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

陳慶豐徐云博劉繼鵬胡 愈

（河南工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

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

陳慶豐1徐云博2劉繼鵬3胡 愈4

（河南工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，人們對(duì)建筑的要求越來(lái)越高，在建筑施工過(guò)程中應(yīng)該高度重視建筑過(guò)程的管理，利用先進(jìn)的建筑設(shè)計(jì)方法，提高建筑的性能以及經(jīng)濟(jì)性。BIM技術(shù)能夠在建筑設(shè)計(jì)師中發(fā)揮重要作用，通過(guò)BIM技術(shù)能夠在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行一系列探究，提高建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)性及實(shí)用性，在新時(shí)期，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需求，BIM技術(shù)就在這樣的背景下誕生了。基于此，本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

BIM技術(shù) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 信息模型

引言

BIM 技術(shù)作為一種面向建筑設(shè)計(jì)的基于對(duì)象的CAD 技術(shù)，其在建筑數(shù)字描述中得以廣泛應(yīng)用。通過(guò)BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在電子模型中存儲(chǔ)完整的建筑信息內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的創(chuàng)新發(fā)展。特別是近年來(lái)隨著 BIM技術(shù)的完善提高，BIM 技術(shù)可以在不同專(zhuān)業(yè)和部門(mén)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享等功能，應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域，建筑師、設(shè)計(jì)師、工程師及業(yè)主等均能夠共享相同的數(shù)字設(shè)計(jì)信息，應(yīng)用相同的可視化數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)模擬與分析等工作。BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠有效提高建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保建筑施工安全。

一、BIM概念及內(nèi)涵

建筑信息模型(Building Information Modeling, or BIM)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。BIM的概念最早起源于美國(guó)，???它利用數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)施工運(yùn)營(yíng)維護(hù)的管理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)信息化和數(shù)字化在建筑行業(yè)中的靈活運(yùn)用。在建筑工程領(lǐng)域，如果將Auto CAD技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用看做是建筑設(shè)計(jì)由手繪到計(jì)算機(jī)繪圖的第一次革命，那么，BIM 技術(shù)的使用，這種把建筑繪圖由多專(zhuān)業(yè)分別分步繪圖轉(zhuǎn)換為多專(zhuān)業(yè)共同繪圖的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，將創(chuàng)造建筑設(shè)計(jì)工程行業(yè)的第二次革命。簡(jiǎn)而言之，BIM 技術(shù)是工程項(xiàng)目管理過(guò)程中使用的一種全新的信息化管理技術(shù)。

二、傳統(tǒng)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷

（一）、設(shè)計(jì)及分析手段問(wèn)題

在BIM 傳播的過(guò)程中，BIM 相關(guān)軟件總是最常被提及的；在BIM 的實(shí)踐中，BIM 軟件的應(yīng)用也是最常見(jiàn)的突破口。盡管這一現(xiàn)象有一部分原因來(lái)自軟件開(kāi)發(fā)商是 BIM 認(rèn)知和發(fā)展的重要推動(dòng)力量，但更重要的是，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件在設(shè)計(jì)、分析能力上確實(shí)存在諸多不足。

（二）、設(shè)計(jì)流程問(wèn)題

如果說(shuō)設(shè)計(jì)協(xié)同問(wèn)題是傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計(jì)中最嚴(yán)重的問(wèn)題，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程則與之相互影響。不重視協(xié)同設(shè)計(jì)以及缺乏協(xié)同能力造就了現(xiàn)階段常見(jiàn)的設(shè)計(jì)流程，而這種設(shè)計(jì)流程又進(jìn)一步阻礙了設(shè)計(jì)協(xié)同的發(fā)展。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程下，各個(gè)專(zhuān)業(yè)都有自己的工作主線，不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容分布在不同專(zhuān)業(yè)的圖紙上，各個(gè)設(shè)計(jì)階段的信息交流主要依靠關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的提資來(lái)完成。在這種流程下，信息交流難度大，協(xié)同工作難以開(kāi)展，信息共享也難以保證實(shí)時(shí)性。一旦某一專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)發(fā)生改變，若缺乏設(shè)計(jì)人員之間的及時(shí)溝通，其問(wèn)題很有可能在下一次的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的提資中才能被發(fā)現(xiàn)，而這將有可能導(dǎo)致大量的設(shè)計(jì)返工，嚴(yán)重時(shí)甚至影響設(shè)計(jì)的整體進(jìn)度和整體質(zhì)量。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用分析

（一）、模型建立

BIM 技術(shù)可以有效的將結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型用真實(shí)的構(gòu)件表示出來(lái)，對(duì)比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，突破了 CAD 技術(shù)進(jìn)行施工圖繪制時(shí)，只能表示平面信息的瓶頸，BIM 技術(shù)可以利用直觀的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表示整體結(jié)構(gòu)以及各構(gòu)件之間的關(guān)系。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，利用 BIM 技術(shù)，可以通過(guò)可視化技術(shù)，通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)BIM 技術(shù)，也可以迅速發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)修改設(shè)計(jì)方案，最終提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（二）、應(yīng)用于建筑空間規(guī)劃

空間規(guī)劃是建筑設(shè)計(jì)的第一步，在選定建筑地點(diǎn)后可以對(duì)當(dāng)?shù)氐目臻g進(jìn)行地形分析，尤其是在地形比較復(fù)雜的建筑基地上地形分析必不可少。通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)建筑基地進(jìn)行空間分析，例如具體的坡高、斜率、以及坡向等分析，對(duì)于建在地形復(fù)雜地區(qū)的建筑物可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行初步探索，為設(shè)計(jì)工作提供有力的支持，開(kāi)闊思路。在坡度分析是可以利用GIS建模，并對(duì)其中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行模擬，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)Ω鶕?jù)需要從不同角度進(jìn)行探索，并生成一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，供后期設(shè)計(jì)參考。地形探索完畢后即可進(jìn)行與建筑物的空間規(guī)劃。對(duì)建筑物的空間規(guī)劃一般利用BIM技術(shù)的可視化分析技能，將建筑通過(guò)3D技術(shù)立體呈現(xiàn)出來(lái)，并進(jìn)行室內(nèi)的視野分析、規(guī)劃可視度分析、道路可視分析等，在進(jìn)行各項(xiàng)分析前首先建立相應(yīng)的模型，并利用BIM技術(shù)進(jìn)行調(diào)試，結(jié)合各因素綜合參考，得出最佳的空間規(guī)劃模型。

（三）、應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)性能分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不是對(duì)建筑各個(gè)部分簡(jiǎn)單的排列，還需要使各個(gè)部分有機(jī)組合起來(lái)，形成一個(gè)彼此支撐的整體，確保整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性、牢固性等達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，這就需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行分析。在BIM 技術(shù)中，可以設(shè)計(jì)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(zhǔn)確地完成整個(gè)分析過(guò)程，并根據(jù)分析的結(jié)果來(lái)發(fā)現(xiàn)和改正設(shè)計(jì)中存在的不足，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（四）、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(shì)，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來(lái)越加廣泛。鋼結(jié)構(gòu)的鏈接和加強(qiáng)件布置十分繁多，給建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了難度。利用 BIM 技術(shù)，可以通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)梁高度的計(jì)算，對(duì)所有連接件進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，并連接件進(jìn)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(duì)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(shí)，設(shè)計(jì)人員只需要調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)即可完成； 對(duì)于加強(qiáng)件，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò) 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(jì)位置，就可以確定加強(qiáng)件的部位，避免了鋼結(jié)構(gòu)中薄弱環(huán)節(jié)的存在。

四、BIM 技術(shù)在建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作在運(yùn)用 BIM 系統(tǒng)中需要將模型發(fā)送到分析軟件，結(jié)構(gòu)分析軟件利用算法來(lái)將建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)信息反饋出來(lái)，并根據(jù)用戶(hù)指令來(lái)形成動(dòng)態(tài)的施工圖與結(jié)構(gòu)模型，所以設(shè)計(jì)人員在使用 BIM技術(shù)中要考慮模型空間的整體真實(shí)性，并要對(duì) BIM 系統(tǒng)的物理模型能否自動(dòng)生成施工圖紙等方面進(jìn)行充分考慮。建筑結(jié)構(gòu)的安全性是設(shè)計(jì)工作中設(shè)計(jì)人員要充分考慮的因素，但是由于建筑施工材料自身力學(xué)特征、荷載組合、荷載以及單元截面特性等多種因素會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生影響，所以設(shè)計(jì)人員在使用 BIM 模型進(jìn)行分析過(guò)程中往往需要面對(duì)各項(xiàng)復(fù)雜參數(shù)。再者，BIM 模型在本質(zhì)上是物理模型、建筑結(jié)構(gòu)分析模型以及施工圖文檔的完全數(shù)據(jù)模型，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中只有采用完全符合標(biāo)準(zhǔn)或比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，才能實(shí)現(xiàn)上述多種數(shù)據(jù)模型之間的雙向無(wú)縫連接，如果建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體設(shè)計(jì)沒(méi)有達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，或建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度復(fù)雜化會(huì)導(dǎo)致其在運(yùn)行中丟失大量數(shù)據(jù)。因此，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員要高度關(guān)注這一問(wèn)題，力求可以有效實(shí)現(xiàn)物理模型與結(jié)構(gòu)分析模型之間的雙向無(wú)縫連接。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于對(duì) BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步研究，提高我國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)的技術(shù)與管理水平、改善我國(guó)建設(shè)工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量的重要途徑之一是貫通建筑業(yè)的技術(shù)信息化和管理信息化。當(dāng)前我國(guó)的 BIM 技術(shù)已經(jīng)具有了初步的系統(tǒng)化環(huán)境，項(xiàng)目流程的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題、技術(shù)問(wèn)題以及法律問(wèn)題均具有相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，所以當(dāng)前最重要的發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是BIM模型的提供以及數(shù)據(jù)的審核、集成，從而更好的保證數(shù)據(jù)的一致性、合理性以及準(zhǔn)確性。

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1007-6344（2015）11-0154-01