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

何正宇

（身份證號：522229198104035632 貴州貴陽 550000）

引言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑工程項目建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否，會直接決定整個建筑工程的安全，因此，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量十分重要。BIM技術(shù)是一項先進的、設(shè)計效果較好的技術(shù)，將其應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以很大程度地提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果和水平。本文就在介紹BIM技術(shù)功能的基礎(chǔ)上，對其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中具體應(yīng)用進行闡述，以推動建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的良好發(fā)展。

1 BIM基本概念及主要設(shè)計項目

BIM指建筑信息模型（Building Information Modeling），這項技術(shù)是隨著我國建筑行業(yè)近些年的發(fā)展而發(fā)展的一種數(shù)字化的技術(shù)，目前BIM技術(shù)已經(jīng)運用到項目協(xié)作的各種方式，對于我國的工程建設(shè)無疑起到了改革的作用。BIM技術(shù)通過在計算機上使用虛擬的建設(shè)三維模型，不僅僅將工程建設(shè)從二維模型之間帶入了三維模型，同時采用數(shù)字化的技術(shù)，在整個工程建設(shè)的過程中能夠提供相應(yīng)的信息庫（具體如圖1）。那么在建設(shè)信息庫的過程中能夠詳細的描述建筑的集合信息和專業(yè)化的信息，并且包含非構(gòu)件對象（例如空間、運動行為）的狀態(tài)信息。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的BIM模型

2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用方式

2.1 應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)與場地分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否并不僅僅體現(xiàn)于建筑工程本身，還與建筑工程所處的場地有著密切聯(lián)系，場地的地質(zhì)環(huán)境、水文狀況等都會給建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計產(chǎn)生諸多方面的影響。而通過BIM技術(shù)與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合，可以對建筑工程的場地進行全面模擬，并在模擬的環(huán)境中擬建建筑工程的模型，這樣就可以對建筑場地的特點、條件等作出全方位的分析，選擇最佳的建筑物建設(shè)地點，使建筑結(jié)構(gòu)與其所處的場地適應(yīng)性達到最佳，從而保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性（具體BIM建模核心如圖2）。

圖2 BIM技術(shù)建模核心內(nèi)容

2.2 應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)性能分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計并不是對建筑各個部分簡單的排列，還需要使各個部分有機組合起來，形成一個彼此支撐的整體，確保整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性、牢固性等達到相應(yīng)標準，這就需要對建筑結(jié)構(gòu)的性能進行分析。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)性能分析中，需要花費大量的人力、時間，利用各種計算公式來完成這個分析過程，且分析的結(jié)果比較容易存在誤差，給建筑結(jié)構(gòu)性能的可靠造成影響。而在BIM技術(shù)中，可以設(shè)計相應(yīng)的性能分析軟件，將BIM模型的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件之中，就可以快速、準確地完成整個分析過程，并根據(jù)分析的結(jié)果來發(fā)現(xiàn)和改正設(shè)計中存在的不足，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

2.3 應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)同

在BIM模型中，建筑工程的數(shù)據(jù)是不斷進行交流和共享的，這主要包括兩個方面：①通過借助中間數(shù)據(jù)文件，完成異地不同設(shè)計軟件進行模型設(shè)計時需要的相應(yīng)數(shù)據(jù)和信息；②通過設(shè)置中性數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)傳遞和共享，將與建筑工程相關(guān)的水暖、土建、裝飾等各種專業(yè)的內(nèi)容有機地結(jié)合起來，利用統(tǒng)一的處理平臺來對信息進行規(guī)范處理，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通。在這種數(shù)據(jù)交流和共享的基礎(chǔ)上，保證了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計充分顧及了與建筑有關(guān)的各方面內(nèi)容，避免了某一點、某一參數(shù)疏漏導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)不完善問題，對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量有著重要作用。

2.4 應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的建模

在現(xiàn)階段，隨著建筑工程的不斷發(fā)展，大跨度、大空間成為建筑工程發(fā)展的重要趨勢，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越加廣泛，在鋼結(jié)構(gòu)建筑物中，由于鋼結(jié)構(gòu)是通過梁柱連接來實現(xiàn)的，在連接方式上，有梁梁剛接、梁梁鉸接等多種，結(jié)構(gòu)的鏈接和加強件布置十分繁多，給建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來了難度。利用BIM技術(shù)，可以通過對鋼結(jié)構(gòu)梁高度的計算，對所有連接件進行專門的設(shè)計，并連接件進行參數(shù)化處理，應(yīng)用BIM技術(shù)的參數(shù)共享功能，即可以完成對鋼結(jié)構(gòu)中螺栓等連接件數(shù)量和間距的控制，在需要構(gòu)建新連接件時，設(shè)計人員只需要調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)即可完成；對于加強件，設(shè)計人員可以通過BIM技術(shù)繪制出相應(yīng)的大樣圖，在鋼結(jié)構(gòu)施工中，技術(shù)人員只需要參考相應(yīng)的設(shè)計位置，就可以確定加強件的部位，避免了鋼結(jié)構(gòu)中薄弱環(huán)節(jié)的存在。因此，在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以確保連接件和加強件位置的準確，保證鋼結(jié)構(gòu)連接的牢固、可靠，確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量和水平。

3 BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中的難點

BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中，也存在一些難點，遇到了一些問題，這些在一定程度上影響了BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這些難點主要包括以下幾個方面：

①缺乏標準體系。由于BIM技術(shù)目前還處于探索階段，國家和地區(qū)相應(yīng)的各種規(guī)范和標準還沒有出臺，處于前期調(diào)研、或正在制定過程中。因為BIM技術(shù)需要信息的傳遞，所以BIM相關(guān)的規(guī)范和標準與軟件的協(xié)調(diào)性是一個十分關(guān)鍵的問題。②法律責任問題。主要體現(xiàn)在：BIM技術(shù)在使用過程中的合法性和有效性；參數(shù)進行傳遞，涉及到產(chǎn)權(quán)和責任問題；建立模型與傳統(tǒng)技術(shù)內(nèi)容的一致性；BIM各方的修改權(quán)限。③應(yīng)用和交付問題。不同設(shè)計階段，BIM技術(shù)設(shè)計的深度也不同，設(shè)計標準也不同。參與設(shè)計的各方與傳統(tǒng)技術(shù)相比，分工和內(nèi)容也不同。④BIM技術(shù)的缺點。由于BIM技術(shù)處于前期推廣階段，還存在以下幾個方面的問題：軟件主要是國外軟件，本土話程度不高；軟件對應(yīng)用人員的專業(yè)素質(zhì)和硬件設(shè)備要求較高；軟件各個模塊之間連接不完善，數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)傳遞程度較低，BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)信息的傳遞成都有待進一步提高。⑤使用成本過高。由于對使用人員素質(zhì)和硬件設(shè)備要求較高，所以需要投入一定的資金對專業(yè)人員進行培訓(xùn)，購置高配置設(shè)備，進行軟件更新。⑥BIM技術(shù)存檔問題。由于目前沒有具體存檔標準，加之存檔對硬件的配置要求較高，需要進一步提高硬件的配置，增加使用成本。所以，BIM技術(shù)的文檔存儲問題亟待解決。

4 BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的處理辦法

4.1 建立完整的項目樣板

項目樣板是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，項目樣板包括經(jīng)過有限的標準化處理的各種族、線型、字體、符號以及表達方式。在BIM技術(shù)中形成一個良好的樣板，是完全能夠減少工作的重復(fù)性，加快設(shè)計速度的，并逐漸建立一套符合中國國情的設(shè)計標準，使其能夠?qū)Χ鄶?shù)設(shè)計用戶，甚至是對有特殊需求的用戶都有相當有益的指導(dǎo)作用。

4.2 設(shè)計符合要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件

結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要構(gòu)件有基礎(chǔ)、柱、墻、梁、樓板、樓梯等。這些構(gòu)件在施工中分為預(yù)制構(gòu)件、現(xiàn)澆構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以建筑主要設(shè)計形式為準，根據(jù)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行構(gòu)件設(shè)計。目前現(xiàn)澆構(gòu)件是最為常見的結(jié)構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的選擇中，建筑師都是根據(jù)功能要求和管線走向進行布置的，以避免結(jié)構(gòu)構(gòu)件中多種因素相互沖突。

4.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的平法表示

在鋼筋混凝土施工圖繪制中，通常采用平面方法進行表示，在圖紙上采取特殊的標點符號進行標注，施工技術(shù)人員通過工藝轉(zhuǎn)換形成樣圖。BIM技術(shù)可以使平面表示法的內(nèi)容多環(huán)節(jié)和多角度展示，BIM模型能夠更加輕松的提取出關(guān)鍵數(shù)據(jù)和核心信息，以滿足施工時間和放樣需求。

4.4 BIM模型分析

BIM中應(yīng)用最廣的兩個軟件是Revit和PKPM，Revit著重對于BIM模型建立，而PKPM是保證結(jié)構(gòu)受力分析能夠和行業(yè)規(guī)范更好的接觸，這兩種軟件在數(shù)據(jù)交換過程中還存在一定漏洞，所以在數(shù)據(jù)交換中還要借助第三方軟件，使數(shù)據(jù)能夠形成通用格式。

5 結(jié)束語

BIM技術(shù)的快速發(fā)展和普及，必將引起結(jié)構(gòu)設(shè)計的一次重大變革。目前由于BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中遇到了以上問題，但是這些問題會逐漸解決，推動BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員也要加強專業(yè)素質(zhì)的提高，增強綜合能力，熟悉掌握BIM技術(shù)，在保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的前提下，快速、高效的完成建筑工程設(shè)計任務(wù)，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

[1]張順宇.BIM技術(shù)在建筑改造結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用初探[J].中國勘察設(shè)計，2014：93～96.

[2]田雪晶，于勁.BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化住宅設(shè)計中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2014：18～20.

[3]黃吉鋒，張漢義，聶祺.BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2011：58～62.

[4]陳宇軍，段春姣.MEP項目中BIM技術(shù)的應(yīng)用與推廣[J].建筑技藝，2010：78～79.