建筑功能與空間的設(shè)計趨勢及可視化技術(shù)探討

田濤 山東高唐建設(shè)集團有限公司

建筑業(yè)為中國經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻。但是在施工過程中容易造成資源浪費，同時還對我國的生態(tài)環(huán)境造成了一定的破壞。BIM 技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑設(shè)計當(dāng)中，能夠最大程度地節(jié)約材料，同時能夠仿真設(shè)計中的難點和重點過程，從而更好地優(yōu)化設(shè)計過程，從而有效地提高企業(yè)的經(jīng)濟性效益。

一、BIM 技術(shù)概述

近年來BIM 技術(shù)發(fā)展迅速。與其它技術(shù)相比，BIM 技術(shù)在施工效率和經(jīng)濟性方面具有很大的優(yōu)勢。既能以最小的成本獲得最大的經(jīng)濟效益，又能保證建設(shè)項目的生態(tài)環(huán)境友好。裝配式建筑的概念也是近年來BIM 技術(shù)的發(fā)展。在發(fā)展過程中，BIM 技術(shù)體現(xiàn)了以人為本、統(tǒng)籌兼顧的理念，在保證裝配式建筑工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大限度地提高了管理的效率和經(jīng)濟性。

二、BIM 的發(fā)展

21 世紀初，BIM 建筑信息模型的應(yīng)用開始廣泛推廣，工具間完全互操作性變得至關(guān)重要。何關(guān)培先生于2011 年對美國總承包商協(xié)會就BIM 的AGC 分類法進行翻譯和推介，將其分為八大類，具體包括概念設(shè)計與可行性研究軟件、核心建模軟件、計劃軟件等。近年來國家認識到BIM 技術(shù)的科學(xué)性和高效性，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部先后頒布多項法規(guī)明確要求落實我國建筑行業(yè)和建設(shè)工程中BIM 技術(shù)的實際應(yīng)用問題。

三、BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用

（一）BIM 建模

1.基于IFC 標準的BIM 模型構(gòu)建

BIM 技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)模型時，應(yīng)對計算、作圖以及工程造價等多種問題進行分析?；贗FC 標準格式的背景下，解決結(jié)構(gòu)模型中的問題，IFC 具有很多優(yōu)勢，有利于BIM 結(jié)構(gòu)模型中對最小結(jié)構(gòu)單元的幾何尺寸以及組織形式進行定義，還能為結(jié)構(gòu)模型建立出模型所需要的材料族庫。

2. BIM 結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

材料族庫建立后，BIM 技術(shù)可以將材料模型與建筑結(jié)構(gòu)中構(gòu)建出的模型相關(guān)聯(lián)，例如，建筑結(jié)構(gòu)中的梁、柱、板和樓梯。設(shè)計建筑墻體結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件部分時，應(yīng)先定義好建筑的實體性質(zhì)再進行關(guān)聯(lián)，以體現(xiàn)建筑中每個樓層與實體之間存在的關(guān)聯(lián)，進而通過空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)實體，更直觀地展現(xiàn)墻體實體與各樓層實體之間的聯(lián)系。

3.關(guān)聯(lián)性結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

工作人員在設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)中構(gòu)件之間相關(guān)聯(lián)的因素，通過BIM 技術(shù)建立建筑模型，分析建筑之間存在哪些關(guān)聯(lián)性。通常有兩種形式，一種是對稱性，另一種是非對稱性。建筑模型中的非對稱性主要體現(xiàn)在兩個建筑之間存在主要、次要的關(guān)系。如果要修改建筑實體，就要保證建筑實體的本質(zhì)不變。

（二）具體應(yīng)用

1.建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，應(yīng)充分利用BIM 技術(shù)中建構(gòu)的模型，預(yù)估建筑造價成本，分析其中利弊。這種做法有利于工程建設(shè)初期制定設(shè)計方案，避免后期施工出現(xiàn)問題而返工，減少建筑投資在資源和資金上的浪費。例如，設(shè)計某面積為4000m2的公共建筑時，應(yīng)繪制建筑的立面結(jié)構(gòu)后，再計算工程造價。

2.結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計

BIM 技術(shù)中的三維技術(shù)能夠為建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)建出相應(yīng)的立體效果，帶來更直觀的視覺沖擊，方便用戶對建筑構(gòu)件大小、方位以及采用的材料進行觀察，為用戶提供便利條件。BIM技術(shù)的可視化特點，可以幫助設(shè)計師仔細查看建筑結(jié)構(gòu)整體布局與細節(jié)之處，更精準地找到設(shè)計漏洞，避免因設(shè)計方案引發(fā)更多問題。例如，樓梯高度是否符合標準，是否會碰到用戶的頭部，梁的尺寸是否影響建筑凈空等，都可通過BIM技術(shù)中的可視化技術(shù)進行查看。

3.主體結(jié)構(gòu)受力復(fù)核

復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的技術(shù)要求，尤其是在主體結(jié)構(gòu)受力復(fù)核方面。以一幢高層建筑為例，兩座塔要連成一個整體，在塔樓間采取高區(qū)位、中區(qū)位與低區(qū)位進行三道樓體連接，其中高區(qū)連體部分一共四層，最高點與地面間距離175m，中區(qū)位置連體四層，最高點與地面間距離125m。因樓體高度不符合標準，很難進行施工。此時應(yīng)用BIM技術(shù)，降低了三道連體的施工項目難度，進而使工程順利開展。BIM 技術(shù)能專業(yè)模擬工程建設(shè)中的起吊過程，先對高區(qū)進行模擬，爾后模擬下2 層位置，采用塔式起重機安裝上2 層。

4.建筑場地分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性影響著建筑的安全性與穩(wěn)定性。利用BIM 技術(shù)對建筑工程周圍場地進行全面分析可以優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，提高設(shè)計水平，既保證建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量符合標準，又確保建筑工程周圍環(huán)境與地質(zhì)不被破壞。

5.建筑結(jié)構(gòu)性能分析

建筑結(jié)構(gòu)布局的合理性，將影響其抗震性能。如果設(shè)計師缺乏對抗震性能分析的意識，缺少人力、物力的投入，將會影響建筑的質(zhì)量與安全性能。設(shè)計過程可合理應(yīng)用BIM 技術(shù)，對建筑結(jié)構(gòu)進行虛擬施工，將施工計劃與實際進展進行對比，及時發(fā)現(xiàn)項目施工期間可能會遇到的問題，更清晰地了解項目總體建設(shè)信息，進而有針對性的調(diào)整各項建筑信息設(shè)計內(nèi)容，優(yōu)化現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

四、結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前建筑行業(yè)普遍引進BIM 技術(shù)，旨在通過此技術(shù)提高建筑工程整體效率與質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計水平，降低建筑工程建設(shè)成本，減少返工情況。本文結(jié)合BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進行研究，將建筑結(jié)構(gòu)中的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計模式轉(zhuǎn)向三維結(jié)構(gòu)設(shè)計模式，全面采用信息模型模擬建筑結(jié)構(gòu)，可以更為高效地完成建筑項目。