建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理現(xiàn)狀及應(yīng)對(duì)策略

文／賓民 吉好地建筑設(shè)計(jì)武漢有限公司長沙分公司 湖南長沙 410004

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的定義

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)擬建造建筑的表達(dá)。《設(shè)計(jì)術(shù)語和建筑結(jié)構(gòu)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/t50083-97）中建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)定義為：“建筑結(jié)構(gòu)的總平面布置、技術(shù)分析、計(jì)算、構(gòu)件和設(shè)計(jì)的全過程，并在安全性、適用性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性和施工可行性的要求下尋求優(yōu)化。

建筑結(jié)構(gòu)工程包括以下三個(gè)要點(diǎn)：

（1）方案設(shè)計(jì)階段：考慮建筑物整體結(jié)構(gòu)的可行性，柱、墻等構(gòu)件分布的合理性，以及樓板梁的支撐條件，為了進(jìn)一步深化建筑專業(yè)，并為所有專業(yè)制定可行且普遍合理的施工制度。

（2）初步設(shè)計(jì)階段：工作人員應(yīng)該綜合該地區(qū)建筑建設(shè)基本情況，選擇一些人性化的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。并且要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)該具體掌握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物的內(nèi)部構(gòu)造，例如墻體硬度、承重墻分布等，從而得出各個(gè)區(qū)域所能接受的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

（3）施工設(shè)計(jì)階段：任何建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作均往往離不開施工設(shè)計(jì)階段,在施工設(shè)計(jì)階段,相關(guān)設(shè)計(jì)人員不僅往往需要將所有相關(guān)的建筑設(shè)計(jì)工程圖紙資料進(jìn)行明確和整理完善,也還需要詳細(xì)制定并列出設(shè)計(jì)工程中需要應(yīng)用的建筑材料、機(jī)械等等的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容,并根據(jù)施工設(shè)計(jì)實(shí)際情況變化來準(zhǔn)確預(yù)估整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)的相關(guān)信息。

2、問題分析

（1）由于工作人員沿襲傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和手段，導(dǎo)致建筑設(shè)計(jì)階段的工作量較大，工作效率低，工程進(jìn)度慢。基于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的布局和表達(dá)必須從平面和剖面兩個(gè)方面進(jìn)行提取，如果不仔細(xì)，就會(huì)出現(xiàn)平面位置和剖面位置不協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等問題。

（2）設(shè)計(jì)手段的問題。設(shè)計(jì)和分析的缺陷意味著，同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段仍沿襲過去的建設(shè)模式，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念尚未形成。現(xiàn)有的建筑業(yè)還是呈現(xiàn)高投資、高消耗的特點(diǎn)。此外，我國的建筑市場(chǎng)體系也不夠完善，缺乏項(xiàng)目成本計(jì)算、成本審查等環(huán)節(jié)，從而導(dǎo)致房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)方案不夠完善。

（3）項(xiàng)目管理的問題。我國建筑行業(yè)的項(xiàng)目管理機(jī)制主要是參考過去的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理機(jī)制，該系統(tǒng)沒有一套系統(tǒng)的項(xiàng)目管理標(biāo)準(zhǔn)，缺乏對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展中的先進(jìn)技術(shù)及施工材料的有效評(píng)估。另外，項(xiàng)目管理制度在創(chuàng)新方面的內(nèi)容較少，尤其是與歐美國家的評(píng)估系統(tǒng)相比；同時(shí)，由于在一些設(shè)計(jì)公司中，各專業(yè)的內(nèi)部審核人員很少，有時(shí)還會(huì)有設(shè)計(jì)任務(wù)。面對(duì)大量需要修改的圖紙，有必要將建筑圖紙與se e進(jìn)行比較，以確定它們是否一致，因此，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)修改粗心和不完整等問題。

3、應(yīng)對(duì)策略——基于BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理

總裝車間BIM項(xiàng)目的基本總結(jié)：項(xiàng)目名稱為總裝車間。車間是一座單式建筑，分為兩層。50年為該項(xiàng)目的使用年限。車間的生產(chǎn)類別為E類，建筑耐火的等級(jí)為二級(jí)，建筑的抗震設(shè)防烈度為七度。本項(xiàng)目總建筑面積40732.33m2。工廠的主體結(jié)構(gòu)是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，貼近的附屬建筑的結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)。主廠房車間屋架下弦標(biāo)高為8.7m，廠房輔內(nèi)部標(biāo)高為3.7m。

3.1 設(shè)計(jì)流程

為了使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式更加全面、科學(xué)，設(shè)計(jì)師應(yīng)充分借助BIM技術(shù)的日照分析、地質(zhì)分析、結(jié)構(gòu)分析等功能滿足現(xiàn)代消費(fèi)群體的多樣化需求；另一方面，建筑方還可以在不同的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用分析，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)確定BIM應(yīng)用點(diǎn)，提高建筑設(shè)計(jì)工程的質(zhì)量。

首先，在本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，計(jì)算軟件將采用PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件、YJK和3-D3S鋼結(jié)構(gòu)演算軟件；由于目前軟件與稍微復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間存在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口問題，將Revit的結(jié)構(gòu)模型直接導(dǎo)入計(jì)算軟件在實(shí)際應(yīng)用之后發(fā)現(xiàn)效果并不是很理想。結(jié)構(gòu)模型需要做大量的調(diào)整和補(bǔ)充。當(dāng)工作不仔細(xì)時(shí)，很容易導(dǎo)致部件調(diào)整錯(cuò)誤或缺少部件等問題，這不僅不能提高工作效率，反而增加了大量額外工作（如圖1所示）。

圖1 YJK盈建科和PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件結(jié)果輸出導(dǎo)入Revit的情況

因此，項(xiàng)目不會(huì)直接為計(jì)算軟件導(dǎo)入Revit的結(jié)構(gòu)模型。例如，根據(jù)Revit中的結(jié)構(gòu)鋼網(wǎng)格模型，在鋼結(jié)構(gòu)的演算軟件3D3S中對(duì)結(jié)構(gòu)模型重新進(jìn)行計(jì)算和建模。計(jì)算完成后，借助TSSD數(shù)據(jù)插件以RVT格式輸出結(jié)果，然后連接到Revit，形成結(jié)構(gòu)模型；此時(shí)，結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算軟件中的源模型非常不同，每個(gè)弦桿都可以看到特性并進(jìn)行修改和調(diào)整。但目前無法根據(jù)模型尺寸直接導(dǎo)入，只能手工生成（如圖2所示）；但總的來說，只需調(diào)整和稍微完善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目的工作量較少，出錯(cuò)率相對(duì)較低。最后，通過CAD對(duì)BIM結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行二維設(shè)計(jì)，包括主體結(jié)構(gòu)的平面、剖面和構(gòu)件平面、節(jié)點(diǎn)詳圖和構(gòu)件連接詳圖，并在設(shè)計(jì)后附在BIM模型上，形成完整的BIM結(jié)構(gòu)模型。

圖2 微調(diào)和補(bǔ)充完整后的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型

其次，在對(duì)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目的BIM部分進(jìn)行建模和修改時(shí)，經(jīng)BIM經(jīng)理和結(jié)構(gòu)總監(jiān)討論后，BIM的結(jié)構(gòu)模型分為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型、主體上部結(jié)構(gòu)模型、主體基礎(chǔ)設(shè)施模型和輔房結(jié)構(gòu)模型。

對(duì)于項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段過程如圖3所示，初步設(shè)計(jì)階段過程如圖4所示，設(shè)計(jì)過程和施工階段如圖5所示。

圖3 方案設(shè)計(jì)階段流程圖

圖4 初步設(shè)計(jì)階段流程

圖5 施工圖設(shè)計(jì)階段流程

關(guān)于結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師分別根據(jù)建筑方案的BIM模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本條件等進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模；模型應(yīng)由負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)專業(yè)的人員以及BIM中心的結(jié)構(gòu)專業(yè)人員控制。經(jīng)核實(shí)后，由結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行匯總整合，整合后的結(jié)構(gòu)方案模型加載到中心文件中；BIM經(jīng)理會(huì)進(jìn)行各專業(yè)的模型組合，并與相關(guān)的各個(gè)專業(yè)負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)和審查模型；在各負(fù)責(zé)人進(jìn)行評(píng)審后，各專業(yè)必須根據(jù)評(píng)審的意見進(jìn)行修改，并在初步設(shè)計(jì)階段插入設(shè)計(jì)和建模工作。

在初步設(shè)計(jì)階段，各設(shè)計(jì)單位根據(jù)建筑設(shè)計(jì)等專業(yè)的設(shè)計(jì)模型，結(jié)合地勘報(bào)告和工程荷載信息，進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)建模；根據(jù)初步模型，在計(jì)算軟件中進(jìn)行建模計(jì)算的結(jié)構(gòu)分析；計(jì)算和分析后，計(jì)算結(jié)果應(yīng)輸出到插件RVT格式文件，然后鏈接到Revit軟件。由于軟件之間的接口轉(zhuǎn)換問題，在連接到Revit軟件的結(jié)構(gòu)模型中，某些組件可能丟失或與源文件不一致，需要手動(dòng)調(diào)整和補(bǔ)充；結(jié)構(gòu)模型完全調(diào)整和完成后，應(yīng)將模型提交給結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人；結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人和BIM中心結(jié)構(gòu)專業(yè)人員進(jìn)行驗(yàn)證模型問題。經(jīng)核實(shí)后，由結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行匯總整合，整合后的結(jié)構(gòu)方案模型加載到中心文件中；BIM經(jīng)理應(yīng)結(jié)合各專業(yè)的模型，并根據(jù)各專業(yè)的原則對(duì)模型進(jìn)行協(xié)調(diào)和評(píng)審；審查后，各專業(yè)必須根據(jù)審查意見進(jìn)行修改，并在建設(shè)項(xiàng)目階段插入設(shè)計(jì)和建模工作。

于施工設(shè)計(jì)階段，各設(shè)計(jì)人員依據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模型，在計(jì)算軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和計(jì)算分析；計(jì)算和分析后，計(jì)算結(jié)果應(yīng)輸出到插件RVT格式文件，然后鏈接到Revit軟件；結(jié)構(gòu)模型完全調(diào)整和完成后，應(yīng)將模型提交給結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人；模型應(yīng)由負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)專業(yè)的人員和BIM中心的結(jié)構(gòu)專業(yè)人員控制。經(jīng)核實(shí)后，由結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行匯總整合，整合后的結(jié)構(gòu)方案模型加載到中心文件中；;對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行變更之后，基礎(chǔ)平面布置二維施工圖、結(jié)構(gòu)總平面二維施工圖，管道支架平面的二維施工圖和結(jié)構(gòu)主要部件的二維施工圖將會(huì)從Revit中的結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)模型生成，以及需要深入設(shè)計(jì)的施工圖，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的其他細(xì)節(jié)由二維CAD軟件設(shè)計(jì)；繪制完成后，連接到Revit，形成完整的BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型；BIM結(jié)構(gòu)的完整設(shè)計(jì)模型應(yīng)由結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人控制，所有二維施工圖應(yīng)由結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人驗(yàn)證，并由結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人修訂；最后，BIM結(jié)構(gòu)的完整設(shè)計(jì)模型和二維建筑設(shè)計(jì)必須一起交付。

通過召開座談會(huì)、個(gè)別談話、走訪等形式的調(diào)研知道，改革轉(zhuǎn)型時(shí)期的企業(yè)員工的思想動(dòng)態(tài)主要表現(xiàn)為以下幾種形式：

3.2 BIM結(jié)構(gòu)模型的質(zhì)量管理

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的項(xiàng)目質(zhì)量管理主要基于上述管理流程各階段的專業(yè)項(xiàng)目評(píng)審環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人、BIM中心的結(jié)構(gòu)專業(yè)人員和結(jié)構(gòu)專業(yè)審查員應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目操作點(diǎn)2015 BIM和2016標(biāo)準(zhǔn)BIM質(zhì)量評(píng)估對(duì)結(jié)構(gòu)BIM模型進(jìn)行驗(yàn)證和審查。然而，在《2016年項(xiàng)目質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》中，僅對(duì)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目進(jìn)行了四個(gè)方面的評(píng)估:

（1）BIM的結(jié)構(gòu)模型生成會(huì)影響項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)的主體構(gòu)件平面布置圖，操作方法需按照《2015 BIM設(shè)計(jì)操作要點(diǎn)》來完成;

（2）基礎(chǔ)的平面布置圖須由BIM模型生成以及管道支架的平面布置圖須由BIM模型生成，操作方法需按照《2015 BIM設(shè)計(jì)操作要點(diǎn)》來完成；

（3）工作集命名是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否有結(jié)構(gòu)構(gòu)件竄入其他工作集，操作方法需按照《2015 BIM設(shè)計(jì)操作要點(diǎn)》來完成。

針對(duì)本項(xiàng)目制定了BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，并與項(xiàng)目公司的相關(guān)BIM規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)合作后，因此，BIM技術(shù)應(yīng)用不僅解決了因資源不足帶來的損失，還帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑工程管理過程中，將環(huán)保理念和節(jié)能意識(shí)有機(jī)聯(lián)結(jié)，促使工程以低成本和高效率的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)三方面的有機(jī)統(tǒng)一。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理的角度來看，BIM技術(shù)應(yīng)用通過對(duì)資源的低碳循環(huán)利用，也降低建筑工程設(shè)計(jì)工程的用工成本。

結(jié)語：

簡(jiǎn)言之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工程項(xiàng)目的建設(shè)中至關(guān)重要。由此可見，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量是尤為關(guān)鍵的。盡管目前我國各個(gè)地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作還存在諸多不足，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部門的人才、質(zhì)量和安全管理還是應(yīng)與時(shí)代同步發(fā)展，并且應(yīng)積極將BIM技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作之中，從而提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。