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

趙晉東

（太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030000）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計重要基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)建筑質(zhì)量要求和特定使用方法進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。BIM技術(shù)不僅以3D模式的設(shè)計軟件為核心，還可統(tǒng)計施工中的材料、成本和施工期限及施工期間的節(jié)能效果等數(shù)據(jù)［1］。近年來，我國對BIM技術(shù)的研究也在不斷深入，不僅發(fā)掘設(shè)計系統(tǒng)的優(yōu)勢并進(jìn)行推廣，還不斷對其工程項目的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

1 BIM技術(shù)的概念

BIM虛擬技術(shù)指的是使用圖像和3D模型動態(tài)顯示原始建筑的技術(shù)。在BIM 設(shè)計過程中，將設(shè)計參數(shù)、屬性等相關(guān)因素聯(lián)系在一起，并將信息內(nèi)置到計算機(jī)系統(tǒng)中以構(gòu)建三維可視化模型。無論是在地下管線網(wǎng)絡(luò)還是摩天大樓，均可通過BIM模型進(jìn)行虛擬顯示，從而實現(xiàn)與實際場景完全一致的精度。此外，從最初的設(shè)計階段、施工階段到最終的拆除和重建，都可使用BIM虛擬技術(shù)存儲該階段的數(shù)據(jù)。BIM虛擬技術(shù)的應(yīng)用已逐步獲得發(fā)展，不僅用于建筑項目，也用于一些基礎(chǔ)項目，如道路建設(shè)、橋梁工程以及城市污水處理系統(tǒng)、市政排水等方面。

2 BIM技術(shù)的特點

2.1 優(yōu)越化

合理應(yīng)用BIM技術(shù)能為整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供幫助，全面控制建筑結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在很多制約性因素，BIM技術(shù)可以結(jié)合信息形式以及復(fù)雜程度進(jìn)行準(zhǔn)確分析，優(yōu)化分析階段，精確掌握建筑結(jié)構(gòu)中存在的信息資源，包括幾何信息、規(guī)則信息等［2］。BIM技術(shù)能根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)中的實際變化要求進(jìn)行調(diào)整，同時還能在施工前做好外形結(jié)構(gòu)的分析工作，結(jié)合其中的變量因素與目標(biāo)對象，優(yōu)化整改不正確參數(shù)，快速算量，提升精度，直至符合標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)行實施。

2.2 可視化

建筑行業(yè)管理中的關(guān)鍵在于可視化，可視化能明確整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所需要的形式，并將施工圖紙和建筑構(gòu)件信息相互結(jié)合。針對建筑過程中出現(xiàn)的問題，利用這一優(yōu)勢對比原有數(shù)據(jù)，完善三維立體模型，以三維渲染動畫的方式進(jìn)行展示，通過三維立體模型可以更為直觀地找出不足，再有效處理。

2.3 模擬性

BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅可以模擬單一的建筑，還可以模擬特殊事物與條件。BIM技術(shù)能結(jié)合特殊要素，進(jìn)行模擬實驗，包括節(jié)能模擬實驗、緊急疏散人群模擬實驗等。對外招投標(biāo)時，采用4D模擬形式進(jìn)行分析，渲染效果更為精準(zhǔn)，通過直觀的宣傳方式向業(yè)主展示，更能提高業(yè)主滿意度，以提高項目中標(biāo)機(jī)率。

3 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用

3.1 建筑場地及結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有系統(tǒng)性和科學(xué)性的特征，再加上其是建筑的主體結(jié)構(gòu)，所以在設(shè)計過程中需要充分考慮當(dāng)?shù)氐乃募暗刭|(zhì)等條件特征。以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于地質(zhì)及人為等因素的限制，數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性不高，一些地質(zhì)較為復(fù)雜的區(qū)域只能通過估算來確定相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，很難保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確性。而應(yīng)用BIM技術(shù)后，則可將存在的客觀因素以數(shù)字化的形式展現(xiàn)出來，之后再通過與其他技術(shù)的有效結(jié)合，對施工現(xiàn)場的具體情況予以詳細(xì)了解和掌握，并制定完善的建筑信息模型，以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性［3］。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)性能分析中BIM技術(shù)的應(yīng)用

在對建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析與改進(jìn)時，可以利用特定的結(jié)構(gòu)元件，而在應(yīng)用BIM技術(shù)時，會嚴(yán)格要求建筑物的平面設(shè)計，不僅需要保證結(jié)構(gòu)性能的有效性，同時需要做到隱式設(shè)計。在對建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析時，BIM技術(shù)可以將部分結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字模型，并驗證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性，例如地下室的建筑結(jié)構(gòu)性能設(shè)計，不僅需要考慮地下管道的布置，還需要考慮建筑材料的充分使用。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，通過BIM技術(shù)的相關(guān)參數(shù)，對模擬地下室環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，同時對設(shè)計路線進(jìn)行自動規(guī)劃，能夠?qū)鹘y(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程進(jìn)行縮減。

3.3 BIM技術(shù)在實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計可視化中的應(yīng)用

BIM技術(shù)是一種基于現(xiàn)代化信息技術(shù)背景下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用，依據(jù)自身信息化的程序設(shè)計在實踐應(yīng)用過程中將建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件通過三維模型的方式直觀的展示給用戶群體，從而有效提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息的傳遞質(zhì)量。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中都是通過CAD軟件進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)圖紙的繪制工作，這種工作模式下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程很難直觀的將建筑結(jié)構(gòu)信息呈現(xiàn)出來，在一定程度上阻礙著用戶獲取信息的效率［4］。而基于BIM技術(shù)應(yīng)用下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在初期階段就是通過建立三維實體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行設(shè)計，借助直觀的建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，可以幫助不同用戶從不同角度獲取建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，對建筑構(gòu)件的基本信息和功能布局有一個全面的了解。在大型建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，設(shè)計人員會通過動態(tài)演示的方式，幫助用戶直觀的對建筑結(jié)構(gòu)各部位信息進(jìn)行觀測，便于設(shè)計人員選擇出最佳設(shè)計方案，并及時的發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，從而不斷優(yōu)化和提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用

在BIM技術(shù)中，數(shù)據(jù)模型的建立屬于核心部分。數(shù)據(jù)模型不僅僅只是簡單的分析與修改參數(shù)，其還可以通過參數(shù)設(shè)定，展示建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體幾何造型與建造屬性，并完整地展示建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所有的參數(shù)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計都需要對組件系統(tǒng)進(jìn)行組裝，傳統(tǒng)的組裝工作要求設(shè)計人員根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求與設(shè)計參數(shù)，通過全面的分析之后對修改方案進(jìn)行制定。但如果在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)設(shè)置中應(yīng)用BIM 技術(shù)，只需要對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗膭樱涂梢詫M件進(jìn)行組裝，這樣不僅能夠通過自動調(diào)整參數(shù)，保證建筑的安全性，同時能夠充分滿足客戶所提出的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

3.5 BIM技術(shù)在建筑構(gòu)件設(shè)計中的應(yīng)用

在建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，樓梯、墻體以及柱子等部位都是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中需要相關(guān)設(shè)計人員對整體結(jié)構(gòu)中的具體構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計［5］。針對現(xiàn)澆混凝土的工程結(jié)構(gòu)，在實際設(shè)計過程中需要設(shè)計人員對建筑工程中的管線走向以及建筑物的基本功能要求進(jìn)行全面的考慮，科學(xué)預(yù)防各建筑結(jié)構(gòu)之間的沖突問題；而在預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員還需要綜合考慮各預(yù)制部件之間的節(jié)點和連接關(guān)系。基于此，在設(shè)計環(huán)節(jié)工作人員可以利用BIM技術(shù)對其平面圖紙進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換，能夠及時發(fā)現(xiàn)具體結(jié)構(gòu)在整體設(shè)計中可能存在的問題，從而科學(xué)優(yōu)化設(shè)計工作，最終使建筑工程結(jié)構(gòu)達(dá)到相關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計要求。

3.6 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

隨著我國建筑工程項目的不斷增加和發(fā)展，各種現(xiàn)代化新型的建筑材料和結(jié)構(gòu)模型也迎來了全新的突破，尤其是鋼結(jié)構(gòu)，在大跨度及大空間建筑場景中應(yīng)用也逐步的增多，許多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)都采用了鋼結(jié)構(gòu)加以實現(xiàn)。基于此，BIM技術(shù)也有助于相關(guān)設(shè)計人員對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行建模處理，輔助解決實際施工過程中可能出現(xiàn)的連接問題和應(yīng)用問題。例如，針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的加強(qiáng)件問題，需要設(shè)計人員先對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計，然后在此基礎(chǔ)上對加強(qiáng)件在工程項目中的具體應(yīng)用進(jìn)行建模分析，借助BIM技術(shù)的應(yīng)用對整個過程進(jìn)行還原和控制，從而更加直觀的凸顯出鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件的作用和效果。除此之外，針對鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的連接問題，設(shè)計人員首先可以對鋼結(jié)構(gòu)各部位之間的連接參數(shù)進(jìn)行分析，然后在實際工程操作過程中借助BIM技術(shù)的應(yīng)用對連接方式進(jìn)行具體設(shè)計，從而獲得最優(yōu)的設(shè)計成果。在傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)分析過程中往往需要投入較多的人力資源，需要經(jīng)過相對較長的分析周期才能夠得到相應(yīng)的結(jié)果，借助BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計中的缺陷和不合理問題進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化和調(diào)整，從而帶動整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的提升。

3.7 圖紙設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM技術(shù)主要以3D圖形設(shè)計作為基礎(chǔ)，能夠更加全面的評價與分析三維數(shù)據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響，促使后續(xù)的數(shù)據(jù)調(diào)整可以更加順利的進(jìn)行。如果需要改動傳統(tǒng)設(shè)計圖紙中的某一部分進(jìn)行改動，首先需要對最初的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求與整體的建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行考慮，然后再進(jìn)行相應(yīng)改動，但是，多次修改設(shè)計方案會對增加建設(shè)項目的成本，甚至?xí)x建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。因而，在圖紙設(shè)計過程中，如果應(yīng)用BIM技術(shù)，設(shè)計工作人員僅需要將相關(guān)參數(shù)錄入到系統(tǒng)中，以及確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的，就可以對圖紙修改合理建議進(jìn)行獲取。

4 結(jié)語

雖然我國建筑行業(yè)的發(fā)展速度越來越快，但是，建筑安全及質(zhì)量事故發(fā)生的頻率也相應(yīng)增加，這便導(dǎo)致社會對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計將提出更高的要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對新技術(shù)進(jìn)行積極采用，不僅可以使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平得到提升，也可以對建筑的整體性能和質(zhì)量進(jìn)行增加。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)積極運(yùn)用BIM技術(shù)，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的作用，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的智能化，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的協(xié)調(diào)性，同時，借助可視化功能，不斷提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量和安全性，提升建筑的整體性能，大力推動建筑行業(yè)的發(fā)展。