基于BIM技術的建筑結構施工圖的協同設計研究

黃展華

（滁州職業技術學院 安徽·滁州 239000）

近幾年來，由于我國經濟發展需要，建筑行業得到了高速發展，并已經成為拉動我國經濟的支柱產業。人類活動的日益頻繁給環境帶來的破壞，使自然災害的發生頻率大大提高。地震、臺風、洪澇等災害頻繁發生，特別是地震的發生，會使土體從固體狀態轉變為液體狀態，進而使土體發生液化，給建筑物的結構帶來極大危害，這不僅會給國家帶來重大經濟損失，也給人們的生命財產安全帶來極大威脅。為此，采取措施來預防或消除土體液化給建筑物帶來的不利影響是十分必要的。科學技術的發展，使依附于計算機技術的BIM技術在建筑工程領域中得到了廣泛的應用，通過BIM技術的應用能夠實現對建筑結構的協同化設計，進而提高建筑物結構設計的科學性。本文通過對BIM技術在建筑結構施工圖協同設計中的應用進行分析，以此防范和消除土體液化給建筑結構造成的危害。

一、土體液化對建筑結構的影響分析

（一）造成土體液化的影響因素

所謂土體液化是指土體從原有的固體狀態轉變為液體狀態時發生的現象，在土體液化后，會使土體的抗剪強度降至零，土體中的水壓驟然上升，這時土體是處于失重狀態的，就像水一樣流動，從而危害土體之上的建筑。造成土體液化的原因有很多，如打樁作業、機器振動、地震災害、爆破作業等都可能造成土體振動而產生液化現象，其中地震是造成土體液化的主要原因。土體液化的影響因素主要包括土體性質、土體初始應力狀態、震動強度及持續時間、地下水位深淺等。

（二）土體液化的危害

土體液化對建筑結構的危害非常大，當土體發生液化時，會使土體中的粉土或飽和砂土趨于密實，進而使土體中的水壓力驟然增加，這種驟然增加的壓力會使土體的有效應力降低甚至趨近于零，當土體有效應力降為零時，此時的土體中砂粒是處于全部或局部縣浮狀態的，這時的土體抗剪強度已經完全消失，而土體中的建筑結構便會因土體抗剪強度的消失而發生應力失衡，建筑物的柱體、梁、墻體會在應力的作用下發生扭曲、傾斜、倒塌等問題，進而使原有的建筑結構受力特點徹底發生改變，甚至會因受力的不平衡而使建筑物坍塌。

二、建筑結構施工圖協同設計中BIM技術的應用優勢及難點分析

要想消除或減輕土體液壓給建筑結構帶來的危害，就必須對建筑結構進行科學的設計，而建筑結構施工圖更是實現建筑結構科學設計的指導依據。因此，必須要確保建筑結構施工圖的科學性與合理性，BIM技術的誕生，為建筑結構施工圖的協同化設計創造了條件，以下便對BIM技術在建筑結構施工圖協同設計中的應用優勢及難點進行分析。

（一）應用優勢分析

長期以來，人們在對建筑結構施工圖進行設計時，主要是通過二維設計方法的應用，采用PKPM等軟件對建筑結構進行分析計算，然后運用CAD軟件對施工圖進行繪制，這種傳統的建筑結構施工圖設計方法不僅需要大量的數據的反復輸入來對分析模型進行構建，耗時耗力不說，數據的準確性、一致性也無法保證，在軟件應用時，也極易發生設計不協調等問題，這無疑會給建筑工程的質量帶來不利影響。而BIM技術的產生，則為上述問題的解決提供了思路，通過BIM技術在建筑結構施工圖設計中的應用，能夠使建筑項目的所有生產部門同時參與到同一個建筑模型設計工作當中去，使建筑結構能夠在統一的技術平臺中進行設計，此外，利用BIM技術來對模型進行構建，不需要工作人員進行大量數據的反復輸入，在建筑物模型構建過程中就同時包含已經生成的大量設計信息與參數，設計人員只需要對這些設計信息與參數進行相應的調整與修改，就能完成建筑物的整體設計，實現建筑結構的參數化設計。最后，BIM技術在構建建筑模型時，其所具備的數據自動更新功能，能夠實現建筑物整體關聯數據的實時更新，從而大幅度提高了設計效率，有效解決了結構圖設計工作中的信息偏差、遺漏等問題。

（二）應用難點分析

當前，建筑結構施工圖協同設計中，BIM技術的應用仍舊存在一定難點，這主要體現在三個方面，其一，BIM技術需要通過3D工具軟件的運用來實現建筑結構中所有設計參數的整合，這樣才能構建出建筑物的建筑模型，正是由于這一特點，也使其和傳統的2D軟件有很大差別，這需要設計人員不僅要具備2D設計基礎，還要熟練使用3D工具軟件，這樣才能使BIM技術的作用得到最大限度的發揮，而這便使建筑結構的協同設計難度增加。其二，在建筑結構的構造設計中，有時需要應用到特殊結構構件，如果不能確保構件設計的合理性，便會對3D建筑模型的某些細節造成嚴重影響。其三，在應用BIM技術時，設計人員主要是對3D建筑模型向2D平面圖的轉化問題、結構分析軟件的認可問題及安全性問題進行關注。但由于BIM技術所構建的3D建筑模型是采用的數據庫模式，從理論上分析，BIM技術能夠實現結構分析模型和物理模型之間的雙向鏈接，但在實際應用過程中卻受到支座條件、荷載組合等問題的影響而造成雙向鏈接機制的作用無法得到充分發揮，并且，如果僅采用常規的標準構件是很難使達到理想效果的，而采用特殊或較為復雜的構件，又會導致數據在導入到BIM軟件結構中造成遺失，最后，目前所存在的構建分析軟件中，缺少和BIM物理模型結構構件相互匹配的單元力學模型，這也使BIM技術的雙向鏈接機制受到了很大限制。

三、基于BIM技術的建筑結構施工圖的協同設計研究

（一）基于BIM技術的建筑結構施工圖協同設計策略

為了確保BIM技術能夠對建筑結構施工圖進行科學設計，使建筑工程的施工質量得到保證，設計人員應對BIM技術在應用過程中的難點進行分析與優化，以此實現建筑結構施工圖的協同化設計。首先，在項目樣板創建中，應確保項目樣板創建的合理性，以此提高設計效率，使設計內容得到相應簡化，同時按照建筑工程的設計要求，結合建筑工程的施工特點與實際情況來重新設置軟件，應確保視圖結構清晰合理，這樣能夠更方便的對視圖進行管理，并對視圖結構中的各項參數及視圖屬性進行重新設置，在工程瀏覽器中顯示，對于暫時用不到的內容應將其隱藏。其次，應確保BIM軟件能夠對常用構件與異型構件進行創新，應根據建筑工程的實際設計要求來對結構構件進行選擇，并對項目的實施施工情況進行結合，將選擇的結構構件加載到項目樣板當中，以此減少文件字節的生成，使系統的運行效率得到提升。對于BIM技術難以應用又無法替代的異型構件，應加強BIM技術的開發與研究，使BIM技術的各項功能得到全面提升，使建筑結構的設計變得更加合理。最后，應結合碰撞分析結果來對建筑項目的結構設計方案進行相應的調整。同時，為了使建筑項目的所有專業模型能夠實現高效整合，應采用Revit中的項目文件來對這些專業模型進行連接，同時，Revit還能夠對這些模型進行碰撞檢查，并根據建筑物的真實尺寸對以往設計圖紙中隱藏的諸多問題進行清晰顯現，進而極大程度的提高了建筑工程設計的精確度，避免了設計過程中產生的圖紙不匹配問題。因此，在應用BIM技術對建筑結構施工圖進行協同設計時，應通過Revit的應用進行碰撞檢查，并根據碰撞檢查結果來對設計方案進行調整與修改，以此實現建筑結構施工圖的高效協同設計。

（二）基于BIM技術的土體液化問題解決策略

在利用BIM技術對土體液化問題進行解決前，應對造成土體液化問題的相關影響因素進行明確，從上文中可以了解到，土體液化問題的產生和土體性質、土體初始應力狀態、震動特性及地下水位有關，對于土體性質來說，應區分出易發生土體液化的土質與不易發生土體液化的土質，如果樁基的土體為松軟土、粉質黏土、黏土或是中等密度的飽和砂土，這類土質的含砂量在70%至80%以內，且砂料較為松散，易發生液化，因此應盡量選擇壓密的黏性土、干砂或飽和密實砂等相對密實度較大而又不易于發生液化的土質。對于土體初始應力狀態來說，土體的初始液化時所需的剪應力是與初始上覆壓力成正比的，應盡量加大土體的上覆壓力。對于地下水位來說，水位在地下的深度越深，土體越不易發生液化，因此在進行建筑結構施工圖設計時應對勘察報告進行詳細分析，確定土體下部的地下水位，如果地下水位過高，應采取相應的降水措施。而BIM技術的應用不僅能夠對建筑物的土體參數進行設置，還能通過相應的計算分析軟件計算出建筑物土體的液化臨界點，并根據實際液化判別結果進行相應的調整，同時，設計人員還可以利用BIM技術對建筑模型進行調整，改善建筑物的抗震性能，以此消除或減輕震動特性給建筑結構帶來的不利影響。

結語

綜上所述，要想消除或減輕土體液化給建筑物結構帶來的影響，就必須實現建筑結構施工圖的協同設計，而在建筑結構施工圖協同設計中，BIM無疑是一項非常重要的工具。通過BIM技術的應用，以施工圖作為實施依據來提高建筑物的抗震性能，并通過人工加密、蓋重、樁基、圍封等措施的應用來消除土體液化現象，這樣才能保證建筑物的安全使用。

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