基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖的協(xié)同設(shè)計(jì)研究

黃展華

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽·滁州 239000）

近幾年來，由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，建筑行業(yè)得到了高速發(fā)展，并已經(jīng)成為拉動我國經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。人類活動的日益頻繁給環(huán)境帶來的破壞，使自然災(zāi)害的發(fā)生頻率大大提高。地震、臺風(fēng)、洪澇等災(zāi)害頻繁發(fā)生，特別是地震的發(fā)生，會使土體從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)，進(jìn)而使土體發(fā)生液化，給建筑物的結(jié)構(gòu)帶來極大危害，這不僅會給國家?guī)碇卮蠼?jīng)濟(jì)損失，也給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來極大威脅。為此，采取措施來預(yù)防或消除土體液化給建筑物帶來的不利影響是十分必要的。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使依附于計(jì)算機(jī)技術(shù)的BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)同化設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。本文通過對BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)施工圖協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以此防范和消除土體液化給建筑結(jié)構(gòu)造成的危害。

一、土體液化對建筑結(jié)構(gòu)的影響分析

（一）造成土體液化的影響因素

所謂土體液化是指土體從原有的固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，在土體液化后，會使土體的抗剪強(qiáng)度降至零，土體中的水壓驟然上升，這時(shí)土體是處于失重狀態(tài)的，就像水一樣流動，從而危害土體之上的建筑。造成土體液化的原因有很多，如打樁作業(yè)、機(jī)器振動、地震災(zāi)害、爆破作業(yè)等都可能造成土體振動而產(chǎn)生液化現(xiàn)象，其中地震是造成土體液化的主要原因。土體液化的影響因素主要包括土體性質(zhì)、土體初始應(yīng)力狀態(tài)、震動強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間、地下水位深淺等。

（二）土體液化的危害

土體液化對建筑結(jié)構(gòu)的危害非常大，當(dāng)土體發(fā)生液化時(shí)，會使土體中的粉土或飽和砂土趨于密實(shí)，進(jìn)而使土體中的水壓力驟然增加，這種驟然增加的壓力會使土體的有效應(yīng)力降低甚至趨近于零，當(dāng)土體有效應(yīng)力降為零時(shí)，此時(shí)的土體中砂粒是處于全部或局部縣浮狀態(tài)的，這時(shí)的土體抗剪強(qiáng)度已經(jīng)完全消失，而土體中的建筑結(jié)構(gòu)便會因土體抗剪強(qiáng)度的消失而發(fā)生應(yīng)力失衡，建筑物的柱體、梁、墻體會在應(yīng)力的作用下發(fā)生扭曲、傾斜、倒塌等問題，進(jìn)而使原有的建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)徹底發(fā)生改變，甚至?xí)蚴芰Φ牟黄胶舛菇ㄖ锾?/p>

二、建筑結(jié)構(gòu)施工圖協(xié)同設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢及難點(diǎn)分析

要想消除或減輕土體液壓給建筑結(jié)構(gòu)帶來的危害，就必須對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，而建筑結(jié)構(gòu)施工圖更是實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)科學(xué)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)依據(jù)。因此，必須要確保建筑結(jié)構(gòu)施工圖的科學(xué)性與合理性，BIM技術(shù)的誕生，為建筑結(jié)構(gòu)施工圖的協(xié)同化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件，以下便對BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)施工圖協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢及難點(diǎn)進(jìn)行分析。

（一）應(yīng)用優(yōu)勢分析

長期以來，人們在對建筑結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要是通過二維設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，采用PKPM等軟件對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，然后運(yùn)用CAD軟件對施工圖進(jìn)行繪制，這種傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)方法不僅需要大量的數(shù)據(jù)的反復(fù)輸入來對分析模型進(jìn)行構(gòu)建，耗時(shí)耗力不說，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性也無法保證，在軟件應(yīng)用時(shí)，也極易發(fā)生設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)等問題，這無疑會給建筑工程的質(zhì)量帶來不利影響。而BIM技術(shù)的產(chǎn)生，則為上述問題的解決提供了思路，通過BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠使建筑項(xiàng)目的所有生產(chǎn)部門同時(shí)參與到同一個(gè)建筑模型設(shè)計(jì)工作當(dāng)中去，使建筑結(jié)構(gòu)能夠在統(tǒng)一的技術(shù)平臺中進(jìn)行設(shè)計(jì)，此外，利用BIM技術(shù)來對模型進(jìn)行構(gòu)建，不需要工作人員進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的反復(fù)輸入，在建筑物模型構(gòu)建過程中就同時(shí)包含已經(jīng)生成的大量設(shè)計(jì)信息與參數(shù)，設(shè)計(jì)人員只需要對這些設(shè)計(jì)信息與參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與修改，就能完成建筑物的整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。最后，BIM技術(shù)在構(gòu)建建筑模型時(shí)，其所具備的數(shù)據(jù)自動更新功能，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物整體關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，從而大幅度提高了設(shè)計(jì)效率，有效解決了結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)工作中的信息偏差、遺漏等問題。

（二）應(yīng)用難點(diǎn)分析

當(dāng)前，建筑結(jié)構(gòu)施工圖協(xié)同設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)的應(yīng)用仍舊存在一定難點(diǎn)，這主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，其一，BIM技術(shù)需要通過3D工具軟件的運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)中所有設(shè)計(jì)參數(shù)的整合，這樣才能構(gòu)建出建筑物的建筑模型，正是由于這一特點(diǎn)，也使其和傳統(tǒng)的2D軟件有很大差別，這需要設(shè)計(jì)人員不僅要具備2D設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，還要熟練使用3D工具軟件，這樣才能使BIM技術(shù)的作用得到最大限度的發(fā)揮，而這便使建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)難度增加。其二，在建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要應(yīng)用到特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如果不能確保構(gòu)件設(shè)計(jì)的合理性，便會對3D建筑模型的某些細(xì)節(jié)造成嚴(yán)重影響。其三，在應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員主要是對3D建筑模型向2D平面圖的轉(zhuǎn)化問題、結(jié)構(gòu)分析軟件的認(rèn)可問題及安全性問題進(jìn)行關(guān)注。但由于BIM技術(shù)所構(gòu)建的3D建筑模型是采用的數(shù)據(jù)庫模式，從理論上分析，BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)分析模型和物理模型之間的雙向鏈接，但在實(shí)際應(yīng)用過程中卻受到支座條件、荷載組合等問題的影響而造成雙向鏈接機(jī)制的作用無法得到充分發(fā)揮，并且，如果僅采用常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件是很難使達(dá)到理想效果的，而采用特殊或較為復(fù)雜的構(gòu)件，又會導(dǎo)致數(shù)據(jù)在導(dǎo)入到BIM軟件結(jié)構(gòu)中造成遺失，最后，目前所存在的構(gòu)建分析軟件中，缺少和BIM物理模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互匹配的單元力學(xué)模型，這也使BIM技術(shù)的雙向鏈接機(jī)制受到了很大限制。

三、基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖的協(xié)同設(shè)計(jì)研究

（一）基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖協(xié)同設(shè)計(jì)策略

為了確保BIM技術(shù)能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，使建筑工程的施工質(zhì)量得到保證，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中的難點(diǎn)進(jìn)行分析與優(yōu)化，以此實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)施工圖的協(xié)同化設(shè)計(jì)。首先，在項(xiàng)目樣板創(chuàng)建中，應(yīng)確保項(xiàng)目樣板創(chuàng)建的合理性，以此提高設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)內(nèi)容得到相應(yīng)簡化，同時(shí)按照建筑工程的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合建筑工程的施工特點(diǎn)與實(shí)際情況來重新設(shè)置軟件，應(yīng)確保視圖結(jié)構(gòu)清晰合理，這樣能夠更方便的對視圖進(jìn)行管理，并對視圖結(jié)構(gòu)中的各項(xiàng)參數(shù)及視圖屬性進(jìn)行重新設(shè)置，在工程瀏覽器中顯示，對于暫時(shí)用不到的內(nèi)容應(yīng)將其隱藏。其次，應(yīng)確保BIM軟件能夠?qū)ΤＳ脴?gòu)件與異型構(gòu)件進(jìn)行創(chuàng)新，應(yīng)根據(jù)建筑工程的實(shí)際設(shè)計(jì)要求來對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行選擇，并對項(xiàng)目的實(shí)施施工情況進(jìn)行結(jié)合，將選擇的結(jié)構(gòu)構(gòu)件加載到項(xiàng)目樣板當(dāng)中，以此減少文件字節(jié)的生成，使系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到提升。對于BIM技術(shù)難以應(yīng)用又無法替代的異型構(gòu)件，應(yīng)加強(qiáng)BIM技術(shù)的開發(fā)與研究，使BIM技術(shù)的各項(xiàng)功能得到全面提升，使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變得更加合理。最后，應(yīng)結(jié)合碰撞分析結(jié)果來對建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。同時(shí)，為了使建筑項(xiàng)目的所有專業(yè)模型能夠?qū)崿F(xiàn)高效整合，應(yīng)采用Revit中的項(xiàng)目文件來對這些專業(yè)模型進(jìn)行連接，同時(shí)，Revit還能夠?qū)@些模型進(jìn)行碰撞檢查，并根據(jù)建筑物的真實(shí)尺寸對以往設(shè)計(jì)圖紙中隱藏的諸多問題進(jìn)行清晰顯現(xiàn)，進(jìn)而極大程度的提高了建筑工程設(shè)計(jì)的精確度，避免了設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的圖紙不匹配問題。因此，在應(yīng)用BIM技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過Revit的應(yīng)用進(jìn)行碰撞檢查，并根據(jù)碰撞檢查結(jié)果來對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整與修改，以此實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)施工圖的高效協(xié)同設(shè)計(jì)。

（二）基于BIM技術(shù)的土體液化問題解決策略

在利用BIM技術(shù)對土體液化問題進(jìn)行解決前，應(yīng)對造成土體液化問題的相關(guān)影響因素進(jìn)行明確，從上文中可以了解到，土體液化問題的產(chǎn)生和土體性質(zhì)、土體初始應(yīng)力狀態(tài)、震動特性及地下水位有關(guān)，對于土體性質(zhì)來說，應(yīng)區(qū)分出易發(fā)生土體液化的土質(zhì)與不易發(fā)生土體液化的土質(zhì)，如果樁基的土體為松軟土、粉質(zhì)黏土、黏土或是中等密度的飽和砂土，這類土質(zhì)的含砂量在70%至80%以內(nèi)，且砂料較為松散，易發(fā)生液化，因此應(yīng)盡量選擇壓密的黏性土、干砂或飽和密實(shí)砂等相對密實(shí)度較大而又不易于發(fā)生液化的土質(zhì)。對于土體初始應(yīng)力狀態(tài)來說，土體的初始液化時(shí)所需的剪應(yīng)力是與初始上覆壓力成正比的，應(yīng)盡量加大土體的上覆壓力。對于地下水位來說，水位在地下的深度越深，土體越不易發(fā)生液化，因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對勘察報(bào)告進(jìn)行詳細(xì)分析，確定土體下部的地下水位，如果地下水位過高，應(yīng)采取相應(yīng)的降水措施。而BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠?qū)ㄖ锏耐馏w參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，還能通過相應(yīng)的計(jì)算分析軟件計(jì)算出建筑物土體的液化臨界點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際液化判別結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還可以利用BIM技術(shù)對建筑模型進(jìn)行調(diào)整，改善建筑物的抗震性能，以此消除或減輕震動特性給建筑結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。

結(jié)語

綜上所述，要想消除或減輕土體液化給建筑物結(jié)構(gòu)帶來的影響，就必須實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)施工圖的協(xié)同設(shè)計(jì)，而在建筑結(jié)構(gòu)施工圖協(xié)同設(shè)計(jì)中，BIM無疑是一項(xiàng)非常重要的工具。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，以施工圖作為實(shí)施依據(jù)來提高建筑物的抗震性能，并通過人工加密、蓋重、樁基、圍封等措施的應(yīng)用來消除土體液化現(xiàn)象，這樣才能保證建筑物的安全使用。

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