BIM 在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

孔倩倩，畢于強(qiáng)

（上海砼森建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司山東分公司，山東 淄博 255030）

建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)是建筑工程的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于確保施工質(zhì)量和安全至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)存在信息分散、協(xié)同困難、錯(cuò)誤頻發(fā)等問(wèn)題。隨著建筑信息模型（BIM）技術(shù)的發(fā)展，其在結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用日益受到關(guān)注。

BIM 作為一種集成建模和數(shù)據(jù)管理的方法，可以提供全面的建筑信息和數(shù)據(jù)支持，并促進(jìn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)各方的協(xié)同工作。本研究旨在探討B(tài)IM 在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并分析其優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用方法以及面臨的挑戰(zhàn)。

1 BIM 在結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)

1.1 信息集成和共享

BIM 通過(guò)建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字模型，集成了建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電工程等各個(gè)領(lǐng)域的信息。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以在同一平臺(tái)上共享和交流信息，減少信息斷層和誤解。這有助于提高設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作和決策支持能力。

1.2 碰撞檢測(cè)和沖突解決

BIM 模型具有可視化和碰撞檢測(cè)功能，可以在設(shè)計(jì)階段及早發(fā)現(xiàn)和解決結(jié)構(gòu)與其他系統(tǒng)（如機(jī)電、管道等）之間的沖突。通過(guò)在模型中進(jìn)行碰撞檢測(cè)，可以減少施工過(guò)程中的錯(cuò)誤和沖突，提高施工圖的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。

1.3 可視化和仿真

BIM 模型可以生成三維可視化的結(jié)構(gòu)模型，使設(shè)計(jì)師和施工人員能夠更好地理解和評(píng)估設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，BIM 還支持結(jié)構(gòu)行為的仿真和分析，可以進(jìn)行荷載分析、結(jié)構(gòu)響應(yīng)預(yù)測(cè)等工作，幫助優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方案[1]。

1.4 自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)

BIM 支持自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以通過(guò)設(shè)定參數(shù)和規(guī)則來(lái)生成結(jié)構(gòu)模型和施工圖，這樣可以提高設(shè)計(jì)效率，減少手工操作和重復(fù)工作。同時(shí)，參數(shù)化設(shè)計(jì)還可以快速生成不同設(shè)計(jì)方案的變體，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供更多選擇和比較。

1.5 數(shù)據(jù)管理和版本控制

BIM 提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，可以對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理和版本控制，這有助于團(tuán)隊(duì)成員追蹤和查看設(shè)計(jì)的變更歷史，協(xié)調(diào)不同版本之間的差異，并確保設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。

1.6 施工可視化和協(xié)調(diào)

BIM 模型可以用于施工可視化和協(xié)調(diào)。通過(guò)將施工序列和構(gòu)件安裝信息與BIM 模型關(guān)聯(lián)，可以生成施工過(guò)程的可視化動(dòng)畫(huà)，幫助施工人員更好地理解和執(zhí)行施工任務(wù)。同時(shí)，BIM 還可以用于施工場(chǎng)地的協(xié)調(diào)和沖突檢測(cè)，提前解決施工中的問(wèn)題，減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整和修復(fù)。

綜上所述，BIM 在結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)包括信息集成和共享、碰撞檢測(cè)和沖突解決、可視化和仿真、自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理和版本控制，以及施工可視化和協(xié)調(diào)。這些優(yōu)勢(shì)有助于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少錯(cuò)誤和沖突、提高設(shè)計(jì)效率，并為施工過(guò)程提供更好的指導(dǎo)和支持[2]。

2 BIM 在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 信息集成和共享

BIM 允許不同學(xué)科的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字平臺(tái)上協(xié)同工作。建筑設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)工程師、機(jī)電工程師等可以將各自的設(shè)計(jì)信息整合到BIM 模型中。這樣一來(lái)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以共享彼此的設(shè)計(jì)意圖、需求和約束，更好地理解設(shè)計(jì)的全局視角，從而提高協(xié)作效率和協(xié)調(diào)性。BIM 模型可以集成各種建筑相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括建筑構(gòu)件的幾何形狀、材料屬性、結(jié)構(gòu)參數(shù)、設(shè)備規(guī)格等。通過(guò)將這些數(shù)據(jù)整合到一個(gè)統(tǒng)一的模型中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以更方便地訪(fǎng)問(wèn)和管理這些信息。此外，BIM 還可以與外部數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件進(jìn)行集成，使得設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠獲取更多的數(shù)據(jù)資源，支持決策和分析。BIM 支持實(shí)時(shí)的協(xié)同工作環(huán)境，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的成員可以同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)和編輯BIM 模型。這意味著當(dāng)一個(gè)團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行更改時(shí)，其他成員可以立即看到這些更改，并做出相應(yīng)的調(diào)整。這種實(shí)時(shí)協(xié)同有助于減少信息斷層和誤解，提高團(tuán)隊(duì)的溝通效率和一致性。BIM 模型提供了可視化的圖形界面，使得設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員能夠直觀地理解和評(píng)估設(shè)計(jì)方案。通過(guò)共享BIM 模型，團(tuán)隊(duì)成員可以更好地交流設(shè)計(jì)意圖和思路，共同探討和解決問(wèn)題，這有助于促進(jìn)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間的合作和共識(shí)，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。BIM 模型可以用于向項(xiàng)目利益相關(guān)者傳達(dá)設(shè)計(jì)信息。與傳統(tǒng)的二維圖紙相比，BIM 模型提供了更直觀、詳細(xì)和全面的信息呈現(xiàn)方式。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以使用BIM 模型與建筑師、業(yè)主、施工隊(duì)等進(jìn)行有效的信息交流和溝通，減少誤解和不一致，確保設(shè)計(jì)意圖的準(zhǔn)確傳達(dá)。通過(guò)信息集成和共享，BIM 在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中促進(jìn)了跨學(xué)科協(xié)作、數(shù)據(jù)集成、實(shí)時(shí)協(xié)同、可視化共享和信息交流。這些功能提高了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)調(diào)性、溝通效率和一致性，有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、減少錯(cuò)誤和沖突，并提高整個(gè)施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程的效率和質(zhì)量[3]。

2.2 碰撞檢測(cè)和沖突解決

BIM 模型集成了建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合模型檢測(cè)，可以自動(dòng)化地檢測(cè)出潛在的沖突和碰撞問(wèn)題。例如，可能存在結(jié)構(gòu)構(gòu)件與管道、電纜、設(shè)備等系統(tǒng)之間的沖突，或者不同構(gòu)件之間的干涉等。綜合模型檢測(cè)可以幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及早發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，避免在施工階段造成延誤和額外成本。BIM 模型以三維空間為基礎(chǔ)，可以檢測(cè)出不同構(gòu)件之間的空間沖突。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行三維碰撞檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)構(gòu)件之間的重疊、相交或間距不足等問(wèn)題。這種檢測(cè)可以直觀地顯示沖突部分，并提供詳細(xì)的沖突報(bào)告，使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和解決。一旦發(fā)現(xiàn)沖突，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以使用BIM 模型進(jìn)行沖突解決和協(xié)調(diào)。通過(guò)在模型中進(jìn)行更改和調(diào)整，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以?xún)?yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布局，調(diào)整管道、電纜等系統(tǒng)的位置，以解決沖突問(wèn)題。BIM 模型可以提供實(shí)時(shí)的反饋和可視化展示，幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在解決沖突過(guò)程中做出準(zhǔn)確的決策。通過(guò)在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行碰撞檢測(cè)和沖突解決，可以預(yù)防沖突在施工階段出現(xiàn)，從而減少錯(cuò)誤和修復(fù)成本。此外，BIM 模型還可以用于優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的比較和分析，找到最優(yōu)的解決方案，避免沖突和碰撞。通過(guò)BIM 模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)和沖突解決，可以為施工階段提供更準(zhǔn)確的指導(dǎo)和協(xié)調(diào)。施工團(tuán)隊(duì)可以使用BIM 模型作為參考，避免在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)沖突和錯(cuò)誤，提高施工效率和質(zhì)量。綜上所述，碰撞檢測(cè)和沖突解決是BIM 在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的重要應(yīng)用。通過(guò)綜合模型檢測(cè)、三維空間沖突檢測(cè)、沖突解決和協(xié)調(diào)等功能，可以及早發(fā)現(xiàn)和解決沖突問(wèn)題，避免在施工階段造成延誤和額外成本。此外，這一過(guò)程還有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、預(yù)防沖突、提高施工效率和質(zhì)量。

2.3 自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)

自動(dòng)化設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)程序和算法來(lái)執(zhí)行一系列設(shè)計(jì)任務(wù)，從而減少手動(dòng)操作和重復(fù)性工作。自動(dòng)化設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于不同方面，如建筑形態(tài)生成、布局設(shè)計(jì)、立面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。通過(guò)編寫(xiě)腳本或使用專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)師可以快速生成和修改設(shè)計(jì)方案，探索多個(gè)設(shè)計(jì)選項(xiàng)，并根據(jù)特定的設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束進(jìn)行優(yōu)化。參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種基于參數(shù)和關(guān)系的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)師通過(guò)定義和調(diào)整設(shè)計(jì)中的參數(shù)，如尺寸、比例、位置等，來(lái)控制和改變?cè)O(shè)計(jì)的特征和表現(xiàn)。參數(shù)化設(shè)計(jì)可以通過(guò)建立參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的靈活性、可變性和可調(diào)性。設(shè)計(jì)師可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)快速生成不同變體的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行評(píng)估和比較，以找到最佳的設(shè)計(jì)解決方案。算法設(shè)計(jì)是自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它涉及開(kāi)發(fā)和應(yīng)用各種算法和計(jì)算方法來(lái)解決設(shè)計(jì)問(wèn)題。例如，基于優(yōu)化算法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以幫助設(shè)計(jì)師在滿(mǎn)足特定約束條件的前提下，尋找最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形態(tài)和尺寸；基于遺傳算法或進(jìn)化算法的形態(tài)生成可以生成多樣性的設(shè)計(jì)方案，以探索設(shè)計(jì)空間。算法設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)提供了更多的可能性和靈活性，幫助設(shè)計(jì)師在短時(shí)間內(nèi)生成和評(píng)估大量的設(shè)計(jì)選項(xiàng)。自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)通常與可視化技術(shù)和交互式界面相結(jié)合。通過(guò)可視化的方式，設(shè)計(jì)師可以直觀地觀察和評(píng)估設(shè)計(jì)方案的效果和特征。交互式界面可以讓設(shè)計(jì)師實(shí)時(shí)地調(diào)整參數(shù)、修改設(shè)計(jì)，并立即看到結(jié)果。這種實(shí)時(shí)反饋和迭代過(guò)程有助于設(shè)計(jì)師進(jìn)行快速的試錯(cuò)和優(yōu)化，促進(jìn)創(chuàng)造力和創(chuàng)新的發(fā)展。自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)師提供了更多的設(shè)計(jì)探索和優(yōu)化的機(jī)會(huì)。設(shè)計(jì)師可以通過(guò)自動(dòng)化的方式生成大量的設(shè)計(jì)方案，并使用算法和評(píng)估指標(biāo)來(lái)評(píng)估和篩選最佳的方案。這種迭代的過(guò)程可以幫助設(shè)計(jì)師快速探索設(shè)計(jì)空間，并找到符合設(shè)計(jì)目標(biāo)和需求的最優(yōu)解決方案[4]。

2.4 可視化和仿真

可視化是將設(shè)計(jì)、構(gòu)建和運(yùn)行過(guò)程以圖形形式展示的過(guò)程。它可以通過(guò)三維建模和渲染技術(shù)，將建筑設(shè)計(jì)表現(xiàn)為逼真的圖像和動(dòng)畫(huà)?？梢暬梢詭椭O(shè)計(jì)師和項(xiàng)目相關(guān)方快速理解和評(píng)估設(shè)計(jì)方案，以及對(duì)建筑外觀、內(nèi)部布局、材料選擇等進(jìn)行可視化展示。可視化還可以提供多角度的觀察和交互式探索，使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和利益相關(guān)者更好地理解和參與設(shè)計(jì)過(guò)程。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將計(jì)算機(jī)生成的虛擬內(nèi)容與真實(shí)世界進(jìn)行融合。虛擬現(xiàn)實(shí)通過(guò)戴上頭戴式顯示器，將用戶(hù)沉浸到一個(gè)完全虛擬的環(huán)境中，可以模擬建筑內(nèi)外的體驗(yàn)，使設(shè)計(jì)師和用戶(hù)能夠在虛擬空間中互動(dòng)和體驗(yàn)建筑。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)則通過(guò)在真實(shí)環(huán)境中疊加虛擬內(nèi)容，讓用戶(hù)可以在真實(shí)空間中觀察和操控建筑模型、設(shè)計(jì)方案或施工過(guò)程的可視化展示。這些技術(shù)可以提供更加沉浸式和交互式的設(shè)計(jì)和評(píng)估體驗(yàn)。BIM 是一種基于數(shù)據(jù)的建筑設(shè)計(jì)和管理方法。BIM 模型可以包含建筑的幾何形態(tài)、構(gòu)件屬性、材料信息、施工序列等多個(gè)方面的數(shù)據(jù)。通過(guò)BIM 模型的可視化呈現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑設(shè)計(jì)的全面理解和可視化展示。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)BIM 模型進(jìn)行導(dǎo)航、剖面查看、碰撞檢測(cè)、動(dòng)畫(huà)演示等操作，以更好地理解和溝通設(shè)計(jì)意圖。仿真是通過(guò)建模和模擬技術(shù)，模擬建筑和工程系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境中的行為和效果。例如，結(jié)構(gòu)仿真可以模擬建筑結(jié)構(gòu)在荷載作用下的響應(yīng)和變形，以評(píng)估結(jié)構(gòu)的性能和安全性。能源仿真可以模擬建筑能耗和室內(nèi)環(huán)境的變化，以?xún)?yōu)化能源效率和室內(nèi)舒適性。仿真可以幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)階段通過(guò)模擬和評(píng)估不同方案，做出更準(zhǔn)確的決策和優(yōu)化?？梢暬头抡婕夹g(shù)提供了更直觀、全面和實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)和評(píng)估方式。它們可以幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和項(xiàng)目相關(guān)方更好地理解和溝通設(shè)計(jì)意圖，發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。此外，可視化和仿真還可以減少成本和風(fēng)險(xiǎn)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和沖突，并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案[5]。

3 案例效果

案例名稱(chēng)：某大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目的BIM 應(yīng)用于結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目背景：該商業(yè)綜合體項(xiàng)目位于城市中心，包括多個(gè)高層建筑和地下停車(chē)場(chǎng)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)決定采用BIM技術(shù)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)效率、減少錯(cuò)誤和沖突，并優(yōu)化施工過(guò)程。

通過(guò)BIM 在結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，該商業(yè)綜合體項(xiàng)目取得了顯著的效果：

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了信息集成和共享，促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)同工作和決策支持。碰撞檢測(cè)和沖突解決減少了錯(cuò)誤和沖突，提高了施工圖的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)提高了設(shè)計(jì)效率，減少了手工操作和重復(fù)工作?？梢暬头抡鎺椭O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方案。數(shù)據(jù)管理和版本控制確保了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。綜上所述，該案例表明BIM 在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以顯著提高設(shè)計(jì)效率、減少錯(cuò)誤和沖突，并為施工過(guò)程提供更好的指導(dǎo)和支持。通過(guò)BIM 的信息集成和共享、碰撞檢測(cè)和沖突解決、自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)、可視化和仿真以及數(shù)據(jù)管理和版本控制等功能，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠更好地協(xié)同工作，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并在施工階段提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)，從而提高整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量和效率。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)BIM 在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討和分析。研究結(jié)果表明，BIM 在結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中具有重要的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。然而，其應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)和障礙。因此，需要各方共同努力，推動(dòng)BIM 技術(shù)的普及和應(yīng)用，加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和人員培訓(xùn)，以建立合作文化和促進(jìn)行業(yè)合作。通過(guò)持續(xù)的努力，可以更好地實(shí)現(xiàn)BIM 在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和發(fā)展，提升建筑工程的效率和質(zhì)量，推動(dòng)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。