BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用探討

張 韋 山西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 引言

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，所需獲取的信息規(guī)模越來(lái)越大，處理和協(xié)調(diào)的內(nèi)容越來(lái)越多。而這些數(shù)據(jù)、信息又是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間最為基礎(chǔ)、關(guān)鍵的資源，需要在實(shí)際設(shè)計(jì)、施工過程中進(jìn)行有效利用，才能更好地降低工程建設(shè)成本、縮短項(xiàng)目建設(shè)周期，改善現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量，提高安全工作水平。BIM技術(shù)的出現(xiàn)、運(yùn)用對(duì)于建筑工程行業(yè)的現(xiàn)代化、信息化作用重大，其運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由二維轉(zhuǎn)向三維，推動(dòng)了建筑行業(yè)新一輪信息革命，幫助企業(yè)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等階段降低成本，推動(dòng)建筑工程領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展。

2 BIM技術(shù)概述

2.1 BIM技術(shù)定義

BIM技術(shù)暫時(shí)仍未有統(tǒng)一的定義，BIM技術(shù)利用三維模型對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等活動(dòng)進(jìn)行管理。BIM技術(shù)依托現(xiàn)代3D數(shù)字化信息技術(shù)，對(duì)工程項(xiàng)目不同階段的信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程特性、設(shè)施實(shí)體的數(shù)字化表述。

2.2 BIM技術(shù)特點(diǎn)

1）協(xié)調(diào)性：BIM技術(shù)運(yùn)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)功能協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)沖突，減弱建筑整體功能表述。2）模擬性：BIM技術(shù)以現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)構(gòu)建相應(yīng)模型，運(yùn)用過程中可以通過技術(shù)措施對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況進(jìn)行直觀的觀察、分析。設(shè)計(jì)人員通過模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)建筑施工期間可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行模擬，找出最為合理的解決措施。3）優(yōu)化性：BIM技術(shù)可以對(duì)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，提升建筑結(jié)構(gòu)實(shí)體的安全性、穩(wěn)定性。現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員無(wú)法對(duì)各類影響因素進(jìn)行掌握，利用BIM技術(shù)能夠最大限度地確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全，降低危險(xiǎn)因素對(duì)建筑自身的威脅。4）可視化：BIM技術(shù)利用3D技術(shù)進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)直觀、如實(shí)的反映，提升結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)表述。在可視化條件下，利于多方溝通、交流，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、系統(tǒng)性。5）可出圖性：根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案BIM可自動(dòng)生成圖紙，提升設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

3 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的運(yùn)用實(shí)踐分析

3.1 形成三維實(shí)體模型

BIM技術(shù)不同于CAD技術(shù)，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建時(shí)，BIM技術(shù)可以構(gòu)建三維實(shí)體模型，借助三維實(shí)體模型能夠?qū)⒔ㄖこ添?xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)情況呈現(xiàn)出來(lái)，直觀地表示不同構(gòu)件，并明確不同建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，BIM技術(shù)與可視化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，不僅能夠確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性，而且利用BIM技術(shù)建立三維實(shí)體模型能夠針對(duì)設(shè)計(jì)過程中存在的問題進(jìn)行分析、解決。

3.2 對(duì)建筑空間進(jìn)行規(guī)劃

建筑空間規(guī)劃在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要及時(shí)進(jìn)行關(guān)注，這也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始環(huán)節(jié)。在建設(shè)區(qū)域確定后，設(shè)計(jì)人員要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行空間規(guī)劃，若該區(qū)域的地形狀況較為復(fù)雜，需要開展較為深入的空間規(guī)劃分析。借助BIM技術(shù)對(duì)建設(shè)區(qū)域進(jìn)行空間規(guī)劃，分析建筑區(qū)域的坡向、坡高、斜率等參數(shù)，針對(duì)復(fù)雜地形建筑空間，提供有效的設(shè)計(jì)技術(shù)支持，進(jìn)而開闊設(shè)計(jì)人員思路。通過GIS技術(shù)進(jìn)行坡度分析，建立相關(guān)BIM模型，對(duì)各類參數(shù)進(jìn)行模擬，設(shè)計(jì)人員通過模型對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行全方位、多角度的研究，獲取大量基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，為后續(xù)正式的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空間規(guī)劃工作提供詳實(shí)資料。在建設(shè)區(qū)域地形分析工作完成后，設(shè)計(jì)人員即可開展空間規(guī)劃工作。另外，通過BIM技術(shù)還可以在建筑內(nèi)部進(jìn)行視野分析、可視度分析，類似于坡度分析，設(shè)計(jì)人員建立相應(yīng)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)功能的分析、調(diào)試，綜合多種因素，最終確定三維空間規(guī)劃實(shí)際情況。

3.3 研究分析建筑結(jié)構(gòu)性能

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要關(guān)注各設(shè)計(jì)構(gòu)件的組合情況，并關(guān)注實(shí)際建設(shè)需求，通過BIM技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行有效分析，將不同的建筑構(gòu)件進(jìn)行排列，最終形成所需的建筑結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)人員將各類性能分析數(shù)據(jù)輸入到BIM模型當(dāng)中，軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)性能分析結(jié)果，了解其可能存在的問題，呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員后，對(duì)其進(jìn)行研究，找出有效的方法進(jìn)行解決。通過這種分析、計(jì)算確保建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及抗震性能夠滿足工程建設(shè)要求。

3.4 建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模

建筑工程中針對(duì)大空間、大跨度的需求越來(lái)越多，而鋼結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)這些需求的重要趨勢(shì)之一。相較于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的布置、連接相對(duì)復(fù)雜，特別是各個(gè)部分的加強(qiáng)件布置難度較大。借助BIM技術(shù)建立建筑鋼結(jié)構(gòu)模型，可以對(duì)鋼梁結(jié)構(gòu)高度進(jìn)行測(cè)算，為鋼結(jié)構(gòu)連接件設(shè)計(jì)提供有效的計(jì)算依據(jù)，保證連接件能夠更好地適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，同時(shí)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)重要參數(shù)。設(shè)計(jì)人員通過BIM技術(shù)參數(shù)共享功能，可以控制鋼結(jié)構(gòu)連接件數(shù)量、距離等重要參數(shù)。BIM技術(shù)還能對(duì)連接件參數(shù)變更進(jìn)行及時(shí)更新，只需調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)，即可完成對(duì)連接件的構(gòu)建。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件，可以利用BIM技術(shù)繪制高質(zhì)量的大型樣圖，并針對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況合理確定加強(qiáng)件位置，提高鋼結(jié)構(gòu)建模設(shè)計(jì)效率。

3.5 建筑結(jié)構(gòu)與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，會(huì)涉及其他不同專業(yè)的人員、內(nèi)容，需要借助有關(guān)人員的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)最終的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初，利用BIM技術(shù)建立有效的信息共享系統(tǒng)，將涉及的數(shù)據(jù)、資料、設(shè)計(jì)要求均錄入系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行存儲(chǔ)，供不同專業(yè)人員查閱。若出現(xiàn)其他專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容變化，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)及時(shí)進(jìn)行更新，確保各專業(yè)設(shè)計(jì)信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)人員可在系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)不同專業(yè)的設(shè)計(jì)信息進(jìn)行及時(shí)掌握，并結(jié)合自身設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行有效調(diào)改。有效改善傳統(tǒng)模式下二維圖紙的協(xié)同設(shè)計(jì)，滿足相關(guān)設(shè)計(jì)工作開展的需求。BIM技術(shù)將不同專業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成可視化的內(nèi)容，提升了各專業(yè)人員的溝通、合作的效率，通過整合各方參與工程建設(shè)的人員、信息，實(shí)現(xiàn)建筑工程項(xiàng)目的協(xié)同作業(yè)。

3.6 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用注意點(diǎn)

BIM技術(shù)運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要在軟件當(dāng)中構(gòu)建相應(yīng)的建筑模型，選擇有效的算法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最終呈現(xiàn)出有效的建筑結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)，然后結(jié)合用戶需求形成動(dòng)態(tài)化結(jié)構(gòu)模型。要想實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的合理運(yùn)用，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行綜合考慮，確保建筑結(jié)構(gòu)模型空間的真實(shí)性，避免影響B(tài)IM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)BIM 系統(tǒng)模型能否形成施工圖紙進(jìn)行深入分析。深入研究施工材料、結(jié)構(gòu)性能、人員素質(zhì)等多種因素影響，對(duì)使用BIM系統(tǒng)時(shí)涉及的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確保建筑結(jié)構(gòu)性能可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

BIM技術(shù)構(gòu)建的模型當(dāng)中包含了建筑物理模型、建筑結(jié)構(gòu)分析模型、施工圖文檔完全數(shù)據(jù)模型，在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求開展工作，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)各種類型數(shù)據(jù)模型之間的有效連接。若無(wú)法保證建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)達(dá)到規(guī)范要求，可能會(huì)出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)丟失的情況。所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員一定要對(duì)BIM技術(shù)運(yùn)用中存在的問題進(jìn)行深入的研究、分析，結(jié)合建筑工程實(shí)際情況及時(shí)制定有效解決措施，發(fā)揮出各個(gè)模型的最大效用。

4 結(jié)語(yǔ)

人們對(duì)建筑質(zhì)量、舒適性的要求越來(lái)越高。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用BIM技術(shù)能夠提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)數(shù)字化、信息化發(fā)展。設(shè)計(jì)人員需要充分了解BIM技術(shù)，關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中BIM技術(shù)運(yùn)用的關(guān)鍵，促進(jìn)BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中獲得更多、更深入的運(yùn)用，保證建筑設(shè)計(jì)工作的整體性，同時(shí)具有更高的科學(xué)性、藝術(shù)性。