BIM技術(shù)在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究

路桂娟， 梁乾乾， 趙晶晶

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)建筑行業(yè)伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升而發(fā)展飛速，而建筑工程的特點(diǎn)是周期長(zhǎng)、規(guī)模大，建設(shè)項(xiàng)目涉及的領(lǐng)域比較廣，范圍也比較廣。在技術(shù)更新?lián)Q代的新時(shí)代，創(chuàng)新理念在建筑工程項(xiàng)目中無(wú)處不在，特別是前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的建設(shè)項(xiàng)目面臨著較大挑戰(zhàn)，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行方案構(gòu)思時(shí)，要重視技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)計(jì)效果，制定出高質(zhì)高效的設(shè)計(jì)方案，從而為后續(xù)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而作為建筑工程項(xiàng)目的核心部分的建筑結(jié)構(gòu)，做好優(yōu)化設(shè)計(jì)工作是必需的。近些年設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在我國(guó)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，投入的成本下降了15%左右，這對(duì)于提高企業(yè)的成本效益是非常可觀的[1]。目前通過(guò)引入BIM技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果讓人滿(mǎn)意，可以說(shuō)優(yōu)勢(shì)十分顯著，因此這項(xiàng)技術(shù)在建筑行業(yè)中成為大家都關(guān)注的熱點(diǎn)。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用概述

BIM是指建筑信息模型(Building Information Modeling)，是一種基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上慢慢發(fā)展而來(lái)的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)，目前，BIM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中，它在建筑工程的全生命周期中都扮演了重要角色，工程項(xiàng)目的全生命周期的有效資源都可以被建筑信息化模型所有效配置。總之BIM工程設(shè)計(jì)師既要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目本身，又要跟進(jìn)設(shè)計(jì)施工中的各種協(xié)調(diào)改進(jìn)作用，自始至終需要參與服務(wù)設(shè)計(jì)后的現(xiàn)場(chǎng)管理[2]。因此，設(shè)計(jì)人員需事先充分掌握BIM技術(shù)的理念，再加上不斷的學(xué)習(xí)，對(duì)BIM技術(shù)的掌控也會(huì)越來(lái)越好，也便于后面的設(shè)計(jì)和施工相關(guān)工作開(kāi)展。

3 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過(guò)BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，總結(jié)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：

1）可視化

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用BIM技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可以呈現(xiàn)的淋漓盡致，便于設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行全方面的核查[3]。如果未采用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員很可能因?yàn)槎S呈現(xiàn)方式的局限性導(dǎo)致反饋的信息不精確。而且設(shè)計(jì)人員根據(jù)三維模型也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題點(diǎn)，及時(shí)解決問(wèn)題，促使相應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案得到更為理想地優(yōu)化改善，由此增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性效果[4]，從而大大提升建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。

2）共享性

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用BIM技術(shù)，避免了信息交流溝通不暢的問(wèn)題，各參建單位都能夠高效地配合設(shè)計(jì)。比如建筑工程項(xiàng)目中的建筑專(zhuān)業(yè)、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)、給排水專(zhuān)業(yè)、暖通專(zhuān)業(yè)和電氣專(zhuān)業(yè)等都需要交流配合順暢，BIM技術(shù)的采用正好扮演了積極的角色，雖然大家專(zhuān)業(yè)不同，但是工作的平臺(tái)一樣，問(wèn)題也得以快速有效處理，最終解決了設(shè)計(jì)方面存在的隱患，保障了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。

3）協(xié)調(diào)性

相對(duì)于傳統(tǒng)的CAD技術(shù)，BIM的協(xié)調(diào)性發(fā)揮的作用也很明顯。首先如果對(duì)模型的信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，與之相關(guān)的信息也隨之調(diào)整，從而設(shè)計(jì)人員可以很方便的對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善。然后協(xié)調(diào)性還體現(xiàn)在將模型各構(gòu)件實(shí)體進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在顯示的過(guò)程中能夠同步關(guān)聯(lián)和智能互動(dòng)，各個(gè)單位因此可將有關(guān)的信息及時(shí)輸入，最終實(shí)現(xiàn)智能管理能力質(zhì)的飛躍。

4）模擬性

BIM的模擬性主要體現(xiàn)在全周期和多維度兩個(gè)方面。通過(guò)BIM技術(shù)，可以將建筑建設(shè)過(guò)程中的內(nèi)容進(jìn)行事前模擬，提前對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解決，提前核實(shí)會(huì)出現(xiàn)的矛盾點(diǎn)，進(jìn)而提升建筑設(shè)計(jì)和施工的效果。另一方面，BIM技術(shù)的模擬性還體現(xiàn)在多維性，BIM技術(shù)在相同的階段內(nèi)模擬的維度越廣泛，就會(huì)越接近實(shí)際。

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

4.1 項(xiàng)目概述

某小學(xué)項(xiàng)目位于南京市秦淮區(qū)南部新城夾崗二路以東、機(jī)場(chǎng)二路以南，地上5層，1層層高4.5m，2層～5層層高3.9m，無(wú)地下結(jié)構(gòu)，總建筑面積：23252.20m2，建筑高度：21.75.00m。該建筑屬于多層建筑，結(jié)構(gòu)形式：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)體系并不是特別復(fù)雜，但在該項(xiàng)目前期規(guī)劃設(shè)計(jì)中，同樣高度重視了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)在該小學(xué)項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用BIM技術(shù)手段，從而在該技術(shù)的作用下幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案階段留有問(wèn)題，同時(shí)也大大提升了出圖的效率，確保對(duì)于后面相關(guān)工作起到好的指導(dǎo)效果。圖1所示為本項(xiàng)目的BIM技術(shù)的同步設(shè)計(jì)流程。

圖1 BIM技術(shù)的同步設(shè)計(jì)流程

4.2 構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)模型

本項(xiàng)目的整體建筑的結(jié)構(gòu)形式是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)充分利用BIM技術(shù)的功能優(yōu)勢(shì)，不斷深化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的操作性變得更好，進(jìn)而降低了設(shè)計(jì)模型里一些不必要的誤差和矛盾點(diǎn)，這樣工程項(xiàng)目的質(zhì)量才會(huì)得到保證。在本小學(xué)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里，基于BIM技術(shù)設(shè)計(jì)人員首先創(chuàng)建了結(jié)構(gòu)模型，仔細(xì)深入地對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行研究琢磨，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率因此得到了保證。總之，在BIM技術(shù)的應(yīng)用下，模型的出圖率往往越來(lái)越高，進(jìn)而也就作出了更大貢獻(xiàn)[5]。

當(dāng)然，在建模的時(shí)候，基礎(chǔ)、梁、板、柱等要點(diǎn)是必須要考量的，還有一些方面也必須考慮：①選擇的樣本數(shù)據(jù)是否適合，是否貼近實(shí)際[6]；②軸網(wǎng)、標(biāo)高定位是否準(zhǔn)確；③梁、板、柱在模型中建立的正確與否，結(jié)合BIM模型核查仔細(xì)，防止隱患和誤差的進(jìn)一步擴(kuò)大。

4.3 模型碰撞檢查

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查是為了避免出現(xiàn)不良后果，在建筑工程中因?yàn)榕鲎驳膯?wèn)題造成工期延誤和成本損失數(shù)不勝數(shù)。對(duì)本小學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行有關(guān)碰撞的核查中，基于BIM技術(shù)所創(chuàng)立的3D模型，通過(guò)BIM技術(shù)的碰撞識(shí)別功能，設(shè)計(jì)人員因而做到智能化的修正結(jié)果，完善方案，最終建筑結(jié)構(gòu)體系變得更加合理。在解決沖突問(wèn)題的時(shí)候，建筑結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)自身相互矛盾會(huì)得以解決，其他專(zhuān)業(yè)比如給排水、暖通和電氣等相關(guān)部分也能加入，整體考量后形成更好的優(yōu)化結(jié)果[7]。在完成一系列的碰撞檢驗(yàn)工作后，設(shè)計(jì)人員通過(guò)該設(shè)計(jì)方案提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工質(zhì)量水平。

4.4 BIM審核要點(diǎn)舉例（見(jiàn)表1）

4.5 專(zhuān)業(yè)協(xié)同共享

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所涉及的數(shù)據(jù)是需要不斷地進(jìn)行更新與交流的[8]。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案從建筑工程、結(jié)構(gòu)工程、水電暖工程和裝飾工程等多個(gè)方面進(jìn)行考量，利用了BIM技術(shù)創(chuàng)立了應(yīng)用協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，建設(shè)方、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、暖通設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)和施工單位等眾多參與方利用平臺(tái)相應(yīng)的核心數(shù)據(jù)庫(kù)獲取了有效信息，再根據(jù)該工程的需求進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)數(shù)據(jù)的傳遞和完善，最終真正實(shí)現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)的全面共享。總之，本平臺(tái)核心數(shù)據(jù)庫(kù)的建立不僅有利于本項(xiàng)目后續(xù)工作的開(kāi)展，而且對(duì)該地區(qū)其他建設(shè)項(xiàng)目都有很高的參考價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)用BIM技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量可以大大提升。所以，在當(dāng)今信息技術(shù)發(fā)展日新月異的背景下，BIM技術(shù)作為一項(xiàng)新型技術(shù)工藝，將其運(yùn)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，憑借其強(qiáng)大的功能特性，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率明顯提高。運(yùn)用BIM技術(shù)所構(gòu)建的3D模型，設(shè)計(jì)人員可以清晰地了解建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)在情況，大大降低人工失誤和工作量，對(duì)于進(jìn)一步提高建筑設(shè)計(jì)水平意義重大。