BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

魯勇兵　李鋼

【摘要】：我國(guó)建筑行業(yè)市場(chǎng)龐大，BIM技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了新的理念和發(fā)展前景，已經(jīng)成為了世界發(fā)展的主流方向。目前，我國(guó)的BIM技術(shù)發(fā)展還處于一個(gè)初級(jí)階段，本文對(duì)BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

【關(guān)鍵詞】：BIM技術(shù)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

0引言

隨著國(guó)家政策的扶持及對(duì)BIM技術(shù)研究的深入，國(guó)內(nèi)已有不少單位開(kāi)始將BIM技術(shù)不同程度地應(yīng)用到了設(shè)計(jì)過(guò)程中，并完成了不少成功的實(shí)踐項(xiàng)目。

一、BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1場(chǎng)地分析

場(chǎng)地通常是建筑設(shè)計(jì)首要考慮的因素之一，對(duì)于場(chǎng)地指標(biāo)的分析和評(píng)定，在設(shè)計(jì)前期往往起著決定性的作用。然而在傳統(tǒng)的場(chǎng)地分析中存在著諸多弊端，譬如人為的主觀因素、數(shù)據(jù)整合處理中不可避免的誤差等等。但通過(guò)BIM技術(shù)的介入，大大提高了場(chǎng)地分析的精確度和完整性，通過(guò)BIM技術(shù)與地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)GIS）的結(jié)合，可以對(duì)場(chǎng)地內(nèi)既有數(shù)據(jù)和建筑物的信息進(jìn)行整合處理，通過(guò)BIM技術(shù)模擬成型，可以更加準(zhǔn)確和迅速提供設(shè)計(jì)前期的依據(jù)，幫助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出最為理想的建筑形體和場(chǎng)地規(guī)劃等等。

1.2建筑方案輔助設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)象不再僅限于點(diǎn)、線、面這些簡(jiǎn)單的2D對(duì)象，而是以墻體、門(mén)窗等建筑構(gòu)件作為基本元素進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)，并且各個(gè)建筑構(gòu)件之間均存在關(guān)聯(lián)，自此帶來(lái)了一種新的設(shè)計(jì)方式—參數(shù)化設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式相對(duì)比，BIM技術(shù)的運(yùn)用可以讓建筑設(shè)計(jì)更加的多元化，形體的邏輯性也得到了加強(qiáng)。通過(guò)參數(shù)的改變，建筑的形態(tài)相應(yīng)的也進(jìn)行參數(shù)化改變，可以列舉出不同的方案進(jìn)行性能分析對(duì)比，從而選擇最優(yōu)方案進(jìn)行下一步的深化設(shè)計(jì)，一些復(fù)雜、重復(fù)的工作都交予程序來(lái)解決，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)師的時(shí)間與精力，從而把更多的力量放在選擇和深化方案上面，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

1.3建筑性能分析

BIM技術(shù)通過(guò)構(gòu)建的建筑信息模型，輸出不同的數(shù)據(jù)格式，再根據(jù)應(yīng)用的方向不同，選擇合適的數(shù)據(jù)格式，配合專(zhuān)業(yè)的分析軟件，可以有效解決傳統(tǒng)綠色建筑分析中數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題，提高建模效率。最后綜合各項(xiàng)分析結(jié)果反復(fù)調(diào)整模型，尋找平衡點(diǎn)，提高建筑整體性能。

1.4可視化設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)備把握建筑的三維造型有一定的困難，尤其是對(duì)于較為復(fù)雜的建筑形體來(lái)說(shuō)。應(yīng)用BIM技術(shù)以后，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)時(shí)掌握建筑模型的設(shè)計(jì)進(jìn)度，對(duì)設(shè)計(jì)不足的地方進(jìn)行及時(shí)的修改，大大避免了各專(zhuān)業(yè)圖紙之間不協(xié)調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生。

1.5協(xié)同工作

BIM技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)以BIM模型為核心的協(xié)同工作平臺(tái)，使不同專(zhuān)業(yè)、不同地區(qū)的設(shè)計(jì)人員都能在同一個(gè)建筑模型上面展開(kāi)設(shè)計(jì)。各專(zhuān)業(yè)人士可以利用這個(gè)平臺(tái)實(shí)時(shí)檢查建筑、結(jié)構(gòu)、管線、設(shè)備各專(zhuān)業(yè)圖紙的沖突并及時(shí)修改，在建設(shè)過(guò)程中各個(gè)參與方可以利用這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行協(xié)調(diào)和溝通，保證了建筑施工中人員、材料、設(shè)備等能及時(shí)到位，保證工程高效、順利的進(jìn)行，并節(jié)省了由于反復(fù)修改帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

二、參數(shù)化設(shè)計(jì)

很多現(xiàn)代建筑都面臨一個(gè)對(duì)建筑幾何進(jìn)行理性描述的難題，和傳統(tǒng)的方盒形建筑相比，創(chuàng)新型建筑的形體往往非常復(fù)雜，涉及很多自由曲面等的變化，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作流程已經(jīng)很難高效準(zhǔn)確的完成設(shè)計(jì)。現(xiàn)在可以借助BIM技術(shù)的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)這些復(fù)雜的幾何變化進(jìn)行理性的分析和設(shè)定，包括從幾何學(xué)的角度上面對(duì)異形建筑的平面和三維空間生成進(jìn)行準(zhǔn)確的定義和呈現(xiàn)。對(duì)于無(wú)論是平面還是立體的幾何體生成過(guò)程的描述都可以被稱(chēng)為生成算法。而算法則是參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心，其最終目標(biāo)是以最快的速度和最少的步驟生成海量的包括建筑幾何在內(nèi)的各種數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的手段則是根據(jù)設(shè)定的算法在參數(shù)化軟件中建立關(guān)聯(lián)性模型，通過(guò)參數(shù)的輸入和調(diào)節(jié)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成復(fù)雜的運(yùn)輸，并實(shí)時(shí)輸出設(shè)計(jì)成果。

三、BIM技術(shù)在武漢光谷國(guó)際網(wǎng)球中心方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1項(xiàng)目概況

武漢光谷國(guó)際網(wǎng)球中心項(xiàng)目建設(shè)地址位于東湖國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)，三環(huán)線武黃立交東側(cè)，省奧體中心西側(cè)。該場(chǎng)館將于2014年開(kāi)始承辦國(guó)際女子職業(yè)網(wǎng)球聯(lián)賽（WTA）的各項(xiàng)賽事，時(shí)限15年。該項(xiàng)目旨在以可持續(xù)發(fā)展為原則，建立綠色、低碳的城市共享平臺(tái)，打造生態(tài)低碳綠色網(wǎng)球館，體現(xiàn)武漢“敢為人先，追求卓越”的城市文化。

3.2BIM技術(shù)在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.2.1場(chǎng)地設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目方案前期利用Civil3d從GoogleEarth中導(dǎo)出地形，再利用其強(qiáng)大的地形處理功能對(duì)實(shí)際地形三維設(shè)計(jì)以及仿真處理，對(duì)場(chǎng)地高程進(jìn)行模擬分析。這樣對(duì)于場(chǎng)地周?chē)臓顩r有著更加直觀的了解，也更利于之后建筑布局、體塊的推敲。在方案設(shè)計(jì)論證階段充分利用AIM三維集合管理、實(shí)時(shí)虛擬城市的能力，再將建筑信息模型與其鏈接，對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃布局決策提供數(shù)據(jù)及快速可視化的支持。

3.2.2參數(shù)化設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目運(yùn)用非線性設(shè)計(jì)方法根據(jù)設(shè)計(jì)概念通過(guò)設(shè)計(jì)特定的算法程序?qū)⒏鞣N設(shè)計(jì)條件綜合起來(lái)生成一個(gè)可控的三維計(jì)算模型，然后將所限制條件抽象成參數(shù)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)化模型，動(dòng)態(tài)查看參數(shù)的編號(hào)，同時(shí)通過(guò)參數(shù)控制，追蹤形態(tài)與各個(gè)條件之間的關(guān)系，最終選定最優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果。例如：網(wǎng)球外墻有幾十根傾斜旋轉(zhuǎn)的立柱形成“旋風(fēng)”的造型，內(nèi)層的遮陽(yáng)百葉，隨著外墻傾斜的角度呈現(xiàn)不同的傾斜方向，在設(shè)計(jì)中，通過(guò)參數(shù)控制網(wǎng)格密度，在選定的網(wǎng)格密度的基礎(chǔ)上，按照網(wǎng)格來(lái)創(chuàng)建主桿件，在通過(guò)參數(shù)在確定的主網(wǎng)格中進(jìn)行剝離分割與次桿件的劃分等，完成了外殼模型并重新載入Revit中的建筑信息模型中進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

3.2.3協(xié)同設(shè)計(jì)

在該項(xiàng)目中，通過(guò)鏈接各個(gè)專(zhuān)業(yè)的模型文件在公共的平臺(tái)上面進(jìn)行整合，首先將整體模型分成了幾個(gè)組成部分，分給不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員來(lái)建模，再將模型通過(guò)鏈接的方式進(jìn)行整合。該項(xiàng)目模型分別是由給排水模型、暖通模型、幕墻系統(tǒng)模型、墻門(mén)窗模型、場(chǎng)地模型以及結(jié)構(gòu)模型構(gòu)成。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，跨學(xué)科的合作成為主要發(fā)展趨勢(shì)，在二維設(shè)計(jì)模式中缺乏一個(gè)整合各個(gè)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)平臺(tái)，但BIM技術(shù)就提供了一個(gè)良好的協(xié)同設(shè)計(jì)的平臺(tái)，通過(guò)各個(gè)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師進(jìn)行分別設(shè)計(jì)，產(chǎn)生各部分的模型文件，通過(guò)鏈接將其整合到一塊，使得設(shè)計(jì)流程更加精確和可視化，大大提高了個(gè)專(zhuān)業(yè)的工作效率，不僅如此，BIM技術(shù)還可以與施工方、業(yè)主、材料制造商提供協(xié)同設(shè)計(jì)，使得他們都可以基于同一個(gè)建筑信息模型系統(tǒng)協(xié)同工作，更加有利于后期的建筑管理和成本控制。

四、結(jié)束語(yǔ)

BIM的概念及相關(guān)技術(shù)已經(jīng)引入中國(guó)近十年，然而在BIM技術(shù)的應(yīng)用上面仍然存在較大的誤解，認(rèn)為BIM技術(shù)在施工圖設(shè)計(jì)階段有著強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，而不適用于前期方案構(gòu)思。其實(shí)不然，BIM技術(shù)是通過(guò)一種相互關(guān)系的角度來(lái)設(shè)計(jì)建筑，在BIM技術(shù)的平臺(tái)下，建筑的場(chǎng)地、形態(tài)、空間、構(gòu)造均集合在一個(gè)三維模型當(dāng)中，通過(guò)設(shè)計(jì)師的推敲和各個(gè)專(zhuān)業(yè)的協(xié)同，來(lái)得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)在設(shè)計(jì)階段中的項(xiàng)目實(shí)踐，其高度關(guān)聯(lián)的信息、參數(shù)化設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高以及對(duì)建筑性能優(yōu)化的優(yōu)勢(shì)將慢慢凸顯，隨著B(niǎo)IM技術(shù)研究的深入，BIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更廣，將開(kāi)發(fā)出更高層次的應(yīng)用，進(jìn)而產(chǎn)生新一輪的建筑變革。

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