建筑修復(fù)加固工程中BIM技術(shù)的集成應(yīng)用與實(shí)踐

摘 要：建筑修復(fù)加固工程是提升既有建筑使用性能和延長其使用壽命的重要手段。然而，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工模式在信息整合、方案優(yōu)化以及過程控制等方面存在明顯不足，難以滿足現(xiàn)代工程的高效性和精準(zhǔn)性需求，作為一種先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，BIM技術(shù)能夠滿足建筑修復(fù)加固工程的需求。本文從模型創(chuàng)建與優(yōu)化、結(jié)構(gòu)受力分析、加固方案設(shè)計(jì)、施工過程模擬以及竣工后的運(yùn)維管理五個(gè)方面，系統(tǒng)探討了BIM技術(shù)的集成應(yīng)用，并結(jié)合具體案例進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決修復(fù)加固工程中的傳統(tǒng)難題，大幅提升工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，為建筑修復(fù)加固領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑修復(fù)加固；BIM技術(shù)；集成應(yīng)用

1 前言

隨著城市化進(jìn)程的加快，大量建造于不同時(shí)期的建筑面臨老化和功能退化的問題，如何通過修復(fù)與加固工程延長既有建筑的使用壽命，提升其安全性和功能性，成為當(dāng)前建筑行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。相比推倒重建，合理的加固修復(fù)不僅能夠減少資源浪費(fèi)，還在經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境保護(hù)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)的修復(fù)加固工程在設(shè)計(jì)、施工與管理方面常面臨信息割裂、效率低下以及施工不確定性等難題，制約了工程質(zhì)量和效益的進(jìn)一步提升。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)作為一種集成化的信息管理工具，憑借其數(shù)字化、可視化、協(xié)同性和全生命周期管理的特點(diǎn)，為建筑修復(fù)加固工程提供了創(chuàng)新解決方案。因此，進(jìn)行建筑修復(fù)加固工程中BIM技術(shù)的集成應(yīng)用與實(shí)踐研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工流程的局限性

在建筑修復(fù)加固工程中，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工流程的局限性表現(xiàn)為平面設(shè)計(jì)表達(dá)的局限性與信息整合的不足，這些問題導(dǎo)致了設(shè)計(jì)與施工之間的銜接不暢。平面設(shè)計(jì)表達(dá)的方式限制了對(duì)建筑全貌的直觀展現(xiàn)，設(shè)計(jì)方案通常以二維圖紙的形式呈現(xiàn)，這使得復(fù)雜建筑的空間關(guān)系難以全面展現(xiàn)，特別是在涉及多專業(yè)協(xié)作時(shí)，設(shè)計(jì)內(nèi)容的理解和傳遞容易出現(xiàn)偏差。信息整合不足更進(jìn)一步加劇了這一問題，不同專業(yè)之間的設(shè)計(jì)文件缺乏統(tǒng)一的平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同與校驗(yàn)，造成了各專業(yè)設(shè)計(jì)之間信息孤立的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致在施工階段發(fā)現(xiàn)的問題需要頻繁修改設(shè)計(jì)，延長了施工周期，并增加了資源浪費(fèi)。同時(shí)，傳統(tǒng)施工圖紙難以涵蓋施工中的所有細(xì)節(jié)，施工方需要額外的解讀和溝通，增加了時(shí)間成本和出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

3建筑修復(fù)加固工程中BIM技術(shù)的集成應(yīng)用

3.1模型建立與數(shù)據(jù)整合

在建筑修復(fù)加固工程中，利用Revit建立原始建筑模型并結(jié)合檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行模型完善，是BIM技術(shù)集成應(yīng)用的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。通過Revit平臺(tái)，可以對(duì)建筑物的幾何形態(tài)、空間布局和結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行全面的數(shù)字化建模，形成具有高度直觀性和邏輯性的三維模型。對(duì)于老舊建筑物，在建模過程中需結(jié)合工程現(xiàn)場的詳細(xì)檢測數(shù)據(jù)，通過參數(shù)化方式將建筑實(shí)際狀態(tài)反映到模型中，包括構(gòu)件的材質(zhì)、尺寸、強(qiáng)度以及老化程度等信息，從而使模型更貼合實(shí)際情況。由于檢測數(shù)據(jù)的多樣性和不確定性，建模時(shí)需進(jìn)行多次校核，避免因數(shù)據(jù)缺失或錯(cuò)誤導(dǎo)致的模型偏差。完成初步模型后，還需將其與已有設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行比對(duì)，糾正歷史設(shè)計(jì)與實(shí)際現(xiàn)狀之間的差異，同時(shí)通過增加隱蔽結(jié)構(gòu)的檢測數(shù)據(jù)完善模型細(xì)節(jié)。這樣不僅能夠?qū)⒔ㄖ膶?shí)際狀況完整地?cái)?shù)字化呈現(xiàn)，也為后續(xù)的結(jié)構(gòu)分析和加固設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)，使模型成為信息共享和決策支持的重要載體，顯著提升工程管理的精確性和可控性[2]。

3.2結(jié)構(gòu)受力分析

在建筑修復(fù)加固工程中，將BIM建立的建筑模型導(dǎo)入結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行抗震和承載能力分析是關(guān)鍵步驟。通過這種方式，能夠在模型的基礎(chǔ)上結(jié)合具體的工程參數(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的計(jì)算與評(píng)估。在模型導(dǎo)入的過程中，需要嚴(yán)格校核模型中構(gòu)件的幾何形狀、材料屬性和連接關(guān)系，確保其符合實(shí)際建筑的現(xiàn)狀和分析要求。進(jìn)入分析階段后，依據(jù)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和荷載標(biāo)準(zhǔn)，將建筑模型分解為有限元單元，施加荷載條件并模擬結(jié)構(gòu)在不同工況下的受力情況，分析各構(gòu)件的應(yīng)力分布和變形特性。整個(gè)過程能夠有效識(shí)別結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)和潛在風(fēng)險(xiǎn)，為制定合理的加固方案提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，分析軟件還可以根據(jù)建筑所在區(qū)域的地震烈度和土壤條件，模擬地震作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。

3.3加固方案設(shè)計(jì)

在建筑修復(fù)加固工程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果選擇適合的加固方式是確保工程效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過對(duì)受力分析中構(gòu)件應(yīng)力分布、變形特性及承載能力不足部位的具體問題進(jìn)行評(píng)估，可以明確需要加固的區(qū)域及相應(yīng)的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，碳纖維加固常用于承載能力不足但空間受限的構(gòu)件，通過在構(gòu)件表面粘貼碳纖維布增強(qiáng)強(qiáng)度，同時(shí)保持施工便捷性和對(duì)建筑外觀的較小影響。增大截面法主要針對(duì)受力不足但允許占用部分內(nèi)部空間的構(gòu)件，通過增加混凝土截面面積提升整體承載能力和剛度。外包型鋼方法適合對(duì)內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)化處理，在提升構(gòu)件抗壓和抗彎能力的同時(shí)，不顯著改變建筑外觀和布局。不同方法的選擇需綜合考慮原始結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、加固目標(biāo)和施工條件，并結(jié)合BIM模型進(jìn)行可視化驗(yàn)證，以確保方案的合理性和可實(shí)施性[3]。

3.4施工過程模擬

在建筑修復(fù)加固工程中，施工過程模擬是BIM技術(shù)的重要應(yīng)用環(huán)節(jié)，通過對(duì)加固工序的動(dòng)態(tài)仿真，能夠有效提升施工團(tuán)隊(duì)對(duì)方案的理解和執(zhí)行能力。在施工模擬階段，利用BIM模型的可視化特點(diǎn)，將施工方案中的每一步工序動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，使復(fù)雜的工藝流程變得更加直觀。施工過程中涉及的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，例如材料的運(yùn)輸、構(gòu)件的安裝以及施工順序的安排，都可以通過模擬進(jìn)行全面推演。這種仿真方式不僅能夠?qū)⒖赡艽嬖诘臎_突或不合理之處提前暴露，還可以幫助施工團(tuán)隊(duì)全面掌握不同工序之間的邏輯關(guān)系，從而優(yōu)化現(xiàn)場施工組織。通過細(xì)化每一階段的操作步驟，施工團(tuán)隊(duì)能夠準(zhǔn)確理解方案意圖并按照既定計(jì)劃執(zhí)行。此外，施工模擬還能提供對(duì)施工進(jìn)度和資源使用的預(yù)測分析，使管理者能夠提前調(diào)整人力、設(shè)備和材料的分配[4]。

3.5竣工后的運(yùn)維管理

在建筑修復(fù)加固工程完成后，建立數(shù)字化模型為長期監(jiān)測和維護(hù)提供了可靠的技術(shù)支持。通過BIM技術(shù)創(chuàng)建的三維數(shù)字模型，能夠全面整合建筑的結(jié)構(gòu)信息、材料特性和施工記錄，并結(jié)合傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，使模型在竣工后仍然具有動(dòng)態(tài)管理能力。在日常運(yùn)營中，維護(hù)人員可以通過模型清晰定位具體構(gòu)件的位置和屬性，快速了解其當(dāng)前狀態(tài)以及歷史維修記錄，從而提高問題處理的效率。對(duì)于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件，模型還可以接收檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)反饋，實(shí)時(shí)監(jiān)測可能存在的隱患或性能退化。通過數(shù)字化方式，建筑的運(yùn)營和維護(hù)能夠轉(zhuǎn)向更加科學(xué)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式，避免了傳統(tǒng)維護(hù)方式中因信息缺失或模糊導(dǎo)致的誤判。此外，模型還可以作為未來加固或改造工作的基礎(chǔ)，減少對(duì)建筑現(xiàn)狀的重新測繪工作量，同時(shí)確保新舊數(shù)據(jù)的無縫銜接[5]。

4建筑修復(fù)加固工程中BIM技術(shù)集成應(yīng)用的實(shí)踐案例

4.1項(xiàng)目背景

某五層教學(xué)綜合樓位于城市中心區(qū)域，總建筑面積約為3000平方米，主要功能為教學(xué)和辦公。由于建成使用時(shí)間較長，部分樓板、柱、梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的老化與損傷，不滿足現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的安全隱患。同時(shí)，建筑的防水系統(tǒng)在長期使用中出現(xiàn)老化失效，導(dǎo)致屋頂和地下室多處滲漏問題，對(duì)正常使用功能造成影響。為了使建筑符合當(dāng)前安全規(guī)范并延長使用壽命，需要對(duì)樓板、柱、梁等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行抗震加固，同時(shí)對(duì)建筑的防水系統(tǒng)進(jìn)行全面改造。在加固設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮原建筑的結(jié)構(gòu)特性、使用功能和周邊環(huán)境的影響，以實(shí)現(xiàn)安全性與使用需求的平衡。

4.2 BIM技術(shù)的具體應(yīng)用

4.2.1模型創(chuàng)建與優(yōu)化

通過BIM建模軟件對(duì)建筑進(jìn)行全方位的數(shù)字化構(gòu)建，需要依據(jù)現(xiàn)有建筑的設(shè)計(jì)圖紙、施工記錄和現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，將樓板、柱、梁以及防水系統(tǒng)等關(guān)鍵部分的實(shí)際情況轉(zhuǎn)化為三維信息模型。在建模過程中，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸、材料特性和現(xiàn)狀性能進(jìn)行細(xì)致錄入，確保模型精確反映建筑的真實(shí)狀態(tài)?；诂F(xiàn)場檢測結(jié)果，模型中不僅包含可見構(gòu)件的參數(shù)，還通過補(bǔ)充隱蔽結(jié)構(gòu)的模擬信息，使整體模型更加完整。在完成初步模型后，利用參數(shù)化功能對(duì)模型的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和校正，包括對(duì)不規(guī)則構(gòu)件形態(tài)的調(diào)整和缺失信息的補(bǔ)充，從而提高模型的適用性和數(shù)據(jù)一致性。

4.2.2加固方法設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

在教學(xué)綜合樓加固工程中，BIM技術(shù)為加固方法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證提供了精確的支持。通過將受力分析的結(jié)果整合到三維模型中，能夠直觀識(shí)別需要加固的構(gòu)件部位，并根據(jù)結(jié)構(gòu)需求和施工條件選擇適宜的加固方法。碳纖維布粘貼工藝適用于提高樓板、梁等構(gòu)件的承載力和抗彎性能，在模型中，通過對(duì)粘貼區(qū)域的細(xì)化設(shè)計(jì)，明確碳纖維布的鋪設(shè)路徑、層數(shù)以及與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的粘結(jié)強(qiáng)度參數(shù)，同時(shí)動(dòng)態(tài)模擬施工過程以發(fā)現(xiàn)潛在問題。微型樁施工方法則主要應(yīng)用于地基的加固，通過BIM模型結(jié)合地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)，優(yōu)化微型樁的布置位置、深度和間距，確?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和均勻承載能力。每種加固方法在模型中的驗(yàn)證階段，通過結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬加載測試，評(píng)估加固效果是否符合工程需求，同時(shí)對(duì)不符合要求的方案進(jìn)行迭代優(yōu)化。

4.2.3工程量計(jì)算與成本評(píng)估

在建筑修復(fù)加固工程中，BIM技術(shù)在工程量計(jì)算與成本評(píng)估方面的應(yīng)用顯著提升了精確性和效率。通過數(shù)字化模型的建立，能夠從三維模型中直接提取所有構(gòu)件的幾何信息，包括尺寸、材質(zhì)和數(shù)量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)工程量的全面量化分析。與傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)方法相比，這種自動(dòng)化計(jì)算方式極大地減少了因人為因素導(dǎo)致的遺漏或誤差。同時(shí)，通過將工程量與項(xiàng)目預(yù)算數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以快速生成材料清單和成本明細(xì)，涵蓋加固材料、施工設(shè)備及人工費(fèi)用等多個(gè)方面。在加固方案的評(píng)估階段，BIM技術(shù)還能夠基于不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多種成本分析，比較各方案在預(yù)算控制上的差異，為決策提供依據(jù)。在施工階段，通過實(shí)時(shí)更新模型數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)調(diào)整工程量和成本估算，確保項(xiàng)目始終處于可控范圍之內(nèi)。

4.3實(shí)施效果

在教學(xué)綜合樓加固工程中，項(xiàng)目的實(shí)施成果表明BIM技術(shù)在提升建筑性能方面的有效性。通過對(duì)樓板、柱、梁等關(guān)鍵構(gòu)件的加固設(shè)計(jì)和施工，建筑整體的承載能力提高了20%。這一改進(jìn)來源于加固方案的科學(xué)優(yōu)化與精確實(shí)施，其中碳纖維布的粘貼增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎性能，增大截面法提升了承載力，而微型樁的應(yīng)用進(jìn)一步穩(wěn)定了地基，減少了整體變形的可能性。同時(shí)，通過對(duì)撓度的分析與控制，結(jié)構(gòu)的最大撓度相比加固前降低了30%，表明其剛度得到了明顯提升，這一變化有效減少了建筑在使用過程中的振動(dòng)和位移現(xiàn)象。施工完成后，經(jīng)過全面檢測與動(dòng)態(tài)模擬驗(yàn)證，建筑在滿足現(xiàn)行抗震和使用功能標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，其安全性與穩(wěn)定性均達(dá)到了新的高度。加固方案的成功實(shí)施不僅延長了建筑的使用壽命，還為后續(xù)運(yùn)維管理提供了可靠的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)依據(jù)，體現(xiàn)了BIM技術(shù)在復(fù)雜工程中的集成應(yīng)用價(jià)值。

5結(jié)論

綜上所述， BIM技術(shù)在建筑修復(fù)加固工程中的應(yīng)用貫穿設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維全生命周期，其數(shù)字化、可視化和協(xié)同性顯著提升了工程的效率與精度。在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)通過三維模型的構(gòu)建和數(shù)據(jù)整合，為加固方案的優(yōu)化提供了精確的依據(jù)，并通過動(dòng)態(tài)模擬檢驗(yàn)方案的合理性。在施工階段，利用BIM技術(shù)對(duì)施工過程進(jìn)行詳細(xì)模擬，優(yōu)化工序安排，減少資源浪費(fèi)和施工返工，同時(shí)提升了施工團(tuán)隊(duì)對(duì)復(fù)雜工藝的理解和執(zhí)行力。在竣工后的運(yùn)維階段，BIM模型作為數(shù)字化信息載體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑長期性能的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和高效管理，為未來的維護(hù)和改造奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來，隨著BIM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和與人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的結(jié)合，其在建筑修復(fù)加固領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將更加廣闊，也將為傳統(tǒng)工程模式的變革和建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

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