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

張湘勇

摘 ?要：利用BIM技術(shù)手段，全面收集與呈現(xiàn)建筑中的建設(shè)材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、體系功能等參數(shù)信息它在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要的地位。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，只有巧妙地運(yùn)用BIM技術(shù)，將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，才能提高現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的效果，使之符合當(dāng)代建筑發(fā)展的基本要求，實(shí)現(xiàn)與社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。另外，由于BIM技術(shù)手段的運(yùn)用，通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)的運(yùn)用，將傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為一體化的設(shè)計(jì)風(fēng)格，可以給設(shè)計(jì)師、用戶、投資者等帶來(lái)直觀的三維體驗(yàn)，并提出有效的設(shè)計(jì)建議，從而進(jìn)一步提高建筑設(shè)計(jì)的可行性和可靠性，促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

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

1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

1.1BIM技術(shù)的內(nèi)涵

BIM技術(shù)是指建筑信息管理的應(yīng)用，即利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)建立一個(gè)完整的可視化模型，對(duì)應(yīng)具體的設(shè)定值，將建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式具體地表現(xiàn)出來(lái)，并充分地應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，幫助設(shè)計(jì)人員更充分地進(jìn)行設(shè)計(jì)并將建筑物的相關(guān)信息進(jìn)行充分整合，使之更加方便，可以提高施工效率，有效降低設(shè)計(jì)難度。BIM技術(shù)不同于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，它是從平面設(shè)計(jì)的形式到三維設(shè)計(jì)的形式。它能使人們從整體的角度清晰地考慮建筑設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框架。將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中，可以有效縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，保證施工質(zhì)量和安全。

1.2BIM技術(shù)常見(jiàn)問(wèn)題

BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常面臨以下問(wèn)題。

一是BIM是否有標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)體系。顯然，現(xiàn)代建筑企業(yè)在應(yīng)用BIM技術(shù)方面沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)可供參考，因此在建筑設(shè)計(jì)中使用BIM技術(shù)往往不規(guī)范。

二是，有關(guān)部門(mén)對(duì)現(xiàn)代建筑施工企業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)的法律監(jiān)管不具體，部分企業(yè)存在法律漏洞。從技術(shù)角度看，BIM技術(shù)可以建立虛擬工程模型，但由于BIM技術(shù)所建立的模型并不確定其產(chǎn)權(quán)，差異性并不明顯。

三是，現(xiàn)代施工企業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的修改權(quán)不明確，很多BIM技術(shù)內(nèi)容缺乏有效的監(jiān)管。

四是，國(guó)內(nèi)的BIM技術(shù)軟件還處于研究的初級(jí)階段，大部分BIM技術(shù)軟件都是國(guó)外制造的。

五是，參與研究的設(shè)計(jì)人員對(duì)BIM專業(yè)技術(shù)水平不高，對(duì)數(shù)據(jù)信息的控制能力不強(qiáng)，未能有效地共享數(shù)據(jù)信息。

總之，現(xiàn)代建筑企業(yè)在BIM技術(shù)的研究上仍需不斷努力，加強(qiáng)資金投入，探索更有效的BIM技術(shù)使用流程。同時(shí)，現(xiàn)代施工企業(yè)應(yīng)購(gòu)置先進(jìn)設(shè)備，升級(jí)原有配置，并幫助相關(guān)人員提供良好的應(yīng)用環(huán)境。

2BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

2.1BIM建模

2.1.1基于IFC標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型構(gòu)建

將BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)模型時(shí)，需要對(duì)計(jì)算、繪圖、工程造價(jià)等問(wèn)題進(jìn)行分析。IFC以IFC標(biāo)準(zhǔn)格式為背景，在解決結(jié)構(gòu)模型中存在的問(wèn)題上具有諸多優(yōu)勢(shì)，有利于定義BIM結(jié)構(gòu)模型中最小結(jié)構(gòu)單元的幾何尺寸和組織形式，也可以建立結(jié)構(gòu)模型的材料族庫(kù)。

以磚墻為例，IFC建立了以磚墻為基本結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)建筑模型，包括磚墻的幾何尺寸、物理容量和空心信息。通過(guò)使用建筑材料與實(shí)體相互聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了建筑墻體與墻體所需材料的關(guān)系。

2.1.2BIM結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

在建立了材料族庫(kù)之后，BIM技術(shù)可以將材料模型與建筑結(jié)構(gòu)中構(gòu)建的模型（如建筑結(jié)構(gòu)中的梁、柱、板和樓梯）相關(guān)聯(lián)。在設(shè)計(jì)墻體結(jié)構(gòu)的組成部分時(shí)，應(yīng)先確定建筑物的實(shí)體性質(zhì)，然后再進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以反映各樓層與建筑物實(shí)體之間的關(guān)系，通過(guò)空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)實(shí)體，可以更直觀地顯示墻體與樓層實(shí)體之間的關(guān)系。

2.1.3關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工作人員應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的因素，利用BIM技術(shù)建立建筑模型，分析建筑之間的相關(guān)性。通常有兩種形式，一種是對(duì)稱的，另一種是不對(duì)稱的。建筑模型的不對(duì)稱性主要體現(xiàn)在兩棟建筑之間的主次關(guān)系上。如果要修改建筑圖元，必須確保建筑圖元的性質(zhì)不會(huì)更改。根據(jù)墻與洞口的關(guān)系，洞口存在于建筑墻體中。如果在結(jié)構(gòu)模型中刪除墻，洞口將隨著墻的消失而消失。如果在建筑模型中刪除洞口，墻將保持不變。

2.2具體應(yīng)用

2.2.1建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用BIM技術(shù)構(gòu)建的模型，估算施工成本，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。這種方法有利于工程建設(shè)前期的設(shè)計(jì)方案，避免后期施工中出現(xiàn)的問(wèn)題和返工，減少建設(shè)投資的資源和資金浪費(fèi)。例如，在設(shè)計(jì)面積為4000平方米的公共建筑時(shí)，應(yīng)先繪制建筑的立面結(jié)構(gòu)，然后才能計(jì)算工程造價(jià)。如果在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)預(yù)算超出范圍，應(yīng)采用BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部調(diào)整，用輕鋼結(jié)構(gòu)代替重型鋼結(jié)構(gòu)，調(diào)整建筑面積，減少無(wú)用空間，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

2.2.2結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)中的3D技術(shù)可以為建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)建相應(yīng)的立體效果，帶來(lái)更直觀的視覺(jué)沖擊，方便用戶觀察建筑構(gòu)件的尺寸、方位和材質(zhì)，為用戶提供方便的條件。

BIM技術(shù)的視覺(jué)特性可以幫助設(shè)計(jì)師仔細(xì)檢查建筑結(jié)構(gòu)的整體布局和細(xì)節(jié)，更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)漏洞，避免設(shè)計(jì)方案帶來(lái)更多問(wèn)題。比如樓梯的高度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否會(huì)碰到使用者的頭部，橫梁的大小是否影響建筑凈空等，都可以通過(guò)BIM技術(shù)中的可視化技術(shù)來(lái)查看。

因此，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計(jì)中起著重要的作用。既保證了施工設(shè)計(jì)過(guò)程的效率，又提高了工程施工的整體質(zhì)量，在一定程度上提高了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精度，減少了誤差。

2.2.3主體結(jié)構(gòu)受力復(fù)核

復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的技術(shù)要求，尤其是在主體結(jié)構(gòu)受力復(fù)核方面。以高層建筑為例，兩塔連成一個(gè)整體，三塔分高、中、低三個(gè)位置。高區(qū)連接部分為四層，最高點(diǎn)距地面175m;中區(qū)連接部分為四層，最高點(diǎn)距地面125m，由于建筑高度不達(dá)標(biāo)，施工難度較大。此時(shí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用降低了三通工程建設(shè)的難度，使工程順利進(jìn)行。BIM技術(shù)可以模擬工程施工中的吊裝過(guò)程，先模擬高區(qū)，再模擬下兩層的位置，利用塔吊安裝上兩層。模擬中心區(qū)時(shí)，先在地面進(jìn)行初步拼接，拼接完成后再進(jìn)行吊裝工作。以上方案全部確定后，利用BIM技術(shù)對(duì)吊點(diǎn)荷載進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)，分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提交設(shè)計(jì)院，確保無(wú)誤。BIM技術(shù)的應(yīng)用為主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力復(fù)核提供了一定的支持和參考數(shù)據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用，對(duì)提高建筑工程整體設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要作用。通過(guò)對(duì)我國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，BIM還有很大的改進(jìn)和創(chuàng)新空間。相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用的整合實(shí)踐，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)我國(guó)建筑設(shè)計(jì)水平邁上新臺(tái)階。

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