BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究

【摘要】本文主要闡述了什么是BIM、BIM的技術(shù)特點分析以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究，以供各位參考。

【關(guān)鍵詞】BIM，結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)用

一、前言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是指開放性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下設(shè)施的物理和功能特點。在歐美發(fā)達國家BIM已經(jīng)逐漸普及，我國也紛紛成立了BIM研究小組。在科學(xué)的建模、管線設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計方面都有良好的應(yīng)用。

二、BIM的技術(shù)特點分析

建筑信息模型作為一種利用數(shù)字模型進行設(shè)計、施工、管理的工作過程或方法，其具有如下特點：

1.信息集成。主要體現(xiàn)在設(shè)計信息集成化和設(shè)計過程集成化。建筑信息模型是整個建筑工程單一的、數(shù)字化的信息模型，所有專業(yè)的設(shè)計信息都往這一個模型里添加。因此，信息模型是信息集成的實體。在此基礎(chǔ)上各個專業(yè)設(shè)計人員都可以參與工作的協(xié)同設(shè)計平臺，進而實現(xiàn)設(shè)計過程的集成化。建筑信息模型的核心是一個由計算機三維模型所形成的數(shù)據(jù)庫，涵蓋了建筑結(jié)構(gòu)空間關(guān)系、構(gòu)件尺寸等幾何信息，建筑材料、各種建筑構(gòu)件的性質(zhì)及數(shù)量等物理信息，以及構(gòu)件連接方式、荷載、邊界條件等結(jié)構(gòu)分析信息。建筑師、工程師和物業(yè)管理單位提取建筑內(nèi)的信息十分方便，這種設(shè)計方法突破了傳統(tǒng)CAD方法，因此BIM技術(shù)被稱之為設(shè)計產(chǎn)業(yè)的第二次革命。

2.工作可傳遞性。建筑信息模型應(yīng)用程序的一個基本特性是，在工程數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建實時的、一致性的關(guān)聯(lián)。設(shè)計師無須自己處理圖紙或更新鏈接。當(dāng)修改了某項內(nèi)容時，BIM系統(tǒng)會立即將修改反映到所有受影響的圖元。另外，同一模型可以用于不同用途的分析，比如BIM模型可用于結(jié)構(gòu)分析和施工模擬等。工程師無需為進行不同分析而建立多個模型，大大提高設(shè)計效率。

3.支持協(xié)同設(shè)計。作為一種全新的設(shè)計平臺，BIM系統(tǒng)可以為設(shè)計、施工、業(yè)主、經(jīng)營者之間建立溝通的橋梁，提供處理工程項目所需要的即時相關(guān)信息。基于三維模型的碰撞檢測功能可以根據(jù)各專業(yè)不同的設(shè)計原則，BIM系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動檢測構(gòu)件對象間的相互影響。大大提高設(shè)計團隊中建筑師與結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師之間的溝通效率，從而縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量

四、BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究

1.結(jié)構(gòu)工程師目前主流的設(shè)計方式是利用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件（程序）進行結(jié)構(gòu)建模計算和結(jié)構(gòu)整體空間受力和變形分析，然后另外利用2D繪圖工具來繪制傳統(tǒng)的2D施工圖文檔。基于BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式是：工程師將物理模型發(fā)送到結(jié)構(gòu)分析軟件，分析程序進行分析計算，隨后返回設(shè)計信息，并動態(tài)更新物理模型和施工圖文檔。BIM技術(shù)就結(jié)構(gòu)設(shè)計本身而言，其基本理念就是要達到結(jié)構(gòu)計算分析和施工圖文檔兩者相互統(tǒng)一，或者說實現(xiàn)兩者間的無縫鏈接。

2.建筑師搭建BIM模型時，關(guān)注的是模型空間表達的真實性和外觀視覺上的效果，以及物理模型能否自動生成2D施工圖文檔。與建筑專業(yè)相關(guān)的計算分析，比如日照分析和建筑能耗分析，對模型數(shù)據(jù)庫的要求也往往僅限于模型的幾何外觀和空間尺寸，以及材料的物理特性。結(jié)構(gòu)工程師搭建BIM模型時，除了關(guān)心物理模型能否自動生成2D施工圖文檔，同時也關(guān)心物理模型能否自動轉(zhuǎn)化為可以被第三方結(jié)構(gòu)分析軟件認(rèn)可的結(jié)構(gòu)分析模型。畢竟結(jié)構(gòu)的安全性分析計算是結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要環(huán)節(jié)和重要問題。由于結(jié)構(gòu)分析模型中包括了大量的結(jié)構(gòu)分析所要求的各種信息，如：材料的力學(xué)特性、單元截面特性、荷載、荷載組合、支座條件等等。所以結(jié)構(gòu)工程師的BIM模型就會因繁多的參數(shù)而異常復(fù)雜。

3.BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的可視化研究。建筑信息模型以三維模型為基礎(chǔ)，用來表示真實建筑構(gòu)件。對于傳統(tǒng)計算機輔助繪圖軟件一般采用CAD技術(shù)，使用無抽象表達的幾何圖形來表示構(gòu)件，難以表達更多的信息。在設(shè)計及初步設(shè)計階段，建立三維實體模型，可以快速直觀地觀察建筑構(gòu)造，推敲建筑體量，剖析功能布局等。在大型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計過程中運用可視化技術(shù)，可對結(jié)構(gòu)模型進行漫游動態(tài)演示，考察結(jié)構(gòu)選型的建筑適配性及構(gòu)件尺度在建筑空間中的表現(xiàn)效果，并以此來選擇結(jié)構(gòu)的最優(yōu)方案。

4.BIM在結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計中的研究。在整個結(jié)構(gòu)信息模型中，模型和全套設(shè)計文檔存儲在同一個數(shù)據(jù)庫中，所有內(nèi)容都是參數(shù)化的、相互關(guān)聯(lián)的。作為BIM最重要的特點之一，此關(guān)聯(lián)性可以實現(xiàn)高質(zhì)量、一致、可靠的信息輸出，有助于形成面向設(shè)計、分析和建檔的數(shù)字化工作流程。

5.基于BIM的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部分的實現(xiàn)。依據(jù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工圖紙，創(chuàng)建獨立基礎(chǔ)和雙柱普通獨立基礎(chǔ)的混凝土部分，在創(chuàng)建前需提前設(shè)置混凝土的屬性，包括強度名稱、編號設(shè)置、位置、截面、等級、現(xiàn)澆或者預(yù)制等。

四、 BIM應(yīng)用推廣需要注意的問題

國內(nèi)各設(shè)計院對BIM的接觸時間并不算短，早在2004年就有不少設(shè)計院接觸過Revit軟件，并開始實際項目的設(shè)計應(yīng)用。但是時至今日，為什么大部分設(shè)計院選擇了放棄或者是尚還處于起步階段或局部應(yīng)用，始終無法轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力，形成規(guī)模化應(yīng)用呢？究其原因，主要是因為大多數(shù)設(shè)計院對BIM工具的理解還不夠充分、期望值過高、準(zhǔn)備不足，所以造成了最后應(yīng)用推廣的失敗。

所以，我們在BIM的應(yīng)用推廣過程中需要注意以下幾個問題：

1.結(jié)合自身情況，合理設(shè)定現(xiàn)階段BIM的應(yīng)用范圍，再逐步尋求拓展BIM增值設(shè)計服務(wù)。不要在剛開始接觸應(yīng)用BIM，便想要求大求全，試圖將revit用于各個專業(yè)，完美的實現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計及相關(guān)應(yīng)用。

2.BIM啟動的實驗項目不宜選擇難度過大的項目，導(dǎo)致BIM推進較為艱苦、困難重重，使整個團隊失去信心。

3.Revit產(chǎn)品的本地化上還不完美，對初學(xué)者在實現(xiàn)本地化施工圖出圖上尚存一定難度，需要有對Revit全面了解的專業(yè)人士針對各個設(shè)計院的出圖標(biāo)準(zhǔn)和各種相關(guān)應(yīng)用進行定制和教授針對不同類型項目的應(yīng)用方法，使得推廣應(yīng)用事半功倍。

4.BIM的應(yīng)用推廣是個長期的不斷發(fā)展的過程，需要事先考慮BIM團隊結(jié)構(gòu)，人員梯次，如何實現(xiàn)逐步推廣等問題，從而實現(xiàn)有計劃，有步驟的逐步推廣。一個合理實用的BIM實施規(guī)劃很有必要。其中人才的問題最為關(guān)鍵。千軍易得，一將難求。BIM團隊的負(fù)責(zé)人也就是BIM經(jīng)理的選擇和培養(yǎng)至關(guān)重要。由于項目團隊負(fù)責(zé)人對BIM理解及應(yīng)用過程沒有正確的判斷和深刻的認(rèn)識，無法得出恰當(dāng)?shù)膱?zhí)行方案，容易出現(xiàn)決策上的失誤，直接導(dǎo)致公司決策層及項目團隊設(shè)計人員對BIM的誤解。在BIM團隊的人員挑選上，也需要尋找學(xué)習(xí)熱情高昂，有自我學(xué)習(xí)思考能力的設(shè)計師。此外，值得注意的是：BIM的出現(xiàn)將使得BIM制圖員這樣的角色有了一席之地。因為Revit三維設(shè)計的平立剖面圖及大樣詳圖與模型之間的相互關(guān)聯(lián)，直觀有效地避免了一些低級設(shè)計錯誤的出現(xiàn)，也能更快捷地實現(xiàn)建筑師與制圖員之間的交流溝通。

5.Revit是三維的參數(shù)化設(shè)計，創(chuàng)建的是建筑信息模型，這與傳統(tǒng)的二維設(shè)計有著本質(zhì)的區(qū)別。工具的特點決定了我們針對不同類型的建筑項目，不同的設(shè)計階段，不同的設(shè)計需求，我們需要不同的應(yīng)用方法。

五、結(jié)束語

在大數(shù)據(jù)時代，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，我國BIM的研究和應(yīng)用體系也在逐步完善，相信BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究也會取得更多成果。

參考文獻：

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