BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用研究*

丁 聰

(內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責任公司 呼和浩特 010010)

結(jié)構(gòu)設(shè)計貫穿了建筑工程的全生命周期,配合BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)立體化以及協(xié)同化,找出結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不足,避免出現(xiàn)與設(shè)計方案不符的問題。在以往的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程當中,結(jié)構(gòu)基本依靠CAD 軟件進行二維化設(shè)計,存在的隱患問題難以直接發(fā)現(xiàn),通過BIM 技術(shù)進行設(shè)計、檢測與繪制,能夠開展協(xié)同設(shè)計、碰撞檢測,有效保證建筑工程的整體質(zhì)量,避免后續(xù)工程與實際出現(xiàn)偏差。

1 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概述

1.1 BIM 技術(shù)

BIM 是建筑信息模型的簡稱,是當前世界廣泛認可的數(shù)據(jù)化工具,其能夠貫穿于建筑全壽命周期,使用三維模型數(shù)據(jù)庫進行信息共享與傳遞,進而更好的實現(xiàn)工作的協(xié)同。當前我國建筑工程行業(yè)已開始廣泛應(yīng)用BIM 技術(shù)開展工作,有效減輕設(shè)計人員勞動強度,完善方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工繪制等方面,各個階段相互獨立而又能協(xié)調(diào)配合,承載建筑結(jié)構(gòu)的各類復(fù)雜屬性,據(jù)此創(chuàng)建三維空間模型,采用自動化灰土方式進行標注,避免因偏差而對后續(xù)施工造成不良影響。

在BIM 技術(shù)應(yīng)用中,可以綜合管理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)知識進行預(yù)測,以此確保給結(jié)構(gòu)處理的效果,使后續(xù)的管控能夠得到進一步的提高,降低各類隱患問題的概率。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計要根據(jù)施工的地區(qū)的地質(zhì)勘測報告進行確認,配合相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式做好抗震防裂、建筑防火等方面工作,隨后組合系數(shù)標準值確定施工參數(shù)。在設(shè)計時應(yīng)遵循相關(guān)準則,考慮全過程控制方面,分析建筑物整體的美觀性、合理性和安全性,并結(jié)合實際進行相應(yīng)優(yōu)化,確保能夠符合實際需求。結(jié)構(gòu)設(shè)計管理中要從標準規(guī)范入手執(zhí)行工作,避免出現(xiàn)管控不當出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷問題,從而不斷提高項目建設(shè)的整體質(zhì)量。結(jié)構(gòu)設(shè)計也是決定后續(xù)投入使用壽命的基礎(chǔ)保障之一,需要在保證住宅建筑質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上開展結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化,從而大幅度提升施工中原材料利用率,提升建筑的使用性能,滿足人們的實際需求[1]。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)類型多種多樣,為此需要詳細了解和分析,避免因此而影響著建筑的施工質(zhì)量和使用安全,具體包括以下幾個方面:

2.1 建筑主要結(jié)構(gòu)

建筑就結(jié)構(gòu)體系而言一般分為混凝土結(jié)構(gòu)體系、鋼結(jié)構(gòu)體系以及框架剪力墻體系,不同結(jié)構(gòu)之間有著明顯的差異。如混凝土結(jié)構(gòu)體系,建筑物的墻、柱、梁等由鋼筋混凝土制成的,是主要承重的結(jié)構(gòu),其抗震性、耐火性、耐久性以及抗腐蝕性都較強,以柱、梁為基本框架,空間設(shè)計較為靈活,適合于建造20層以下的中低層建筑;框架剪力墻融合了框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,空間設(shè)計可根據(jù)實際情況進行調(diào)整和優(yōu)化,能夠有效避免單一結(jié)構(gòu)的缺點。

2.2 建筑設(shè)計劃分

由于建筑的作用有所不同,如綜合建筑、高層住宅、商用辦公樓、寫字公寓等,要求功能也各不相同,因此在設(shè)計中需要注重設(shè)計劃分,保證項目的質(zhì)量。

2.2.1 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容,要求在實際設(shè)計中對結(jié)構(gòu)材料進行明確,依照自身經(jīng)驗初步確定結(jié)構(gòu)中各個構(gòu)件的截面尺寸,并在此基礎(chǔ)上詳細分析荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力,最終得到合理的參數(shù)。

2.2.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求設(shè)計人員結(jié)合地質(zhì)勘察報告,并詳細計算出上部結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng),確定建筑基礎(chǔ)形式。為了保證建筑結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性和安全性,還需要對建筑基礎(chǔ)底面積、承載能力、基礎(chǔ)內(nèi)力、配筋進行計算。

2.2.3 結(jié)構(gòu)施工優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用在于為建筑本體提供支撐,根據(jù)當前項目需求進行選擇,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程當中,BIM 能夠以數(shù)字的形式展現(xiàn)各類信息,集成包含建筑使用材料、性質(zhì)、空間等多種信息,將過程當中的信息進行數(shù)字化與模型化,使相關(guān)人員能夠更方便的進行資料的調(diào)閱。建筑設(shè)計中的各類圖形與信息參數(shù)都可以借助BIM 技術(shù)進行呈現(xiàn),按《建筑測量規(guī)范》(JGJ8-2016)規(guī)定執(zhí)行,按照國家現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范、規(guī)程完工[2]。

3 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的分析

3.1 BIM 技術(shù)的特點

3.1.1 可視性BIM 技術(shù)的可視化特性,可以增加高層建筑給排水工程建設(shè)的互動性和反饋性,通過建立一個數(shù)據(jù)共享模型完善勘察、設(shè)計、施工,在建筑工程施工過程中應(yīng)用清晰展示各類信息,不斷提高管理效率和水平。BIM 技術(shù)能夠做到“所見便是所得”,表現(xiàn)物體的真實感,便于管理人員了解施工進度和施工情況,需要對其執(zhí)行方面加大關(guān)注力度,從而保證管理工作能夠貫穿于項目全過程。

3.1.2 協(xié)調(diào)性

與傳統(tǒng)的CAD 技術(shù)相比,BIM 技術(shù)可以動態(tài)化形式展示三維模型,各個部門還可將工程相關(guān)數(shù)據(jù)輸入軟件中,把不同專業(yè)的工種錄入其中,各個專業(yè)的施工人員可以加強溝通與交流,為建設(shè)提供有利條件。同時,建筑設(shè)計單位、施工單位需要進行優(yōu)化,促進各個部門之間的交流與合作,為各方參與設(shè)計提供技術(shù)支撐,清楚的了解施工重點以及與注意事項,有效避免建設(shè)難以同步的問題。

3.1.3 預(yù)見性

在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中合理應(yīng)用BIM 技術(shù),可以對結(jié)構(gòu)設(shè)計各項參數(shù)進行調(diào)整,提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效率,實現(xiàn)項目信息精準地定位,有助于工作人員對施工重點和難點進行全面掌握。利用模擬功能,可以對影響項目設(shè)計的各個方面因數(shù)進行分析,以三維的形式制作建筑中所需使用的各部分構(gòu)件,以參數(shù)化形式驅(qū)動各部分實時調(diào)整,提高工程項目建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性[3]。

3.2 BIM 技術(shù)的優(yōu)勢

在建筑工程施工管理中應(yīng)用BIM 技術(shù),能夠預(yù)測施工中可能因結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)的問題,并列出有效的應(yīng)對方案做到提前預(yù)防,采取有效措施來解決問題,該技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為可視化的三維立體效果圖,應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題,制止各類安全隱患,以免造成不必要的經(jīng)濟損失。在建筑施工結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用BIM 技術(shù),可以精細的控制每一步所需的時間和空間,充分利用虛擬技術(shù),有效預(yù)估后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計調(diào)整的具體方向,保證執(zhí)行的效果。

4 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用

4.1 提高建設(shè)水平

在結(jié)構(gòu)設(shè)計管理過程中,需要不斷提高控制的意識,積極應(yīng)用BIM 技術(shù)實施目標成本管理的方法,在執(zhí)行中預(yù)先制定相關(guān)機制,認識到管控工作開展的重要性,為此可以大量開展調(diào)研工作,提高管理的整體水平,使得結(jié)構(gòu)加固能夠突出自身功能性。同時,BIM 技術(shù)應(yīng)用中還需要與建設(shè)方進行有效的溝通,制定出優(yōu)化方案,保證每一個環(huán)節(jié)工作完成后,及時將成本進度控制在標準限度內(nèi)[4]。

4.2 增強執(zhí)行能力

在BIM 技術(shù)下,結(jié)構(gòu)設(shè)計管理中可以結(jié)合自身的實際情況制定相應(yīng)機制,利用現(xiàn)代化手段對此進行綜合性評估,在編制過程中保證與實際項目內(nèi)容與需求一致,樹立統(tǒng)一的項目施工方向,預(yù)算文件由各個部門共同參與討論,隨后進行上報工作,嚴格落實上級下達的意見,必要時深入到工程現(xiàn)場獲取最新的數(shù)據(jù)與信息,進而將結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的全面加強,避免建設(shè)中出現(xiàn)偏差問題。

5 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用策略

5.1 建立技術(shù)融合制度

現(xiàn)如今我國多數(shù)地區(qū)的設(shè)計制度已經(jīng)非常完整,大部分工程的BIM 系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)完畢,使得各種設(shè)計審批手續(xù)更加簡單。工程建設(shè)單位與各施工單位要統(tǒng)一方向,通過BIM 實現(xiàn)共享以此與各代理單位共同審核,并結(jié)合項目需求不斷加強施工監(jiān)控及跟蹤檢查,避免實際建設(shè)出現(xiàn)不達標的情況。在施工建設(shè)中可以用3D-BIM 參數(shù)化信息模型對方案和重工序進行模擬,根據(jù)工程數(shù)量統(tǒng)計做好合理的工程設(shè)計,利用Mi-cro Station 模塊判斷技術(shù)應(yīng)用的合理性,保證了設(shè)計和施工各項信息的有效性,切實保證工程項目最終能夠順利完工。

5.2 建設(shè)過程動態(tài)監(jiān)控

BIM 以通過甄別保留有效數(shù)據(jù),提高后續(xù)建設(shè)工作的效率,在此基礎(chǔ)上保證結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的合理性,如采用“搭積木”的方式快速建設(shè)參數(shù)模型,實現(xiàn)全專業(yè)整合與碰撞檢查。建筑結(jié)構(gòu)需要借助現(xiàn)代化手段,將BIM 模型結(jié)合搭建施工作業(yè)的4D 模型,提前模擬與處理施工關(guān)鍵階段,充分體現(xiàn)了現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢,虛擬情景讓相關(guān)工作人員切身體驗施工中的安全風險情境。為確保工程施工質(zhì)量在可控范圍內(nèi),在安全風險應(yīng)急演練中也充分利用BIM 技術(shù)和VR 技術(shù)融合,借助視頻監(jiān)控技術(shù)監(jiān)督現(xiàn)場作業(yè),如出現(xiàn)不符合規(guī)定的情況立即叫停整改。

5.3 工程結(jié)構(gòu)圖紙繪制

建筑結(jié)構(gòu)圖紙繪制應(yīng)用BIM 技術(shù),可創(chuàng)建建筑工程三維模型,為后續(xù)設(shè)計提供大量數(shù)據(jù)資料,在可視化條件下提升立體感和層次感,在三維模型中進行相應(yīng)的調(diào)整,通過優(yōu)化細節(jié)設(shè)計,使各項細節(jié)能夠符合預(yù)期要求,避免在后續(xù)施工中出現(xiàn)各類風險。在Revit環(huán)境中,對于結(jié)構(gòu)模型以及機電模型等,可導(dǎo)入至Navisworks軟件中,然后開展各類主體模型的自由檢測,最后根據(jù)檢測結(jié)果繪制檢測報告,發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所存在的沖突,對建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行優(yōu)化調(diào)整,切實保證工程能夠按照既定標準順利實施后續(xù)建設(shè)工作。

5.4 建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,針對框架結(jié)構(gòu)需要進行內(nèi)力計算,將各區(qū)格按雙向板考慮,計算范圍內(nèi)的其余荷載通過縱梁以集中荷載的形式傳給框架柱,要求桿端彎矩以繞桿件順時針方向旋轉(zhuǎn)為正。如為剪力墻結(jié)構(gòu),則在設(shè)計中需要考慮水平和垂直下的鋼筋設(shè)計中結(jié)合計算的有關(guān)數(shù)據(jù)選擇適宜的鋼筋,使結(jié)構(gòu)在不同方向上的受力均勻,通過BIM+建造管理平臺在窗口中進行信息的瀏覽和管理,可以將模型中工序、要求等提前錄入,通過手機APP進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集,融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G 通信等,最后在管理平臺內(nèi)處理數(shù)據(jù),使設(shè)計實現(xiàn)深度優(yōu)化。

6 結(jié)語

在工程項目建設(shè)中,結(jié)構(gòu)設(shè)計是十分重要的內(nèi)容,為此需要合理應(yīng)用BIM 技術(shù),對不同專業(yè)設(shè)計方案進行檢測分析,提升建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計效率,為實際施工提供指導(dǎo)。加強對BIM 技術(shù)的研究與運用,才能更好的保證建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計準確性,為后續(xù)建筑工程行業(yè)的發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。