BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

周勝利

摘 要：隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展，建筑業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，我國的科學(xué)技術(shù)在不斷的創(chuàng)新與完善，建筑領(lǐng)域的新技術(shù)和新的施工工藝層出不窮，BIM技術(shù)能夠提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和穩(wěn)定性，因此得到廣泛的關(guān)注和使用。

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

建筑信息模型（BIM）是一種以建筑工程項目的各項相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為基礎(chǔ)，建立起三維模型，具有信息完整性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點。在三維模型中，該技術(shù)能夠完整的存儲項目的各種信息資料，將其應(yīng)用于建筑設(shè)計過程中，對建筑設(shè)計領(lǐng)域具有極大地推動作用。近幾年，政府的大力扶持，企業(yè)的高度重視，都推動了BIM技術(shù)的高速發(fā)展，從而實現(xiàn)了不同專業(yè)，不同部門信息集成與共享的有效組合。設(shè)計人員、施工單位、業(yè)主均可以利用BIM技術(shù)進行設(shè)計信息的交流，對建筑設(shè)計的可實施性、工期預(yù)測、外形設(shè)計等都可以作相關(guān)的分析。

1 BIM技術(shù)的簡要概述

建筑工程在現(xiàn)代不斷的發(fā)展，其規(guī)模不斷的擴大，人們對于建筑物的要求不僅僅在于功能方面，建筑物結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體型也越來越多樣化，因而工程項目中涉及的信息量也越來越大。這些信息作為建筑企業(yè)重要的資源，如果能夠加以利用，不但能夠縮短工期，節(jié)省開支，還能夠保證施工質(zhì)量、避免安全事故的發(fā)生。所以，信息技術(shù)開始在建筑工程中展現(xiàn)巨大的優(yōu)勢，得到了建筑行業(yè)的一致肯定。如何才能夠科學(xué)迅速的處理建筑工程中的各類信息，控制成本并安排工期，同時在設(shè)計過程中及時的發(fā)現(xiàn)失誤以及不當，避免對整個工程的影響就顯得尤為重要。基于此，針對整個建設(shè)施工過程的全面信息管理便成為了當代建筑企業(yè)不可或缺的內(nèi)容。作為整個工程信息源頭，建筑設(shè)計具有核心地位，也是BIM技術(shù)關(guān)注的重點內(nèi)容。作為建筑設(shè)計行業(yè)的革命性技術(shù)，BIM技術(shù)使得設(shè)計從二維向三位方向轉(zhuǎn)變，同時作為整個建筑行業(yè)的信息革命，BIM正展現(xiàn)出無與倫比的生機活力。

2 BIM技術(shù)的特點分析

2.1 可視化

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計只能通過紙張或者計算機2D/3D軟件完成，其主要作用是為后期施工提供相應(yīng)的規(guī)格尺寸及效果展示，但還需要借助人們的空間想象才能將整個建筑在自己的腦海中呈現(xiàn)。BIM技術(shù)的出現(xiàn)為建筑模型的直觀展現(xiàn)提供了平臺，設(shè)計人員的設(shè)計理念能夠直接在建筑模型中展示出來，有助于建筑企業(yè)內(nèi)部的人員交流，并對相關(guān)的設(shè)計進行討論，做出最佳決策。

2.2 協(xié)調(diào)性

協(xié)調(diào)工作首先反映在設(shè)計部門內(nèi)部的專業(yè)人員的組織和協(xié)調(diào)，并在內(nèi)部形成有效的標準文件，以推動建設(shè)項目的進程。BIM技術(shù)也可以在建筑布局和空間協(xié)調(diào)效果中設(shè)置，例如樓梯井計劃、防火區(qū)布置、管道布置、線路布置等輔助布置等，把握好BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性能夠使建筑的各個要素發(fā)揮出應(yīng)用的作用和效果。

2.3 信息集成

BIM技術(shù)一個很大的特點是對于各個方面的信息進行整合，一方面是對整個設(shè)計過程方面的數(shù)據(jù)整理，另外一方面是對設(shè)計信息方面的整理。在數(shù)據(jù)建模工程中，我們必須把握住每一道工序都有其實踐的可行性并且能夠保證整個建模的有序進行。計算機主要是有三個維度，利用多個幾何信息建立信息模型，我們無法忽視的是，在建筑結(jié)構(gòu)中所使用的建筑材料，他們各個連接結(jié)構(gòu)中的尺寸，以及建筑過程中所用的構(gòu)件數(shù)量等等，這些需要再數(shù)據(jù)建模時奠定一定的基礎(chǔ)，從過去傳統(tǒng)的CAD制圖，到現(xiàn)在逐漸使用的BIM技術(shù)，我們可以明顯看到在設(shè)計上面的顯著進步。

3 BIM技術(shù)的設(shè)計理念

3.1 參數(shù)化設(shè)計

參數(shù)化設(shè)計從實質(zhì)上講是一個構(gòu)件組合設(shè)計，建筑信息模型是由無數(shù)個虛擬構(gòu)件拼裝而成，其構(gòu)件設(shè)計并不需采用過多的傳統(tǒng)建模語言，如拉伸、旋轉(zhuǎn)等，而是對已經(jīng)建好的構(gòu)件（稱為族）設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并使參數(shù)可以調(diào)節(jié)，進而驅(qū)動構(gòu)件形體發(fā)生改變，滿足設(shè)計要求。參數(shù)化設(shè)計更為重要的是將建筑構(gòu)件的各種真實屬性通過參數(shù)的形式進行模擬，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算。在建筑信息模型中，建筑構(gòu)件并不只是一個虛擬的視覺構(gòu)件，而是可以模擬除幾何形狀以外的一些非幾何屬性。對參數(shù)定義屬性的意義在于可進行各種統(tǒng)計和分析，如材料表統(tǒng)計，在建筑信息模型中是完全自動化的，而參數(shù)化更為強大的功能是可進行結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟、節(jié)能、疏散等方面的計算和統(tǒng)計，甚至可以進行建造過程的模擬，最終實現(xiàn)虛擬建造。

3.2 構(gòu)件關(guān)聯(lián)性設(shè)計

構(gòu)件關(guān)聯(lián)性設(shè)計是參數(shù)化設(shè)計的衍生。當建筑模型中所有構(gòu)件都是由參數(shù)加以控制時，若將這些參數(shù)相互關(guān)聯(lián)起來，就實現(xiàn)了關(guān)聯(lián)性設(shè)計。換言之，當工程師修改某個構(gòu)件，建筑模型將進行自動更新，而且這種更新是相互關(guān)聯(lián)的。如遇到修改幕墻分格，在建筑信息模型中，只要修改分格的數(shù)值，所有的墻、柱、窗、門都會自動發(fā)生改變，因為這些構(gòu)件的參數(shù)都與分格相關(guān)聯(lián)，而且這種改變是三維的，并且是準確和同步的，無須再去分別修改平立剖。關(guān)聯(lián)性設(shè)計不僅提高了工程師的工作效率，而且解決了長期以來圖紙之間的錯、漏、缺問題。

4 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

4.1 實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的可視化

BIM技術(shù)是基于三維模型技術(shù)而成的應(yīng)用于現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域的新興技術(shù)，其可以利用三維模型技術(shù)來將真實的建筑構(gòu)件展現(xiàn)給用戶，由于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中都是以CAD軟件進行繪圖，該種方法很難將建筑結(jié)構(gòu)的詳細信息展示給不同用戶，而BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計初期階段便通過建立建筑結(jié)構(gòu)的三位實體模型，來幫助各層次用戶通過直觀的角度對建筑構(gòu)件信息、功能布局有一個準確的認識與了解。很多大型建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以利用BIM技術(shù)來對其整體結(jié)構(gòu)進行動態(tài)演示，幫助用戶利用直觀的角度對建筑結(jié)構(gòu)的各項參數(shù)進行觀測，從而幫助設(shè)計單位選取最佳的設(shè)計方案，并且可以及時發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的質(zhì)量缺陷與設(shè)計缺陷，對進一步提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體質(zhì)量有著重要意義。

4.2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計中的具體應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)信息模型中會有一個包含所有設(shè)計信息的數(shù)據(jù)庫，所有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)都是相關(guān)聯(lián)的，設(shè)計人員可以利用該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息來對建筑結(jié)構(gòu)形體進行構(gòu)建，而且在設(shè)計過程中會對不同的參數(shù)予以一些約束，從而確保BIM系統(tǒng)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以及時更新數(shù)據(jù)庫。BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中最大的特點，是可以實現(xiàn)高質(zhì)量、高安全性、高可靠性的設(shè)計信息輸出，對提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的數(shù)字化發(fā)展有著重要意義。

4.3 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建模中的具體應(yīng)用

現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)已成為一個大跨度建筑物的主要結(jié)構(gòu)形式，其在建模中往往需要面臨結(jié)構(gòu)鏈接和加強件布置等多個方面的難點，鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計中需要涉及到梁柱連接、梁梁鉸接以及梁梁剛接等多種連接形式，所以在設(shè)計中往往需要根據(jù)梁的高度，來將各個連接件進行專項設(shè)計并要將其參數(shù)化。BIM系統(tǒng)在應(yīng)用中可以利用參數(shù)共享，來對螺栓的數(shù)量與間距來進行控制，設(shè)計人員只需要對參數(shù)進行調(diào)節(jié)便可以形成新的連接件，而在加強件、連接件設(shè)計中設(shè)計人員只需要畫出大樣，而在鋼結(jié)構(gòu)施工中技術(shù)人員只需要對相應(yīng)位置設(shè)計進行參考，便可以來確定加強件、連接件的準確位置，這對進一步提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量及施工效率有著重要作用。

4.4 BIM技術(shù)在利用及節(jié)約材料方面的應(yīng)用

在評價綠色公共建筑的標準中，涵蓋有建筑材料使用比例的具體標準，計入施工環(huán)境是安全的，且不降低施工質(zhì)量的情況下，就可保證建筑總體重量超過10%是可持續(xù)利用的標準。假如使用以往的手段與技術(shù)，是難以實現(xiàn)計算精度的顯著提高，從而無法滿足新時期綠色公共建筑的設(shè)計需求。假如能將BIM技術(shù)應(yīng)用到綠色公共建筑設(shè)計過程中，就可使得上述問題迎刃而解。究其原因，是因為BIM技術(shù)具有十分強大的統(tǒng)計資料及信息數(shù)據(jù)的功能，在有限的時間內(nèi)就可將建筑施工中需要的各種建材的數(shù)量精準計算出來，從而給工程建材配置提供了科學(xué)的指導(dǎo)，以促使公共建筑順利通過綠色建筑評價工作。另一方面，BIM技術(shù)可井公共建筑的暖通、電氣、給排水、結(jié)構(gòu)等有機融合在一起，其具有解決設(shè)計中各種專業(yè)設(shè)計方案存在矛盾及檢查管線敷設(shè)情況等的作用，所以可在有效避免施工過程中因各種沖突導(dǎo)致的返工及材料浪費等情況的發(fā)生，最終顯著節(jié)約綠色公共建筑在各種建筑材料的用量。

4.5 對結(jié)構(gòu)設(shè)計中難點的處理

1）應(yīng)用BIM技術(shù)的三維設(shè)計工具軟件用了較多的模塊參變量和系統(tǒng)參數(shù)，與二維創(chuàng)建視圖技術(shù)有很大的不同，軟件需要兼顧與二維設(shè)計習(xí)慣的一致性，所以模塊參變量和系統(tǒng)參數(shù)比常規(guī)工具軟件要復(fù)雜很多，這就使得應(yīng)用中因為系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當或參數(shù)與參數(shù)之間不匹配而導(dǎo)致很多意想不到的問題。

2）在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，很多結(jié)構(gòu)形式十分特殊，這就需要特殊的結(jié)構(gòu)模塊對其進行控制，但是三維圖形和剖面視圖不能形成理想的施工效果，很多設(shè)計者會因此放棄BIM技術(shù)，而使用原始的二維繪圖設(shè)計方案。

3）結(jié)構(gòu)工程師在建立BIM模型時，注重的問題主要是結(jié)構(gòu)模型能否自動生成平法施工圖文檔，以及能否正確轉(zhuǎn)化為可以被結(jié)構(gòu)分析軟件認可的結(jié)構(gòu)分析模型。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，安全性分析計算是首要環(huán)節(jié)和重要問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國居民對建筑行業(yè)要求越來越高，對建筑設(shè)計提出了更高的要求。其中，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的非常廣泛，在設(shè)計的過程中，需要充分把握這項技術(shù)的優(yōu)點，對建筑結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，不斷完善和規(guī)范這項工藝。同時，需要采取合適的措施，使各方面達到規(guī)定的標準，增強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的合理性和科學(xué)性，促進建筑行業(yè)健康長久的發(fā)展。

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