xiàn)，能夠幫助設(shè)計人員直觀地把握建筑項目每個部分間存在的關(guān)系，從而避免不同建筑結(jié)構(gòu)間的矛盾與沖突，以免影響后期施工。另外，設(shè)計人員依托該技術(shù)的三維化功能，能夠更深入地剖析工程設(shè)計方案的合理性，降低施工難度，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體水準。

2 BIM技術(shù)的主要特征

BIM技術(shù)的重點是依托建筑信息模型構(gòu)建的方式，系統(tǒng)全面模擬建筑工程的每個階段，可提前核驗建筑設(shè)計方案，發(fā)現(xiàn)施工中有可能出現(xiàn)的各類問題，給出對應(yīng)解決方法對設(shè)計方案進行綜合調(diào)整和優(yōu)化改進，維護建筑工程整體的質(zhì)量。BIM技術(shù)的特征可以概括為以下幾點：

第一，可視化特征。所見即所得是BIM技術(shù)的特點，特別適合用在造型復(fù)雜與體量大的建筑物上，依托三維模型建設(shè)輔助設(shè)計人員，利用三維思考方法做好設(shè)計，從而保證設(shè)計質(zhì)量。

第二，協(xié)調(diào)性特征。在BIM平臺的支撐之下，不同專業(yè)以及不同設(shè)計者，在相同模型當中增加、修改、儲存建筑信息都是能夠?qū)崿F(xiàn)的，可以增進不同專業(yè)與不同設(shè)計人員的溝通互動，方便互相協(xié)調(diào)。此外，BIM技術(shù)有著4D動態(tài)模擬、提供碰撞檢查等諸多功能，可以滿足不同施工建設(shè)階段模擬協(xié)調(diào)要求，在設(shè)計階段提前發(fā)現(xiàn)與解決有可能發(fā)生的施工碰撞、場地沖突等一系列問題[4]。

第三，模擬性特征。BIM技術(shù)的模擬性特點體現(xiàn)在多個方面，比如4D施工模擬、5D模擬和造價控制，能夠運用模擬方法制作施工方案、施工進度和材料設(shè)備供需時間表，快速給出建筑工程預(yù)算，做好對建筑項目整體成本的控制。

第四，優(yōu)化性特征。BIM技術(shù)支持快速的方案對照以及方案優(yōu)化，能夠明顯提升設(shè)計方案技術(shù)經(jīng)濟性，獲得更為理想的經(jīng)濟效益。

第五，出圖性特征。在BIM三維模型的支持之下，能夠迅速有效地生成多個和施工結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的圖紙，比如結(jié)構(gòu)流動圖、碰撞偵錯報告、綜合管線圖等[5]。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對于整個建筑項目來說非常重要，是保證建筑工程質(zhì)量與安全的前提條件。想要把BIM技術(shù)合理應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，必須遵循正確的原則：

第一，以人為本原則。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須將滿足建筑使用者需求作為根本，保證建筑利用空間最大化，考慮建筑空間和建筑使用者間的布局合理性。當然也要關(guān)注建筑應(yīng)用安全方面的問題，確保建筑使用者的人身財產(chǎn)安全，把以人為本的原則與理念貫穿全程。

第二，經(jīng)濟性原則。在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，想要滿足使用者的需要，必須做好造價管控，盡可能減少成本支出，確保預(yù)期成本管控目標的實現(xiàn)。在BIM技術(shù)的應(yīng)用過程中，同樣要把經(jīng)濟性原則作為重點考慮的內(nèi)容，注重建筑結(jié)構(gòu)模型的建設(shè)，依托科學計算方法，得到最理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案、具體的施工操作流程與工藝方法，減少資源資金消耗，獲取理想的經(jīng)濟效益[6]。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用方法

4.1 BIM技術(shù)應(yīng)用于可視化結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是系統(tǒng)而又復(fù)雜的，在具體工作處理當中會生成海量數(shù)據(jù)信息，對這些資料進行合理整合與利用是設(shè)計人員最關(guān)心的一個問題。運用BIM技術(shù)能夠用更科學的方式解決這樣的問題，科學儲存結(jié)構(gòu)設(shè)計中生成的海量數(shù)據(jù)信息。同時，在基于BIM技術(shù)的施工圖紙與建筑模型當中如果某個數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)變更問題，那么整個設(shè)計系統(tǒng)也會自動修正數(shù)據(jù)參數(shù)，調(diào)整下一步施工目標，并全方位呈現(xiàn)信息修改給建筑項目帶來的可能影響。不僅如此，BIM技術(shù)還可以用來對傳統(tǒng)建筑設(shè)計流程進行優(yōu)化，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計精準度與科學性，促進后續(xù)工程施工的開展。BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)變得非常普遍，其中一個重要的應(yīng)用模塊就是可視化結(jié)構(gòu)設(shè)計。該技術(shù)本身就是基于信息技術(shù)發(fā)展起來的建筑設(shè)計應(yīng)用，可以在信息化程序的運轉(zhuǎn)當中，用三維模型把建筑結(jié)構(gòu)直觀地呈現(xiàn)出來，為用戶提供精準而又形象直觀的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，保證建筑結(jié)構(gòu)信息的傳播效果。過去在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常運用的是CAD軟件繪制結(jié)構(gòu)圖紙，但是最終的信息呈現(xiàn)是不夠直觀的，會給用戶獲取有關(guān)信息帶來不良影響[7]。而運用BIM技術(shù)則能夠在結(jié)構(gòu)設(shè)計早期利用三維實體結(jié)構(gòu)模型直觀展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)，輔助廣大用戶立足不同視角得到結(jié)構(gòu)信息，全方位掌握建筑功能布局。

4.2 BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

BIM技術(shù)支持下的建筑模型本身就屬于涵蓋了全部建筑設(shè)計元素與信息資源的數(shù)據(jù)庫，在信息技術(shù)的支持之下，建筑結(jié)構(gòu)模型當中的每個數(shù)據(jù)參數(shù)均是密切相關(guān)聯(lián)的，同時還有自動關(guān)聯(lián)與自動修正功能。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中使用該技術(shù)，設(shè)計人員可依托這個數(shù)據(jù)庫當中的信息建構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)模型，并在設(shè)計環(huán)節(jié)做好不同參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，保證BIM系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)能夠及時進行數(shù)據(jù)庫更新[8]。在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)過程中，BIM技術(shù)最為明顯的優(yōu)勢是能夠高水準錄入以及輸出安全可靠的設(shè)計信息，對數(shù)據(jù)信息進行合理匹配，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量水平。

4.3 BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑構(gòu)件設(shè)計

在完整的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系當中，柱子、樓梯、墻體等都是設(shè)計重點，在設(shè)計工作當中，需要設(shè)計人員對結(jié)構(gòu)體系當中的具體構(gòu)件展開合理設(shè)計。對于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，在設(shè)計中要求設(shè)計人員全方位考量建筑管線走向、建筑項目基本功能等，預(yù)防建筑結(jié)構(gòu)間的沖突與碰撞。對于預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計人員必須對每個預(yù)制部件間的節(jié)點與連接關(guān)系進行全盤考量。為確保設(shè)計效果，設(shè)計人員可采用BIM技術(shù)高效率轉(zhuǎn)換平面圖紙，進而發(fā)現(xiàn)具體構(gòu)件在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計當中有可能出現(xiàn)的問題，應(yīng)對接下來的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，確保每個建筑構(gòu)件符合建筑標準[9]。

4.4 BIM技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑工程的數(shù)量與規(guī)模也顯著增加，各種各樣的現(xiàn)代化新型建筑材料以及結(jié)構(gòu)模型也有了諸多突破，特別是鋼結(jié)構(gòu)在大跨度與大空間建筑當中的運用在不斷增多，越來越多的復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)開始推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)。BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計當中，同樣發(fā)揮著不可替代的作用，可以幫助設(shè)計人員針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計展開立體建模，從而輕松高效地解決施工中的連接與應(yīng)用問題。比方說在處理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的加強件問題時，設(shè)計人員要先從整體角度出發(fā)，進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后運用建模方法進行剖析，加強其在建筑工程中的具體應(yīng)用，使用BIM技術(shù)還原與把控整個設(shè)計應(yīng)用的過程，直觀呈現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)加強件的功能。另外，在連接問題的處理當中，設(shè)計人員需要先剖析鋼結(jié)構(gòu)每個部件間的連接參數(shù)，然后在操作中使用BIM技術(shù)合理設(shè)計連接方式，得到最優(yōu)結(jié)果[10]。整個過程不必投入過多人力資源，也不必經(jīng)過漫長的分析周期，可以彌補傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷。

隨著我國建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的新型工程設(shè)計理念、設(shè)計技術(shù)涌現(xiàn)出來，為整個建筑行業(yè)的進步帶來了支持。BIM技術(shù)就是其中極具代表性的先進建筑設(shè)計技術(shù)，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)當中有著非常顯著的效果，可以有效彌補傳統(tǒng)建筑設(shè)計的不足，依托現(xiàn)代技術(shù)手段提高設(shè)計質(zhì)量，縮短建設(shè)工期，降低整體成本，為后期的運營管理帶來便利，和當前建筑業(yè)的發(fā)展潮流高度一致。為了提高BIM技術(shù)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整合效果，應(yīng)該充分挖掘BIM技術(shù)的使用功能，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體需要發(fā)揮相應(yīng)的功能，將該技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計的不同環(huán)節(jié)，把國家的建筑設(shè)計水平提升到更高層次。