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

彭曉宇

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，一座座大型建筑物拔地而起，部分建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的挑戰(zhàn)和要求。BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)，可以構(gòu)建更加高效、科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)模型，提升建筑工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保建筑施工更加安全高效，有效提高建筑施工效率。

1 BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.1 BIM技術(shù)具備極強(qiáng)的可視性

運(yùn)用BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，打破了傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的二維圖紙形式，將所有的結(jié)構(gòu)信息通過(guò)計(jì)算機(jī)匯總以三維立體的形式展現(xiàn)在人們的面前，通過(guò)3D的形式將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案體現(xiàn)在設(shè)計(jì)者的眼前，極大地提高了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)也完整清晰地模擬了工程建筑的全過(guò)程，有利于工程設(shè)計(jì)人員對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行針對(duì)性的修改，保障了建筑結(jié)構(gòu)的整體安全。

1.2 BIM技術(shù)具備極強(qiáng)的協(xié)調(diào)性

BIM技術(shù)將會(huì)全程參與到建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，并將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理匯總并最終形成信息模型，在此過(guò)程中，BIM 技術(shù)會(huì)將各個(gè)部門聯(lián)系起來(lái)，使其成為一個(gè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的整體，打破了傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中部門各自為戰(zhàn)的情況。BIM技術(shù)具備極強(qiáng)的協(xié)調(diào)性，能大大提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的工作效率。

1.3 信息集成化

BIM技術(shù)在建筑工程中的有效應(yīng)用能夠?qū)ㄖ牧弦约敖ㄖY(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸、結(jié)構(gòu)、數(shù)量、大小等具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成化處理，這種信息集成化的特點(diǎn)，有效地減少了建筑施工圖紙?jiān)谠O(shè)計(jì)方面的流程和操作步驟。通過(guò)3D建模來(lái)將建筑項(xiàng)目中的幾何模型緊密地建立起來(lái)，提高了傳統(tǒng)圖紙和虛擬模型之間的聯(lián)系，幫助相關(guān)人員更好地對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了解。

1.4 信息共享

BIM技術(shù)的另一項(xiàng)重要功能是實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息的交換與共享。利用BIM軟件，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可以以模型封裝的方法把建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中，其他工作人員在進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查看時(shí)，就可以非常方便快捷地利用結(jié)構(gòu)模型中的全部數(shù)據(jù)信息。根據(jù)不同的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可以充分參考其他科學(xué)的設(shè)計(jì)理念并應(yīng)用到自己的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去，根據(jù)自己設(shè)計(jì)的建筑物特點(diǎn)及建筑用途，適當(dāng)?shù)貙?duì)設(shè)計(jì)方案予以調(diào)整和優(yōu)化，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更具有整體性、科學(xué)性。近年來(lái)，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)相繼涌現(xiàn)，為BIM技術(shù)的快速發(fā)展創(chuàng)造了更加便利的條件，通過(guò)BIM技術(shù)和數(shù)據(jù)模型的資源共享，能夠使其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的協(xié)同配合作用得到更好的發(fā)揮。

2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

2.1 研究分析建筑結(jié)構(gòu)性能

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要關(guān)注各設(shè)計(jì)構(gòu)件的組合情況，并關(guān)注實(shí)際建設(shè)需求，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行有效分析，將不同的建筑構(gòu)件進(jìn)行排列，最終形成所需的建筑結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)人員將各類性能分析數(shù)據(jù)輸入到BIM模型當(dāng)中，軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)性能分析結(jié)果，了解其可能存在的問(wèn)題，呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員后，對(duì)其進(jìn)行研究，找出有效的方法進(jìn)行解決。通過(guò)這種分析、計(jì)算確保建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及抗震性能夠滿足工程建設(shè)要求。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)化應(yīng)用

在建筑結(jié)構(gòu)模型中，常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件有基礎(chǔ)、梁、柱、板、墻等，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員需要花費(fèi)大量的時(shí)間及精力在這些結(jié)構(gòu)構(gòu)建的繪制與信息匯總中，使得設(shè)計(jì)工作量相對(duì)較大。而BIM技術(shù)具有強(qiáng)大的參數(shù)化功能，可以進(jìn)行三維模型及模型相關(guān)信息的參數(shù)化表達(dá)，將二維設(shè)計(jì)中的點(diǎn)、線、面等元素轉(zhuǎn)化為三維設(shè)計(jì)中的梁、柱、板、墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并且應(yīng)用“族”概念，將重復(fù)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件統(tǒng)一結(jié)合起來(lái)，將同族結(jié)構(gòu)單元的幾何信息、邏輯信息、材料屬性等參數(shù)信息包含在同一族內(nèi)，并且將個(gè)體構(gòu)件的所有特征，構(gòu)件、構(gòu)件之間的簡(jiǎn)單或復(fù)雜關(guān)系集中起來(lái)，讓數(shù)字化的構(gòu)件模型與現(xiàn)實(shí)中真正的構(gòu)件結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)。在BIM軟件中，只需選擇相應(yīng)的構(gòu)件族，設(shè)置其實(shí)例參數(shù)，然后根據(jù)軸網(wǎng)坐標(biāo)將其放置到指定位置即可完成該建筑結(jié)構(gòu)的BIM模型創(chuàng)建，后續(xù)再根據(jù)需要搭建主體BIM模型，提高設(shè)計(jì)工作的效率。另外，BIM技術(shù)的參數(shù)化功能還可提高設(shè)計(jì)工作的修改效率。參數(shù)化的BIM模型，其信息均保存在軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中，這一參數(shù)化的形式數(shù)據(jù)庫(kù)，具有強(qiáng)大的參數(shù)修改功能，設(shè)計(jì)人員提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的文字、符號(hào)的任何修改時(shí)，BIM數(shù)據(jù)庫(kù)都會(huì)隨之改變，然后迅速地在BIM模型中表現(xiàn)出相應(yīng)的變化，保證了BIM模型與相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)一致，通俗來(lái)說(shuō)，就是可進(jìn)行聯(lián)動(dòng)修改提高設(shè)計(jì)修改的效率。

2.3 BIM技術(shù)中的鋼筋表達(dá)

鋼筋表達(dá)指的是鋼筋混凝土框架在BIM建模中的三維虛擬表現(xiàn)，可以得到準(zhǔn)確的鋼筋尺寸與定位，可視化隱蔽工程，感受建筑結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息，進(jìn)行混凝土鋼筋的算量。但同時(shí)，當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)施工圖均為平面圖，以及受目前計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的限制，建筑結(jié)構(gòu)模型鋼筋的表達(dá)方式會(huì)有所不同。目前BIM技術(shù)中主要采用實(shí)體與詳圖表達(dá)鋼筋以及平法注釋表達(dá)鋼筋兩種方法。實(shí)體與詳圖表達(dá)鋼筋可以對(duì)鋼筋的信息進(jìn)行三維立體表達(dá)，便于確定鋼筋的位置、形式、尺寸，并且通過(guò)三維視圖隱蔽阻擋鋼筋的混凝土參數(shù)，對(duì)隱蔽部位的鋼筋信息進(jìn)行觀察。但這種表達(dá)方式對(duì)電腦硬件要求十分高，比較占用施工圖紙，設(shè)計(jì)工作量較大。而平法注釋表達(dá)鋼筋則是進(jìn)行構(gòu)件的鋼筋信息賦值，使其與構(gòu)件形成一體，并通過(guò)注釋進(jìn)行提取和交換分析，其優(yōu)點(diǎn)是可以在一張圖紙上表達(dá)多個(gè)鋼筋信息，圖紙簡(jiǎn)潔，缺點(diǎn)則是需要進(jìn)行三維效果想象，表達(dá)沒(méi)有實(shí)體詳圖表達(dá)那么直接。兩種表達(dá)各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)工程需要進(jìn)行選擇。

2.4 在綠色設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

綠色設(shè)計(jì)是目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)當(dāng)中所提倡的理念，也符合目前消費(fèi)者所追求的低碳消費(fèi)，而綠色設(shè)計(jì)的難度也是比較高的，設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的影響因素也比較多。在設(shè)計(jì)活動(dòng)當(dāng)中，設(shè)計(jì)者可以充分利用BIM技術(shù)，對(duì)建筑物的節(jié)能性能進(jìn)行全方面的研究和開采，尤其是在建筑物采光、通風(fēng)以及日照等方面，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中必須要結(jié)合人體對(duì)于環(huán)境舒適度的數(shù)據(jù)，要從人體最佳體驗(yàn)感出發(fā)。比如在屋頂設(shè)計(jì)活動(dòng)當(dāng)中，可以充分利用保溫、蓄熱系數(shù)比較大、隔熱效果明顯的材料，在冬季提高室內(nèi)的溫度，在夏季可以很好的隔離外界的熱度。通過(guò)提高建筑物這方面的信賴，讓人體減少對(duì)各種電氣設(shè)備的依賴，比如說(shuō)風(fēng)扇、空調(diào)以及暖氣設(shè)備等等，從而達(dá)到節(jié)約資源，綠色生活的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)在BIM技術(shù)的應(yīng)用方面已經(jīng)體現(xiàn)出了良好的效果，但是在實(shí)際中仍然存在較大的發(fā)展空間，需要相關(guān)的專業(yè)人員來(lái)對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行不斷的優(yōu)化及分析，提高BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用水平。