BIM技術在工業廠房建筑結構設計中的應用實踐

方 華

中國聯合工程有限公司

1 前言

住建部印發《住房和城鄉建設部工程質量安全監管司2020年工作要點》的通知要求大力推動綠色建造發展，推動BIM技術在工程建設全過程的集成應用。該技術主要對建筑圖紙的審核校對、工程規模、施工管理等形成指導，能夠保證工程技術、工程材料、工程人員安排等得到有效統籌，進而實現建筑工程造價的科學管理。其中對于建筑結構設計的BIM技術應用形成探討十分重要，其決定了結構建筑設計的穩定性、安全性、合理性。

2 BIM技術在建筑結構設計當中的作用

第一，建筑工程質量關乎著使用者、居住者的安危，將BIM技術融入建筑結構設計當中，可以對施工技術、材料質量、結構的合理性進行檢測，能夠發現設計圖紙當中的不合理之處，讓設計者對圖紙進行二次修改。

第二，因為現如今建筑工程當中的新材料、新技術、新設備、新工藝等不斷更新，通過BIM 技術可以使得這些對象可以充分融入建筑結構當中，提升整體建筑的環保性、耐用性，確保建筑工程的經濟效益、社會效益和環境效益。

第三，經過BIM 技術檢測的結構設計圖紙會形成優化施工組織設計方案，使得建筑工程結構施工當中所有的資源得到合理匹配，提高施工安全度，讓各部門對接更緊密，避免漏項[1]。

3 建筑結構設計中BIM技術應用實踐

圖1 亞洲最大垃圾電站當中的BIM技術

建筑結構設計主要分兩大部分，即：基礎設計和上部設計。過程里融入BIM 技術，對于結構合理性、工程質量水平、建筑工程和環境關系等都有積極影響。

3.1 基礎設計

（1）任何建筑工程都對基礎設計有一定的要求，正所謂萬丈高樓平地起，基礎設計不良就會導致建筑根基不穩，會降低建筑質量，或者在外力作用下可能坍塌。BIM 技術在提升基礎設計質量方面作用卓著，例如測繪當中將正確的地質、水文參數輸入系統，便可以計算出工程地基工程的規模、質量標準以及預計其中薄弱點、風險點，給出對應的解決措施。

（2）對于處于廠區內的建筑工程，BIM技術可以對地下各類管道展開分析，最終給出最為合理的基礎設計方案，避免土方工程挖斷管道管線[2]。

（3）基坑工程當中，利用BIM技術可以同時將設計、施工、監測三個部門統合起來，使得基坑工程立體化，將具體數據參數共享，使得施工階段各方主體可以并行不悖，最終形成最為合理的基坑設計方案，降低施工成本。垃圾焚燒電站和小型熱電站較一般工業廠房建設更為復雜，其需要在基礎設計方面投入巨大精力，為了提升其設計精度，電站工程當中便融入了BIM 技術，對地質、水文以及基礎工程和環境關系等進行模型設計，提高了基礎設計的精度。另外，在該工程的基坑工程里，BIM技術可以結合周圍環境參數計算基坑工程對周圍建筑的影響，避免土方工程過程里出現坍塌。

圖2 建筑上部建筑當中BIM建模技術

3.2 上部設計

上部建筑涉及了承重墻、剪力墻、頂梁、橫梁等構件設計。傳統設計當中基本上都是平面設計，不能立體顯示各構件的細微情況，會導致構件質量影響因素方面考慮不周，從而降低了構件質量，給建筑工程帶來了風險。融入BIM 技術以后有以下效果。

（1）能夠科學計算剪力墻強度，使得剪力墻施工當中混凝土鋼筋配比合理化，避免不足或者配比超標浪費。在剪力墻的設計當中，傳統都是通過剖面、立面、平面圖來展示，這就導致剪力墻的墻板斜支撐設計過程里容易缺乏切實數據保證，會導致設計失準。而將BIM 技術融入后，其能夠利用其具有的碰撞檢測功能來發現設計當中的不合理之處，使得設計人員調整設計，保證墻板斜支撐的強度。同樣，承重墻、頂梁、橫梁的設計當中，也會利用參數建模來計算每一個構件的合理性和強度，確保高層建筑物具有的壓力可以均勻分擔。以構件為基本單位來對建筑整體質量安全進行測算，這是BIM技術的強項，也是其能夠對工程造價予以控制的根本原因[3]。

（2）充分考慮到了電站使用過程中對結構造成的影響，使得構件的混凝土材料強度更高，鋼筋分布更合理，能夠均衡承擔荷載，避免局部裂縫，降低了垃圾滲濾液滲透造成腐蝕的概率。例如垃圾焚燒電站的垃圾坑設計當中，就必須要考慮到垃圾堆載的變化以及地下水的各方面影響，需要對坑壁及底板的承重、混凝土配比、鋼筋配置，裂縫控制等進行科學計算，這些工作由BIM技術來實現，會提高計算速度以及精度，保證了工程的質量安全。

（3）在小型熱電站和垃圾焚燒電站進行設計和應用階段提前檢查出各專業的“錯、缺、漏、碰”。例如在江西某垃圾焚燒電站的建設前期，利用BIM技術來進行構件碰撞實驗，發現多處工藝管道和夾層處的混凝土梁碰撞，通過各專業協調，調整梁頂標高和混凝土梁的位置，在施工安裝之前及時發現問題，減少后期設計修改工作量，避免施工階段不必要的返工，通過三維可視化界面實現各專業綜合協調和信息集成化的項目管理，減少了人力，材料的浪費，做到真正意義上的綠色建造。

3.3 組織設計

在建筑工程施工過程里，需要按照構件建設先后順序來組織施工，其需要對材料、人員、設備、場地等形成對應的安排。換言之，想要保證構件施工的質量和安全，必須結合建筑構件特點來針對性進行合理的施工組織設計。在這個過程里融入BIM技術便可以達成施工現場的各部門場地設計，避免了彼此施工互相干擾，使得物料利用更充分，避免了二次搬運導致的成本浪費。使得各施工部門能夠首尾銜接，全面推進工程進度，降低工程造價。

4 影響建筑結構設計中BIM技術應用水平的因素

總結歸納相關研究以及結合本身施工經驗，認為建筑結構設計當中影響BIM 技術水平的因素主要有操作者水平、軟件質量、企業實力以及組織水平等。

第一，操作者水平，指的是BIM技術操作人，視工程量而定，大型工程需要十幾人，每個人操作水平不一，自然會影響整體的設計效果。例如需要前期勘測數據的精準性，這是保證建筑結構設計質量前提，目前BIM技術還不能實現自主勘測，基本上都是傳統勘測后，將相應的參數錄入系統，系統再進行相應的計算、演示。若是操作者勘測出現問題，直接就會導致結構設計失準，埋下巨大的隱患。

第二，軟件質量指的是其兼容性、精確度。如果選擇的軟件質量不佳，會導致電腦不穩定，計算精度不足，都會對設計工作造成影響和困擾。

第三，企業實力。這一點很重要，因為目前BIM技術實現成本高，專業軟件以及專業團隊都必須用強大的資金實力來支撐，這導致一般施工企業難以承擔這樣的成本壓力。第四，組織水平，其中關鍵是建設單位、施工單位、設計單位的彼此協同問題，其對于BIM技術在結構設計當中作用發揮影響較為明顯[4]。

5 利用BIM技術提升建筑結構設計水平的策略

第一，培養專業操作者，這一點需要全社會為之努力。例如高校、施工企業等。在現代社會背景下，可以引導新型校企聯合，能夠在具體的實習實踐當中，融入BIM 技術操作，鍛煉學生的設計能力。

第二，軟件質量方面則需要政府引導，由專業軟件企業來負責研發和指導，保證軟件的兼容性和精確度。并且出臺法律明確BIM 技術軟件開發企業的主體責任，確保該軟件行業得到有效監控。

第三，積極整合資源，降低軟件系統融入成本，能夠實現施工企業間合作，建立統一的BIM技術團隊，共享資源。

第四，提高施工單位、設計單位、建設單位、監理單位的溝通程度，統一各方對BIM技術的標準，使得BIM技術可以充分融入建筑結構設計當中，確保建筑結構的合理性[5]。

6 總結

建筑結構設計當中融入BIM技術需要結合構件的具體要求來展開工作，需要將規范當中要求的參數錄入，確保BIM技術的精準計算和演示。所以BIM技術需要我國在建筑設計領域不斷完善有關規范，明確參數，這是確保建筑質量的根本前提。另外，需要對人才培養、軟件研發、企業聯合、信息技術融入等提出要求，這樣才能最終將BIM技術融入建筑結構設計當中，發揮出其具有的根本功能作用。