BIM技術(shù)在復(fù)雜公建建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探

高鑫

摘要：經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動(dòng)了建筑行業(yè)的進(jìn)步，近年來(lái)，建筑工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，建筑結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，這對(duì)建筑技術(shù)提出了更高的要求。BIM技術(shù)是一種基于三維信息化的技術(shù)手段，已經(jīng)在我國(guó)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了較為廣泛地應(yīng)用。本文以復(fù)雜公建建筑為研究對(duì)象，分從BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值入手，分析BIM技術(shù)在復(fù)雜公建建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)技術(shù);公建建筑設(shè)計(jì);應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑行業(yè)生產(chǎn)效率在近30年來(lái)下降趨勢(shì)明顯，這與其他產(chǎn)業(yè)形成了鮮明的對(duì)比。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，人們逐漸將信息技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，旨在提高行業(yè)的生產(chǎn)效率，因此，將信息化技術(shù)應(yīng)用于建筑領(lǐng)域是提高建筑行業(yè)生產(chǎn)效率的手段之一。目前，我國(guó)大型公共建筑不斷涌現(xiàn)，這些建筑具有施工難度大、系統(tǒng)復(fù)雜難度等特點(diǎn)，這對(duì)建筑技術(shù)提出了新的要求。BIM技術(shù)是近年來(lái)快速發(fā)展的新技術(shù)，將其應(yīng)用于復(fù)雜公建建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域給復(fù)雜建設(shè)工程項(xiàng)目的管理帶來(lái)了巨大的變革。

一、BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

BIM技術(shù)是在項(xiàng)目工程各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建模，以此方便項(xiàng)目各參與方利用模型參與到項(xiàng)目建設(shè)各個(gè)過(guò)程中，指導(dǎo)項(xiàng)目決策。BIM技術(shù)貫穿于項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)至項(xiàng)目改建、拆除的各個(gè)環(huán)節(jié)，其為項(xiàng)目工程管理提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫(kù)，使管理人員可以利用其計(jì)算分析能力進(jìn)行指導(dǎo)。有學(xué)者將對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了研究，認(rèn)為BIM技術(shù)可以降低4%左右的工程造價(jià)，可以提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙的精度;能夠最大限度避免協(xié)同設(shè)計(jì)的沖突，降低資源損耗;可以加快約10%的施工進(jìn)度，縮短工期[1]。

具體來(lái)說(shuō)，在協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，利用BIM技術(shù)將模型數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入專(zhuān)業(yè)的軟件中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，及時(shí)優(yōu)化施工方案，并可以進(jìn)行碰撞檢測(cè)，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)失誤降至最少;還可以對(duì)施工難度大的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深入分析與優(yōu)化。在項(xiàng)目施工模擬環(huán)節(jié)，通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)可以進(jìn)行仿真模擬，通過(guò)仿真模擬可以較好地安排施工資源，優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)施工儀器、設(shè)備的配置情況，也有利于項(xiàng)目工程的成本控制。 在項(xiàng)目運(yùn)維管理環(huán)節(jié)，利用BIM技術(shù)可以重復(fù)利用數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)建筑的維修記錄，便于后期分析，使建筑運(yùn)維管理信息更清晰。若項(xiàng)目在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要改擴(kuò)建，則利用BIM技術(shù)可獲取承重墻等數(shù)據(jù)，明確管線走向，進(jìn)一步提升了工作效率。

二、BIM技術(shù)在復(fù)雜公建建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

下文以某市大廈改擴(kuò)建項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)共4層，地上部分為3個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，為辦公、商用功能混合公共建筑。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)總高度115米，基礎(chǔ)埋深約20米。該項(xiàng)目工程施工規(guī)模大、機(jī)電工程協(xié)調(diào)量大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)該采用先進(jìn)的技術(shù)手段與管理方式，降低管理難度。

（一）BIM技術(shù)在復(fù)雜公建建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在對(duì)項(xiàng)目工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中首先進(jìn)行BIM建模，將數(shù)據(jù)信息模型中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在初步設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目擬采用看鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。然而，利用BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的層間最大位移比規(guī)范限值較高，在其他參數(shù)符合要求的情況下，可能造成項(xiàng)目結(jié)構(gòu)自重視過(guò)大。因此，需要對(duì)本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行調(diào)整，認(rèn)為采用剛度大、自重小的結(jié)構(gòu)體系更為科學(xué)。在剛度的調(diào)配方面，分析后發(fā)現(xiàn)水平方向滿足相關(guān)要求，而豎向剪力墻等構(gòu)件需要配置合理。在考慮到剪力墻等構(gòu)件剛度突變的同時(shí)，還需要考量項(xiàng)目的延性、安全性等。經(jīng)過(guò)分析后，建議采用型鋼混凝土框架、鋼筋混凝核心筒結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)剛度大，具有良好的防火、防腐蝕性能，可以最大限度避免鋼材的浪費(fèi)。與此同時(shí)，型鋼混凝土框架的抗震性能與比變形能力較好，延性強(qiáng)，具有加強(qiáng)的承載力。

（二）BIM技術(shù)在在復(fù)雜公建建筑結(jié)構(gòu)選型中的應(yīng)用

在建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，接下來(lái)就項(xiàng)目工程的結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行設(shè)計(jì)。資料顯示，該項(xiàng)目基底附加壓力較大，故而選擇鉆孔灌注樁。地基基礎(chǔ)選擇鋼筋混凝土，樁基為甲級(jí)，設(shè)計(jì)樁直徑為10米。在設(shè)計(jì)抗側(cè)力體系時(shí)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行建模，設(shè)定項(xiàng)目次梁端部均為鉸接，型鋼柱等為剛接，在樓層標(biāo)高處設(shè)計(jì)構(gòu)造鋼梁。同時(shí)，利用BIM技術(shù)模型進(jìn)一步優(yōu)化施工工藝等。標(biāo)準(zhǔn)層透視圖如圖1所示。

在抗震縫、伸縮縫的設(shè)計(jì)中，在地基附加應(yīng)力方面，考慮到主樓與其他結(jié)構(gòu)差異顯著，故而二者之間設(shè)計(jì)沉降后澆帶;合理提升基礎(chǔ)底板的最小配筋率;選擇碎石骨料、收縮小的混凝土材料;謹(jǐn)慎選擇混凝土外加劑。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還考慮到項(xiàng)目施工過(guò)程中，混凝土澆筑時(shí)間的影響，因此在施工過(guò)程中應(yīng)該采取一定的措施縮短澆筑時(shí)間，使影響降至最低;同時(shí)注意混凝土建筑的前期養(yǎng)護(hù)。通過(guò)BIM技術(shù)建模分析后，在栓中添加0.6千克每立方米、

直徑不超過(guò)20微米、抗拉強(qiáng)度不小于365兆帕的聚丙烯纖維，從而縮小建筑的伸縮裂縫。

（三）BIM技術(shù)在在復(fù)雜公建建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

該項(xiàng)目為混合結(jié)構(gòu)，針對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的超限問(wèn)題，本項(xiàng)目為1.30，大于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的要求，所以本項(xiàng)目在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則范圍內(nèi)。項(xiàng)目樓層較多，扭轉(zhuǎn)偏大，該項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)周期為0.81，參考相關(guān)規(guī)定，該項(xiàng)目扭轉(zhuǎn)剛度不強(qiáng)[2]。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了防止剪力墻出現(xiàn)剛度突變，因此要求主樓結(jié)構(gòu)平面布置不可以過(guò)于復(fù)雜，應(yīng)該簡(jiǎn)潔。在分析項(xiàng)目首層穿層柱后，認(rèn)為應(yīng)該加強(qiáng)配筋，并就其承載力進(jìn)行二次審核;F1至F3層的抗震結(jié)構(gòu)提高為特一級(jí)。

（四）技術(shù)在多專(zhuān)業(yè)協(xié)同中的應(yīng)用

由于該項(xiàng)目數(shù)據(jù)量大、參與方較多、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若不合理改變作業(yè)方式，則在后續(xù)建設(shè)過(guò)程中極有可能出現(xiàn)返工、項(xiàng)目成本上升的情況。為了避免上述情況的出現(xiàn)，項(xiàng)目各方可以建立統(tǒng)一的BIM信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)協(xié)同。管理人員與信息技術(shù)人員將項(xiàng)目結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，并建立BIM模型，之后進(jìn)行空間碰撞檢測(cè)[3]。通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以找出項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段有問(wèn)題的線管等，及時(shí)調(diào)整，減少后續(xù)設(shè)計(jì)變更，避免對(duì)項(xiàng)目的施工進(jìn)度造成不良的影響，減少建筑材料的浪費(fèi)。與此同時(shí)，通過(guò)修改后的設(shè)計(jì)圖紙能夠提高施工準(zhǔn)確率，也有利于管理人員進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度管理。對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中鍋爐房、配電室等部位的布局，利用BIM技術(shù)在施工前進(jìn)行圖紙深化，可以提高空間利用率，能夠進(jìn)一步確定相關(guān)設(shè)備的安裝位置;借助相關(guān)模型，管理人員能夠得知某一部件施工階段的實(shí)際情況，在碰撞分析的基礎(chǔ)上可以獲得真實(shí)、客觀的數(shù)據(jù)，不僅能夠調(diào)整設(shè)計(jì)不合理處，而且可以更為科學(xué)地指導(dǎo)施工工作。以機(jī)電管線為例，在建模后，使用專(zhuān)業(yè)的軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)，使該管線的單三維效果直觀地呈現(xiàn)在項(xiàng)目工作人員的眼前（如圖2所示），能夠迅速找到碰撞的圖元。

三、結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，BIM技術(shù)在復(fù)雜公建建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以顯著提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段、施工階段的管理水平，可以幫助設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)問(wèn)題，減少后期項(xiàng)目設(shè)計(jì)變更，這在一定程度上可以保證項(xiàng)目施工進(jìn)度，降低項(xiàng)目成本，對(duì)復(fù)雜公建建筑設(shè)計(jì)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏逸飛. 探討B(tài)IM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J]. 低碳世界， 2016（18）：145-147.

[2]張麗. 探討B(tài)IM技術(shù)在綠色公共建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J]. 建材與裝飾， 2016（19）：113-114.