BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究

王 威

(中國民用航空飛行學(xué)院新津分院，四川 成都 611430)

建筑是一項統(tǒng)合了土木結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等多重結(jié)構(gòu)的綜合體，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中積極運用新型信息技術(shù)不僅能夠有效提升建筑各專業(yè)設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的協(xié)調(diào)性，同時還能夠為結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化提供更大便利。BIM技術(shù)平臺能夠在前期決策、設(shè)計及后期施工中通過動態(tài)展示對結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點進行剖析，因此受到建筑同仁的認可。

1 BIM技術(shù)的定義

BIM技術(shù)是依托計算機與信息技術(shù)為基礎(chǔ)的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于建筑工程設(shè)計，也被稱之為建筑信息模型。通過該系統(tǒng)自身所攜帶的三維模型創(chuàng)建以及可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)了對建筑結(jié)構(gòu)所涉及的各類數(shù)據(jù)和信息進行收集然后應(yīng)用在三維模型創(chuàng)建的過程中，使得數(shù)據(jù)與模型中的各個參數(shù)進行對應(yīng)，在進行建筑工程設(shè)計時能夠更加高效的對設(shè)計圖紙進行優(yōu)化和完善，通過可視化系統(tǒng)能夠?qū)崟r的對三維模型的數(shù)據(jù)進行調(diào)整，一方面是施工設(shè)計圖紙更加完善；另一方面也降低了建筑工程的整體成本。

2 結(jié)構(gòu)專業(yè)運用BIM技術(shù)的特點

在進行全過程設(shè)計的時候，可以合理的使用BIM技術(shù)，通過協(xié)同設(shè)計來整合不同專業(yè)的專業(yè)設(shè)計內(nèi)容，讓BIM正向設(shè)計流程能夠更加完整、更加科學(xué)。BIM設(shè)計流程可以與很多專業(yè)要求相匹配，實際應(yīng)用時BIM作用在結(jié)構(gòu)專業(yè)中有以下幾個主要特點：第一，可以建立計算分析模型，讓建筑信息模型有更好的應(yīng)用價值，另外還能增加專業(yè)工作量，提高模型一致性，讓模型信息更加豐富； 第二，可以使用平法標(biāo)注來表達施工圖紙，平法標(biāo)注會以平面的方式表達配件標(biāo)高尺寸這一系列的信息，BIM設(shè)計則可以把相應(yīng)的設(shè)計信息投射到三維模型中，通過軟件處理后可以實現(xiàn)本土化應(yīng)用； 第三，結(jié)構(gòu)專業(yè)包含配筋信息，BIM技術(shù)難以完成鋼筋建模； 第四，建立好計算模型后可以做結(jié)構(gòu)專業(yè)的施工圖，但是一旦需要更改，就要做大量的計算、改動，才能讓施工圖得到相應(yīng)的修正，成本浪費比較大，無法靈活修改。

3 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的BIM應(yīng)用

3.1 控制設(shè)計過程

建筑工程項目本身是一個周期較長的建筑工程活動，在開展建筑工程活動之前需要制定嚴格的建筑工程規(guī)劃來對施工過程進行指導(dǎo)。如果建筑工程規(guī)劃或設(shè)計方案存在問題就會影響建筑工程的整體質(zhì)量以及無法按照合同約定的周期完工的風(fēng)險，這會對企業(yè)造成嚴重的危害，甚至?xí)斐韶撁娴纳鐣绊?。為了解決這種狀況，越來越多的施工企業(yè)開始引入BIM技術(shù)來指導(dǎo)施工過程，實現(xiàn)了對施工過程的實時監(jiān)控。通過建立與建筑工程相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，使得數(shù)據(jù)能夠反映在三維模型當(dāng)中，通過可視化系統(tǒng)對這些參數(shù)進行調(diào)整使得建筑工程結(jié)構(gòu)的科學(xué)性得到有效發(fā)揮，最終能夠保質(zhì)保量地完成施工項目。

3.2 制作三維模型

BIM技術(shù)通過信息化技術(shù)作為基礎(chǔ)，利用建筑相關(guān)軟件來對建筑工程的各項技術(shù)參數(shù)進行設(shè)定或修改。這項工作可以通過BIM技術(shù)的三維模型建造來進行輔助，設(shè)計人員能夠通過三維模型對建筑結(jié)構(gòu)整體以及局部進行清晰的了解，并對其中的數(shù)據(jù)或參數(shù)進行修改。建筑整體以三維的模式在電腦中進行有效的展示，設(shè)計人員可以通過在電腦中操作三維模型并對三維模型中所展示出來的數(shù)據(jù)進行修改，也可以通過三維模型對建筑所具備的功能來進行查看或?qū)徍?。相比較傳統(tǒng)的建筑審核模式，通過三維模型能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)審核模式無法實現(xiàn)的功能，例如對于建筑中某個結(jié)構(gòu)的受力情況，BIM三維模型能夠清晰的計算和展示某一個結(jié)構(gòu)的具體受力參數(shù)，甚至能夠?qū)ㄖ鼗惺艿闹亓M行計算。這種計算和展示對于建筑物項目的正常開展有著非常重要的作用。隨著現(xiàn)代建筑的層數(shù)越來越高、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，在沒有引入BIM的狀態(tài)下，很難想象如何對建筑物的各個部分或整體的受力情況進行計算和分析。通過三維模型的放大對建筑結(jié)構(gòu)進行分解，審核人員便能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的科學(xué)性以及整體設(shè)計方案的可行性有著清晰的了解。通過三維模型除了能夠?qū)ㄖ锏氖芰η闆r進行模擬和反應(yīng)之外還可以通過BIM技術(shù)來對建筑物當(dāng)中所需要安裝的各類設(shè)備、管道、電氣設(shè)備進行模擬，這能夠有效的加強建筑物內(nèi)部設(shè)備安裝的合理性，這是傳統(tǒng)平面設(shè)計圖紙根本無法實現(xiàn)的功能。

3.3 運用BIM技術(shù)深化設(shè)計

在進行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時往往只是產(chǎn)生了眾多的想法和構(gòu)思，這是開展建筑工程設(shè)計的前提條件，后續(xù)的所有設(shè)計內(nèi)容都應(yīng)當(dāng)圍繞起初產(chǎn)生的想法和構(gòu)思來開展。在應(yīng)用BIM系統(tǒng)之前，就無法對這些想法和構(gòu)思進行實踐驗證，為了能夠?qū)Ρ姸嗟南敕ê蜆?gòu)思所產(chǎn)生的設(shè)計進行驗證，從而選擇最優(yōu)的方案就需要通過軟件來驗證想法和構(gòu)思，這時可以采用與BIM相關(guān)的一系列軟件來進行建模，從而實現(xiàn)了方案選擇以及方案定稿之后對其開展的優(yōu)化和完善措施，這種設(shè)計思路相比較傳統(tǒng)的設(shè)計方法有了更高的可行性。除此之外，設(shè)計過程應(yīng)當(dāng)強化利用BIM技術(shù)所提供的其他功能，例如建筑結(jié)構(gòu)的性能模擬以及參數(shù)設(shè)計，在可視化功能的基礎(chǔ)上能夠進行建筑結(jié)構(gòu)的演示過程，并能通過BIM系統(tǒng)與業(yè)主方等其他建筑相關(guān)方進行有效的溝通，使得建筑物計劃的可行性得到了加強，使得最終所獲得的設(shè)計方案具備較高的質(zhì)量。深入設(shè)計的方法如下。

3.3.1 協(xié)同設(shè)計

和傳統(tǒng)的信息斷層問題相比，BIM協(xié)同設(shè)計提升了信息共享溝通的效率，讓信息傳遞更高效，也讓設(shè)計效率有了很好的提升，協(xié)同設(shè)計中重復(fù)勞動可以得到有效減少。比如Revit軟件有兩種協(xié)同模式，其對應(yīng)著不同的應(yīng)用范圍和不同的優(yōu)勢。

(1)工作集協(xié)同

如果有很多設(shè)計人員需要同時編輯一個模型，那就可以用到工作集協(xié)同。這種模式需要建立中心文件，設(shè)計人員可以在此基礎(chǔ)上編輯本地文件，然后實時上傳文件中心，將工作成果與中心文件匹配起來，同時也把中心文件上的內(nèi)容下載到本地。工作集協(xié)同能很好的完成個人模型與中心模型的同步，提升了本地與云端信息傳遞的效率。相關(guān)的工作人員可以做好文件的實時更新、上傳下載，提升文件應(yīng)用的安全性和及時性。不過這種方法對硬件、網(wǎng)絡(luò)條件和數(shù)據(jù)安全性也有非常高的要求。

(2)鏈接協(xié)同

實際應(yīng)用中，鏈接協(xié)同模式下，每一個設(shè)計人員會獨立編輯模型，在有需求的時候鏈接其他模型，并以其他模型為參照完成自身模型的搭建和對比結(jié)合。缺點是鏈接協(xié)同不能編輯其他人員的模型，在實時性上比較弱。

3.3.2 碰撞檢測

要檢測結(jié)構(gòu)設(shè)計和建筑專業(yè)方案的匹配程度，就要用到結(jié)構(gòu)專業(yè)的碰撞檢測。在進行碰撞檢測的時候要觀察相關(guān)設(shè)計方案，注意和機電專業(yè)設(shè)備以及管線的布置的沖突。如果要在Revit環(huán)境下做相應(yīng)的碰撞檢測，就要用到Navisworks軟件。工作時，技術(shù)人員要建立結(jié)構(gòu)模型機電模型，然后把相應(yīng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中，在軟件里做碰撞檢測，設(shè)置好不同的判斷條件，然后給出檢測報告，得到檢測結(jié)果。

3.3.3 平法施工圖繪制

建筑結(jié)構(gòu)施工圖平面設(shè)計是施工圖的規(guī)范表示方法。在進行平法施工圖繪制的時候，需要把相應(yīng)的構(gòu)建信息標(biāo)志出來，比如截面、跨度、編號和鋼筋，都要做相應(yīng)的標(biāo)記，將其表達在平面布置圖中。技術(shù)人員要讓圖紙和標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造詳圖匹配在一起，以此來形成更加完整的設(shè)計圖，讓其更好的投入實際應(yīng)用。表達鋼筋信息是非常重要的平法信息內(nèi)容，同時也是BIM技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分。實際應(yīng)用中平法的抽象信號能夠變換成可儲存交換的數(shù)據(jù)，并和BIM信息聯(lián)系起來，那就可以很好的統(tǒng)一平法信息和BIM信息，提高工作的效率和效果，減少信息對立的情況出現(xiàn)。相關(guān)工作人員在實際操作時要合理利用Revit平臺的相關(guān)功能和注釋符號，進一步把平法數(shù)據(jù)和BIM結(jié)構(gòu)模型聯(lián)系在一起，科學(xué)生成符合要求的結(jié)構(gòu)施工圖。

3.4 可持續(xù)設(shè)計思路

可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前我國的社會發(fā)展核心思路，所以在進行建筑設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)將可持續(xù)性發(fā)展融入到建筑設(shè)計過程中。要將軟件所提供的各項功能進行充分的應(yīng)用，通過對建筑項目周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)采集工作來通過軟件進行分析，這些采集的數(shù)據(jù)中包括在建項目所處地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、氣候特征、光源屬性，這對于建筑物設(shè)計過程中所涉及可持續(xù)性發(fā)展思路的眾多功能有著非常重要的影響。例如，建筑的采光就可以通過更加科學(xué)的利用自然光源使得建筑物獲得生態(tài)節(jié)能的效果。以此類推通過對建筑周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)采集然后通過軟件進行建筑模擬設(shè)計使得建筑物的節(jié)能環(huán)保特性以及經(jīng)濟效益和社會價值得到了較好的統(tǒng)一，并加強了生活在建筑物中居民的舒適感。

3.5 綠色建筑中的應(yīng)用

綠色設(shè)計是當(dāng)前我國建筑行業(yè)所推崇的重要設(shè)計思路，也是在低碳理念的背景下所能夠獲得的最佳方案，然而在進行綠色設(shè)計的過程中存在較大的困難，綠色設(shè)計受到周邊環(huán)境影響和外部環(huán)境影響較大。為了解決這個問題設(shè)計人員在通過BIM進行建筑設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)更多的考慮建筑物所處環(huán)境對建筑物本身的影響，例如是否能夠通過對建筑物設(shè)計過程中光照所帶來的影響，進行調(diào)整使得建筑物能夠更多的應(yīng)用自然光，這些設(shè)計都應(yīng)當(dāng)依據(jù)人體所能夠感受到的最適宜的溫度和環(huán)境作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。例如在進行建筑屋頂設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)對待選材料進行甄別或?qū)嶒灐Ｒx擇本身具備較好的隔熱保溫能力的材料，使得在季節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)換時室內(nèi)仍然保持較為穩(wěn)定的溫度，降低人們使用制冷制熱設(shè)備的頻率，實現(xiàn)了建筑物的節(jié)能效果。

4 當(dāng)前BIM技術(shù)存在的問題

近些年，BIM技術(shù)雖然在我國的建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但仍然處于較為初級的階段。所以BIM技術(shù)在我國建筑領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用趨勢，該技術(shù)在我國當(dāng)前建筑領(lǐng)域的應(yīng)用過程中仍然存在一些問題，例如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性，會使得設(shè)計過程中出現(xiàn)重復(fù)浪費的現(xiàn)象。當(dāng)前不少企業(yè)考慮到自身的利益仍然無法與行業(yè)內(nèi)的其他同行針對軟件的模型數(shù)據(jù)進行有效的統(tǒng)一，整體來講，因為我國的建筑企業(yè)數(shù)量眾多但BIM的普及率仍然不高，大多數(shù)設(shè)計人員對于BIM技術(shù)的認識不足，更談不上通過BIM擴展技術(shù)來引入其他的建筑工程軟件應(yīng)用。因此，我國的建筑企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極的為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)而努力，并積極的推廣BIM軟件，以此來推動我國建筑事業(yè)的發(fā)展。未來我國建筑行業(yè)技術(shù)人員還應(yīng)積極做好BIM信息平臺設(shè)計的漢化與細節(jié)化，為建筑設(shè)計深化提供更大助力。

5 結(jié) 語

總之，在我國建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，由于結(jié)構(gòu)有一些個性化需求，結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度也非常大，加上相關(guān)功能系統(tǒng)的安裝協(xié)調(diào)需要也就要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計者不斷提升自身能力，優(yōu)化信息統(tǒng)籌效果。而采用BIM技術(shù)可以對結(jié)構(gòu)設(shè)計的諸多信息進行可視化體現(xiàn)，與當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展方向契合。但是我們也要看到BIM技術(shù)平臺在應(yīng)用的過程中還有很多細節(jié)需要與我國國情融合，尤其要符合我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要，這也是未來我國信息與建筑技術(shù)人才的努力方向。