基于BIM技術(shù)的山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用

袁浪

BIM技術(shù)這個概念首次提出在2002年，相較于傳統(tǒng)的房建施工技術(shù)，將其利用在房建工程中可以極大地提升施工效率。在普通的房屋建筑設(shè)計過程中，需要對地質(zhì)環(huán)境以及建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效分析，而在山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中難度更大，并且需要對不同的工種、設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)配，對施工進(jìn)度、安全進(jìn)行有效管理，為了避免存在各環(huán)節(jié)脫節(jié)的情況，需要有效利用BIM技術(shù)。BIM技術(shù)就是一種構(gòu)建三維空間實(shí)體模型的技術(shù)，具有可視性、信息化、便捷性、模擬性、高效性的特點(diǎn)，可以對設(shè)計施工環(huán)節(jié)起到指導(dǎo)和監(jiān)測作用，對于我國建筑行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。BIM技術(shù)在當(dāng)前的建筑工程中得到了廣泛利用，可以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中滿足不同施工階段、不同施工環(huán)境下的數(shù)據(jù)與信息共享，對保證施工的科學(xué)性提供了重要支持。本文從BIM技術(shù)的概念入手，討論BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運(yùn)用，最后分析BIM技術(shù)在山地建筑施工中的實(shí)踐應(yīng)用，希望對相關(guān)研究具有幫助作用。

一、BIM技術(shù)簡述

BIM技術(shù)又叫做建筑信息模型，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點(diǎn)，該技術(shù)基于CAD技術(shù)，是不斷發(fā)展中形成的新技術(shù)，廣泛在建筑工程領(lǐng)域使用，可以對施工前的多種問題分析，協(xié)調(diào)好施工期間的各項工作，在項目施工開展的過程中，BIM技術(shù)可以對施工中的諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，解決人力設(shè)計過程的難題，對設(shè)計方案起到優(yōu)化作用，減少人為操作失誤導(dǎo)致的施工安全問題。在傳統(tǒng)的建筑工廠施工模式下，只能通過平面圖了解整個項目情況，難以在施工圖紙中詳細(xì)掌握項目結(jié)構(gòu)，不過在BIM技術(shù)下，憑借其可視化技術(shù)可以分析三維立體模型中的細(xì)節(jié)還原整個建筑結(jié)構(gòu)，進(jìn)而為施工人員動態(tài)化的掌握施工重難點(diǎn)提供幫助。此外，該技術(shù)可以讓其它單位對建筑模型進(jìn)行模擬，進(jìn)而為各分項施工決策提供有力支持。

二、BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運(yùn)用

1.選址與布局

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要保證設(shè)計方案的科學(xué)性與合理性，其關(guān)鍵在于地址選擇以及結(jié)構(gòu)布局。對于山地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計來說，很多工程建設(shè)與水文、地質(zhì)環(huán)境因素存在密切的關(guān)系，利用BIM技術(shù)可以有效掌握整個建筑工程的場地情況以及結(jié)構(gòu)布局,之后利用GIS技術(shù)深入分析工程實(shí)際情況合理進(jìn)行預(yù)測，比如可以分析出地形地貌、水文特征，然后分析建筑結(jié)構(gòu)體系和整體布局，保證施工期間的合理性。

2.結(jié)構(gòu)分析

房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計不單單是對荷載計算，然后進(jìn)行配筋計算，更不是二者的組合，還需要充分考慮到結(jié)構(gòu)的性能，在建筑結(jié)構(gòu)可以承受的荷載下發(fā)揮出工程效益，保證建筑安全。利用BIM技術(shù)可以對建筑結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計進(jìn)行全面分析，進(jìn)而在多種方案中選擇最佳建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，通過綜合性評價建立數(shù)字一體化模型，然后在該平臺下用大數(shù)據(jù)獲取建筑結(jié)構(gòu)和實(shí)際環(huán)境的對應(yīng)情況，找出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的缺陷和不足問題，進(jìn)而在施工期間進(jìn)行優(yōu)化，確保整個房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體水平。

三、BIM技術(shù)在山地建筑施工中的實(shí)踐應(yīng)用

1.建模階段

考慮到建筑工程自身的外觀和功能方面要求，在施工期間如果單純依靠二維圖紙會讓施工設(shè)計難度加大，同時由于山地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，也增加了不同專業(yè)管線設(shè)置的難度，對施工單位來說提出了很高的要求，所以在施工過程中需要借助BIM技術(shù)，通過觀察三維立體模型對原有二維圖紙上的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，建模也可以為設(shè)計施工環(huán)節(jié)提供有力支持。三維模型中包括了大量的施工數(shù)據(jù)，不僅可以為設(shè)計人員提供工程量的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時也可以在設(shè)計過程中對構(gòu)件參數(shù)和位置進(jìn)行有效修改，在施工整個階段借助三維模型可以為設(shè)計提供有力的幫助作用，尤其是在施工方案的深化階段，可以利用三維模型準(zhǔn)確定位施工情況，將圖紙的信息整體反映出來，進(jìn)而有效保證設(shè)計方案的科學(xué)性。此外，借助三維模型可以有效控制建筑構(gòu)件尺寸，發(fā)揮出參數(shù)優(yōu)勢，利用同一平臺讓不同的專業(yè)人員共同開展三維設(shè)計工作，這樣就節(jié)省了圖紙對接的環(huán)節(jié)，提升設(shè)計效率，確保各項施工環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行，從施工單位的角度講借助三維空間模型可以進(jìn)行施工預(yù)演，清晰的展示出建筑物的場景，以此避免出現(xiàn)施工碰撞問題。

2.施工階段

在建筑工程施工中，通過三維可視化的建筑模型，可以對施工方案進(jìn)行全方位模擬，這樣施工人員就可以從不同的角度分析出施工情況，對各個階段施工中存在的問題及時分析和處理。與此同時，在施工進(jìn)行的過程中也可以借助三維可視化模型對現(xiàn)場施工人員有效指導(dǎo)，比如借助三維漫游模擬還可以為施工的進(jìn)度管理和安全管理提供有效支持。

3.異形結(jié)構(gòu)施工階段

該環(huán)節(jié)借助三維坐標(biāo)能夠標(biāo)注出圖紙中的石塊形狀和洞口位置，并且借助三維模型能夠測量石塊形狀、輪廓以及門窗、洞口斜墻斜柱等物體的位置，還能夠計算出柱體和墻面之間的距離，結(jié)合實(shí)際的計算數(shù)據(jù)對位置和結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)控制，之后利用計算機(jī)軟件以及測控工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用，這樣就可以有效轉(zhuǎn)化為平面空間結(jié)構(gòu)，讓測控難度降低，最終施工人員可以利用全站儀將相關(guān)位置定位，在后續(xù)的施工中繼續(xù)利用原有的施工方法。在山地建筑施工的過程中，還可以利用施工圖紙隨機(jī)剖切，借助不同的角度與位置生成剖面圖，以此隨時對施工效果進(jìn)行檢查。此外，可以在施工過程中通過觀察三維可視化的模型，對模板施工過程進(jìn)行有效監(jiān)督與指導(dǎo)，必要時可以以此優(yōu)化設(shè)計方案，進(jìn)而提升施工效率。

一些商業(yè)化的建筑業(yè)得到了利用，比如北京谷泉會議中心客房樓和附屬設(shè)施工程就是一種山地建設(shè)，需要進(jìn)行異型結(jié)構(gòu)幕墻的設(shè)計，為了讓整個建筑的外觀和山體匹配，在外側(cè)的裝置中不僅需要使用少量的玻璃幕墻，還需要使用再造石對掛板進(jìn)行裝飾，進(jìn)而滿足外形的設(shè)計需要。在該環(huán)節(jié)的施工中需要對異型結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計，主要是測量放線、現(xiàn)場安裝，對于土建施工與幕墻施工的配合要求較高，也需要處理好玻璃幕墻與人造石材幕墻的關(guān)系，對施工提出了很高的要求。

4.現(xiàn)場整合階段

在現(xiàn)場整合環(huán)節(jié)經(jīng)常會遇到諸多施工問題，比如施工工序不合理、施工設(shè)備配置問題、施工場地不能滿足施工條件或者施工材料選用問題，都會對工程進(jìn)度質(zhì)量和施工安全帶來不利影響，BIM技術(shù)與施工現(xiàn)場的有效整合可以解決相關(guān)問題。具體說來是利用三維模擬提供的有關(guān)信息對施工各個環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行整合，以此讓施工順利高效開展，首先可以利用三維模型合理指導(dǎo)施工過程，讓施工的整個環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照設(shè)計方案進(jìn)行，同時需要現(xiàn)場管理人員做好跟蹤管理，有效利用不同的技術(shù)手段提升管理質(zhì)量，其中包括GPS技術(shù)、移動通訊技術(shù)以及激光掃描技術(shù)。此外，利用BIM技術(shù)可以跟蹤施工人員的施工情況，規(guī)范施工人員行為這樣才能避免存在施工質(zhì)量，提升施工安全性。

四、結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代建設(shè)的發(fā)展，人們對房建工程有了更高的要求，BIM技術(shù)的優(yōu)勢性特點(diǎn)也顯示出來，以滿足在施工平面布置、施工質(zhì)量管理、施工進(jìn)度控制的管理需要。山地建筑在施工過程中施工難度要更大，為了讓施工更加順利的進(jìn)行要合理利用BIM技術(shù)，通過其可視化的特點(diǎn)對現(xiàn)場監(jiān)督,然后利用信息化的管理模式為設(shè)計方案提供支持，可以實(shí)現(xiàn)對資源進(jìn)行優(yōu)化配置，同時能讓設(shè)計與施工環(huán)節(jié)更加順利進(jìn)行，減少返工的情況，進(jìn)而全面提升山地建筑工程質(zhì)量，為人們提供更加安全的居住環(huán)境。