建筑結(jié)構(gòu)設計中BIM技術(shù)的應用

張磊

（淄博市建筑設計研究院）

BIM技術(shù)在近期已被廣泛應用于中國的建筑工程設計、施工和運營等領(lǐng)域。BIM技術(shù)可以在應用中實現(xiàn)不同的專業(yè)和部門之間的數(shù)據(jù)共享，因此在建筑結(jié)構(gòu)設計中可以實現(xiàn)工程師、建筑師、設計師和用戶共享和使用相同的數(shù)字設計信息，促進溝通。基于BIM技術(shù)而形成的視覺數(shù)字模型可以有效幫助用戶對建筑結(jié)構(gòu)進行模擬和分析，使施工單位可以加深對設計師設計理念和施工目標的理解，也有助于提高建筑產(chǎn)品的整體質(zhì)量和生產(chǎn)效率設計。

1 BIM技術(shù)及其應用特征

BIM技術(shù)以信息化手段與技術(shù)為支撐，首先將建筑設計相關(guān)參數(shù)與數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)建筑數(shù)據(jù)的信息化存儲、關(guān)聯(lián)與共享，再以建筑構(gòu)件作為基本組件，基于數(shù)據(jù)庫中的建筑相關(guān)參數(shù)實現(xiàn)基本組件的立體組合，在建筑信息以及BIM建模技術(shù)的支撐下實現(xiàn)建筑三維仿真建模與可視化表達，改變了傳統(tǒng)建筑軟件以二維成圖為主，以三維建模為輔、三維僅僅用于展示與可視化的應用現(xiàn)狀，其以逼真的立體建筑構(gòu)件，如柱子、臺階、梁、樓板等作為基本單元，而非傳統(tǒng)二維建筑軟件中的點、線、面或者傳統(tǒng)三維建筑軟件中的規(guī)則性圓柱、圓錐、立方體等，這種建模理念的突破極大地簡化了建筑設計人員的工序，豐富了建筑設計人員的設計想象力，通過以逼近實物的三維建模場景為設計工作者營造出近乎真實、極富質(zhì)感的設計環(huán)境，設計人員可以基于自身的專業(yè)知識與對BIM軟件操作的熟練程度，充分發(fā)揮其主觀能動性，在BIM技術(shù)的支撐下實現(xiàn)“所畫即所得、所觀即真實”的建筑設計。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)設計BIM技術(shù)主要優(yōu)勢

2.1 三維可視化

將三維實體模型作為設計的基礎(chǔ)，對不同構(gòu)件間保持的空間關(guān)系進行形象表達，為工程建設參與各方的技術(shù)交流創(chuàng)造便利。對規(guī)模較大的復雜結(jié)構(gòu)而言，單純依靠平面圖和立面圖一般難以找出自身專業(yè)和在與其它專業(yè)進行協(xié)作配合時潛在的問題。但通過對這項技術(shù)的應用，能對設備與結(jié)構(gòu)兩大模型開展動態(tài)演示，檢查確認所有構(gòu)件之間的空間關(guān)系能否達到要求，同時完成碰撞檢查，最終確定最佳方案。

2.2 實體配筋

通過對BIM技術(shù)的實體配筋應用，能對部分復雜節(jié)點的鋼筋布置實施模擬，通過模擬能提前找出并解決問題。此外，結(jié)合施工方面的要求，根據(jù)實體模型，還能為其它的工程量計算等工作提供參考，確保鋼筋下料一次性準確完成。

2.3 參數(shù)化、協(xié)同設計

對模型而言，其參數(shù)化主要表現(xiàn)為兩個方面：①構(gòu)件定義實現(xiàn)參數(shù)化；②圖元間保持的約束關(guān)系實現(xiàn)參數(shù)化。通過對這種關(guān)系的合理應用，能在保證可編輯性的同時提高建模工作效率。過去的二維圖元組成要素，沒有實際的物理意義，一處修改后不能達到處處更新的目的，而BIM給出的所有視圖都將數(shù)據(jù)庫模型作為基礎(chǔ)，所以它能在一處修改以后達到處處更新的目的，從而大幅減少或直接避免人為失誤。

3 建筑結(jié)構(gòu)設計中BIM技術(shù)的應用分析

3.1 結(jié)構(gòu)化建模與可視化

基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設計通過構(gòu)建結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)立體構(gòu)件與屬性數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)，設計人員可以在結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的支撐下構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的形體，以大跨度建筑物中的常見的鋼結(jié)構(gòu)為例，設計人員在設計鋼結(jié)構(gòu)時會涉及到梁、柱、鉸等基本構(gòu)件單元，并將這些單元進行參數(shù)化與有效地組合連接，實現(xiàn)不同構(gòu)件的有機集成，在整個設計過程中，設計人員可以基于BIM技術(shù)構(gòu)建建筑三維實體模型，并直觀觀察建筑構(gòu)件，分析建筑結(jié)構(gòu)的功能布局，以對建筑結(jié)構(gòu)的形態(tài)、尺寸等形成清晰的認識與把握。

3.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量

建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量關(guān)系到建筑工程施工的質(zhì)量以及工程竣工后住戶居住的安全性與舒適度，因此，對設計的建筑結(jié)構(gòu)進行可行性、合理性檢測具有重要的工程意義。傳統(tǒng)的基于CAD等建筑軟件設計的二維平面建筑結(jié)構(gòu)設計圖缺乏立體性，單單從二維平面圖、側(cè)視圖、俯視圖等方面設計人員無法直觀地判斷出建筑結(jié)構(gòu)中個體與個體、個體與整體的碰撞性，極易忽略模型的碰撞問題，導致在后期建筑工程施工過程需要進行設計變更，影響工程施工進度，更有甚至會威脅到建筑工程的施工質(zhì)量。BIM技術(shù)為建筑結(jié)構(gòu)設計方案提供了直觀立體的可視化呈現(xiàn)效果，設計人員可以對三維立體設計進行全方位瀏覽，消除建筑結(jié)構(gòu)設計中的碰撞問題，同時，BIM技術(shù)中的自動化檢測工具可以通過預先設置的規(guī)則自動檢測建筑結(jié)構(gòu)之間的不合理、不合規(guī)問題，設計人員可以以此為參考對設計方案加以調(diào)整優(yōu)化。

3.3 協(xié)同設計過程

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設計大多基于建筑軟件進行單獨設計作業(yè)，然后在由團隊進行協(xié)商與分析，再由負責的設計師單獨對設計方案中的不足進行調(diào)整與修改，這樣的設計模式無法發(fā)揮設計團隊的力量與協(xié)同工作能力，難以保證設計方案的科學性。基于BIS技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設計保證了建筑結(jié)構(gòu)設計團隊能夠高度參與到同一設計項目中，通過建筑結(jié)構(gòu)三維模型的展示與動態(tài)演示，設計團隊中的所有人員均能夠根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)模型進行設計任務的分配，設計師可以就其所給定的設計任務進行立體構(gòu)件的新增、刪除、修改以及內(nèi)部設備的配置，最后再通過集成化手段將不同設計師所設計的內(nèi)容進行有效匯總與整合，保障設計工作的正常有序開展，極大地提高建筑結(jié)構(gòu)設計的工作效率。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)建模、分析應用

鋼結(jié)構(gòu)是建筑工程項目施工中需要應用到的一種常見施工材料，在建筑結(jié)構(gòu)設計中占據(jù)一定比例。在建筑結(jié)構(gòu)設計應用方面，設計人員可利用BIM技術(shù)進行鋼結(jié)構(gòu)建模，對鋼結(jié)構(gòu)加強件或者連接等可能存在的問題進行探討。比如在進行加強件問題研究時，設計人員首先需要了解建筑結(jié)構(gòu)制作流程，對加強件在工程項目施工中的應用、作用等進行了解，然后利用BIM技術(shù)控制加強件。在鋼結(jié)構(gòu)連接問題研究方面，設計人員首先需要對鋼結(jié)構(gòu)連接方式、連接主體與相關(guān)參數(shù)等進行了解。在實際鋼結(jié)構(gòu)連接難點問題解決方面，設計人員可通過螺栓間距、螺栓數(shù)量、連接形式等進行連接控制。在建筑結(jié)構(gòu)分析過程中，建筑企業(yè)往往需要投入很多的人力與資金，且分析過程相對較長，分析結(jié)果可能會存在較大的誤差問題。在建筑結(jié)構(gòu)分析方面，BIM技術(shù)能夠提高工作效率，降低建筑企業(yè)人力資源與資金成本。設計人員可以利用BIM技術(shù)對工程項目建筑結(jié)構(gòu)功能、設計缺陷或者設計優(yōu)化等進行分析，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設計方案的優(yōu)化調(diào)整，提高工程項目設計質(zhì)量。

3.5 簡化設計交底

設計交底是設計結(jié)束階段與施工準備階段的過渡環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)，建筑設計單位需要將建筑結(jié)構(gòu)設計等詳細設計資料提交給建筑工程的施工單位，施工單位需要領(lǐng)取相應的施工圖紙，同時要負責對圖紙和資料進行完整性檢查，保證所拿到的資料是齊全的。同時施工單位需要組織專門的人員對設計圖紙內(nèi)容進行學習，在工程類圖紙設計交底階段，所有參與設計圖紙的單位需要協(xié)同剖析并處理專業(yè)圖紙之間的矛盾與不解之處，針對存在矛盾的地方可以充分利用本次機會加強溝通，針對標注有遺漏的地方需要落實到具體的單位予以補充修繕，如果圖紙中的內(nèi)容有矛盾和錯誤，需要及時提出并洽談修改。現(xiàn)有的設計交底過程與工序相對繁雜，不利于建筑工程的進一步開展。

4 結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設計是建筑工程開展的首要環(huán)節(jié)，建筑結(jié)構(gòu)設計的科學性與合理性與工程建設質(zhì)量以及工程建設效率息息相關(guān)，更是體現(xiàn)建筑工程人文關(guān)懷與人文理念，提高居民居住舒適度與滿意度的關(guān)鍵性因素。BIM技術(shù)在提高建筑結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量與工作效率方面具有獨特的優(yōu)勢。

[1]黃志彬.BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設計中的應用探討[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2018，45（08）：12～13.