BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

傅超

摘? 要：建筑是一項(xiàng)統(tǒng)合了土木結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等多重結(jié)構(gòu)的綜合體，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中積極運(yùn)用新型信息技術(shù)不僅能夠有效提升建筑各專業(yè)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性，同時(shí)還能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供更大便利。BIM技術(shù)平臺能夠在前期決策、設(shè)計(jì)及后期施工中通過動態(tài)展示對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行剖析，因此受到建筑同仁的認(rèn)可。

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

1BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)主要是通過構(gòu)建建筑信息模型，完整、清晰模擬建筑工程各個(gè)階段，可提前核驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的各種問題，并提出相應(yīng)的解決措施，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的全面調(diào)整與優(yōu)化，有效保障建筑工程質(zhì)量。與CAD技術(shù)相比，BIM技術(shù)具有以下優(yōu)勢。（1）可視化。BIM技術(shù)具有所見即為所得的特征，尤其適用于體量大、造型復(fù)雜的建筑物，通過三維模型的構(gòu)建可幫助設(shè)計(jì)人員以三維思考方式完成設(shè)計(jì)工作，有效提高整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。（2）協(xié)調(diào)性?；贐IM平臺可實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)、不同設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)模型中添加、修改、存儲建筑信息，有效提高了不同專業(yè)之間的交流與溝通效率;同時(shí)，BIM技術(shù)可提供碰撞檢查、4D動態(tài)模擬等功能，由此實(shí)現(xiàn)不同建造階段的模擬協(xié)調(diào)，提前在設(shè)計(jì)階段解決可能出現(xiàn)的場地沖突、施工碰撞等問題。（3）模擬性。具體包括4D施工模擬、5D模擬與造價(jià)控制，由此確定施工方案、進(jìn)度與設(shè)備材料供求時(shí)間表，并快速生成工程預(yù)算，實(shí)現(xiàn)工程成本的有效控制。（4）優(yōu)化性。借助BIM技術(shù)可快速進(jìn)行方案對比與優(yōu)化，有效保障設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。（5）出圖性?；贐IM三維模型展示、協(xié)調(diào)、模擬以及優(yōu)化，可快速生成綜合管線圖、結(jié)構(gòu)留洞圖、施工圖、碰撞檢查偵錯(cuò)報(bào)告、建議改進(jìn)方案等。

2結(jié)構(gòu)專業(yè)運(yùn)用BIM技術(shù)的特點(diǎn)

在進(jìn)行全過程設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以合理的使用BIM技術(shù)，通過協(xié)同設(shè)計(jì)來整合不同專業(yè)的專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，讓BIM正向設(shè)計(jì)流程能夠更加完整、更加科學(xué)。BIM設(shè)計(jì)流程可以與很多專業(yè)要求相匹配，實(shí)際應(yīng)用時(shí)BIM作用在結(jié)構(gòu)專業(yè)中有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：第一，可以建立計(jì)算分析模型，讓建筑信息模型有更好的應(yīng)用價(jià)值，另外還能增加專業(yè)工作量，提高模型一致性，讓模型信息更加豐富;第二，可以使用平法標(biāo)注來表達(dá)施工圖紙，平法標(biāo)注會以平面的方式表達(dá)配件標(biāo)高尺寸這一系列的信息，BIM設(shè)計(jì)則可以把相應(yīng)的設(shè)計(jì)信息投射到三維模型中，通過軟件處理后可以實(shí)現(xiàn)本土化應(yīng)用;第三，結(jié)構(gòu)專業(yè)包含配筋信息，BIM技術(shù)難以完成鋼筋建模;第四，建立好計(jì)算模型后可以做結(jié)構(gòu)專業(yè)的施工圖，但是一旦需要更改，就要做大量的計(jì)算、改動，才能讓施工圖得到相應(yīng)的修正，成本浪費(fèi)比較大，無法靈活修改。

3建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的BIM應(yīng)用

3.1控制設(shè)計(jì)過程

建筑工程項(xiàng)目本身是一個(gè)周期較長的建筑工程活動，在開展建筑工程活動之前需要制定嚴(yán)格的建筑工程規(guī)劃來對施工過程進(jìn)行指導(dǎo)。如果建筑工程規(guī)劃或設(shè)計(jì)方案存在問題就會影響建筑工程的整體質(zhì)量以及無法按照合同約定的周期完工的風(fēng)險(xiǎn)，這會對企業(yè)造成嚴(yán)重的危害，甚至?xí)斐韶?fù)面的社會影響。為了解決這種狀況，越來越多的施工企業(yè)開始引入BIM技術(shù)來指導(dǎo)施工過程，實(shí)現(xiàn)了對施工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過建立與建筑工程相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，使得數(shù)據(jù)能夠反映在三維模型當(dāng)中，通過可視化系統(tǒng)對這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整使得建筑工程結(jié)構(gòu)的科學(xué)性得到有效發(fā)揮，最終能夠保質(zhì)保量地完成施工項(xiàng)目。

3.2優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

基于BIM結(jié)構(gòu)模型可有效優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提高建筑經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性，具體如下。（1）碰撞分析。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，Revit任一文件可鏈入幾個(gè)Revit模型，整合不同專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查。該項(xiàng)目通過Revit鏈接、碰撞分析功能，對結(jié)構(gòu)模型、機(jī)電模型進(jìn)行檢查，并生成沖突報(bào)告，指導(dǎo)不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整與優(yōu)化。碰撞沖突報(bào)告分析顯示，水電井間梁寬較大，對電井存在不利影響;上部剪力墻設(shè)置時(shí)未考慮首層入口開門需求。對此，可按圖元ID自動定位圖元位置，并進(jìn)行修改操作;刷新界面，并二次檢測是否存在沖突，有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。（2）材料統(tǒng)計(jì)?；贐IM結(jié)構(gòu)模型可通過“材質(zhì)提取”功能，統(tǒng)計(jì)不同對象的材質(zhì)用量。例如，可自動生成混凝土用量;在“管理”選項(xiàng)中填寫制造商、成本等信息，初步形成預(yù)算。根據(jù)甲方要求，該項(xiàng)目剪力墻邊緣構(gòu)件、梁的箍筋使用HPB235級鋼筋，強(qiáng)度設(shè)計(jì)為210N/m2，構(gòu)件受力較大時(shí)選用Φ10mm或Φ12mm鋼筋。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，Φ10mmHPB235鋼筋價(jià)格與三級鋼HRB400接近，該項(xiàng)目利用Revit統(tǒng)計(jì)鋼筋用量并計(jì)算成本，經(jīng)對比顯示，當(dāng)使用Φ10mm及以上的HPB235級鋼筋時(shí)，可將其替換為三級鋼，以此降低鋼筋使用成本。根據(jù)配筋方案即可完成施工圖繪制工作，可見，BIM技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

3.3制作三維模型

BIM技術(shù)通過信息化技術(shù)作為基礎(chǔ)，利用建筑相關(guān)軟件來對建筑工程的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定或修改。這項(xiàng)工作可以通過BIM技術(shù)的三維模型建造來進(jìn)行輔助，設(shè)計(jì)人員能夠通過三維模型對建筑結(jié)構(gòu)整體以及局部進(jìn)行清晰的了解，并對其中的數(shù)據(jù)或參數(shù)進(jìn)行修改。建筑整體以三維的模式在電腦中進(jìn)行有效的展示，設(shè)計(jì)人員可以通過在電腦中操作三維模型并對三維模型中所展示出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，也可以通過三維模型對建筑所具備的功能來進(jìn)行查看或?qū)徍?。相比較傳統(tǒng)的建筑審核模式，通過三維模型能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)審核模式無法實(shí)現(xiàn)的功能，例如對于建筑中某個(gè)結(jié)構(gòu)的受力情況，BIM三維模型能夠清晰的計(jì)算和展示某一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體受力參數(shù)，甚至能夠?qū)ㄖ鼗惺艿闹亓M(jìn)行計(jì)算。這種計(jì)算和展示對于建筑物項(xiàng)目的正常開展有著非常重要的作用。隨著現(xiàn)代建筑的層數(shù)越來越高、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，在沒有引入BIM的狀態(tài)下，很難想象如何對建筑物的各個(gè)部分或整體的受力情況進(jìn)行計(jì)算和分析。通過三維模型的放大對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，審核人員便能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的科學(xué)性以及整體設(shè)計(jì)方案的可行性有著清晰的了解。通過三維模型除了能夠?qū)ㄖ锏氖芰η闆r進(jìn)行模擬和反應(yīng)之外還可以通過BIM技術(shù)來對建筑物當(dāng)中所需要安裝的各類設(shè)備、管道、電氣設(shè)備進(jìn)行模擬，這能夠有效的加強(qiáng)建筑物內(nèi)部設(shè)備安裝的合理性，這是傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)圖紙根本無法實(shí)現(xiàn)的功能。

3.4綠色建筑中的應(yīng)用

綠色設(shè)計(jì)是當(dāng)前我國建筑行業(yè)所推崇的重要設(shè)計(jì)思路，也是在低碳理念的背景下所能夠獲得的最佳方案，然而在進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)的過程中存在較大的困難，綠色設(shè)計(jì)受到周邊環(huán)境影響和外部環(huán)境影響較大。為了解決這個(gè)問題設(shè)計(jì)人員在通過BIM進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)更多的考慮建筑物所處環(huán)境對建筑物本身的影響，例如是否能夠通過對建筑物設(shè)計(jì)過程中光照所帶來的影響，進(jìn)行調(diào)整使得建筑物能夠更多的應(yīng)用自然光，這些設(shè)計(jì)都應(yīng)當(dāng)依據(jù)人體所能夠感受到的最適宜的溫度和環(huán)境作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。例如在進(jìn)行建筑屋頂設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)對待選材料進(jìn)行甄別或?qū)嶒?yàn)。要選擇本身具備較好的隔熱保溫能力的材料，使得在季節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)室內(nèi)仍然保持較為穩(wěn)定的溫度，降低人們使用制冷制熱設(shè)備的頻率，實(shí)現(xiàn)了建筑物的節(jié)能效果。

4結(jié)論

綜上所述，在建筑工程項(xiàng)目實(shí)施中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)整體安全性、可靠性，也影響實(shí)際施工可行性、經(jīng)濟(jì)性。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過BIM技術(shù)的運(yùn)用可有效提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，工程實(shí)踐中必須根據(jù)項(xiàng)目情況合理選擇BIM軟件進(jìn)行建模，并落實(shí)相關(guān)碰撞檢查、材料統(tǒng)計(jì)、模擬分析等工作，以此提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可靠性，有效保障建筑質(zhì)量。

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