建筑結構設計管理現狀及應對策略

文／賓民 吉好地建筑設計武漢有限公司長沙分公司 湖南長沙 410004

1、建筑結構設計的定義

建筑結構設計是建筑結構設計師對擬建造建筑的表達。《設計術語和建筑結構符號標準》（GB/t50083-97）中建筑結構的設計定義為：“建筑結構的總平面布置、技術分析、計算、構件和設計的全過程，并在安全性、適用性、耐久性、經濟性和施工可行性的要求下尋求優化。

建筑結構工程包括以下三個要點：

（1）方案設計階段：考慮建筑物整體結構的可行性，柱、墻等構件分布的合理性，以及樓板梁的支撐條件，為了進一步深化建筑專業，并為所有專業制定可行且普遍合理的施工制度。

（2）初步設計階段：工作人員應該綜合該地區建筑建設基本情況，選擇一些人性化的設計要點。并且要求設計人員應該具體掌握建筑結構設計物的內部構造，例如墻體硬度、承重墻分布等，從而得出各個區域所能接受的建筑結構設計建筑結構設計要點。

（3）施工設計階段：任何建筑結構設計工作均往往離不開施工設計階段,在施工設計階段,相關設計人員不僅往往需要將所有相關的建筑設計工程圖紙資料進行明確和整理完善,也還需要詳細制定并列出設計工程中需要應用的建筑材料、機械等等的相關技術內容,并根據施工設計實際情況變化來準確預估整個設計項目中的設計的相關信息。

2、問題分析

（1）由于工作人員沿襲傳統的結構設計方法和手段，導致建筑設計階段的工作量較大，工作效率低，工程進度慢。基于傳統的二維設計方法，結構和構件的布局和表達必須從平面和剖面兩個方面進行提取，如果不仔細，就會出現平面位置和剖面位置不協調、設計錯誤等問題。

（2）設計手段的問題。設計和分析的缺陷意味著，同時建筑結構設計手段仍沿襲過去的建設模式，建筑結構設計概念尚未形成。現有的建筑業還是呈現高投資、高消耗的特點。此外，我國的建筑市場體系也不夠完善，缺乏項目成本計算、成本審查等環節，從而導致房屋建筑結構設計相關方案不夠完善。

（3）項目管理的問題。我國建筑行業的項目管理機制主要是參考過去的建筑結構設計項目管理機制，該系統沒有一套系統的項目管理標準，缺乏對建筑結構設計發展中的先進技術及施工材料的有效評估。另外，項目管理制度在創新方面的內容較少，尤其是與歐美國家的評估系統相比；同時，由于在一些設計公司中，各專業的內部審核人員很少，有時還會有設計任務。面對大量需要修改的圖紙，有必要將建筑圖紙與se e進行比較，以確定它們是否一致，因此，經常會出現修改粗心和不完整等問題。

3、應對策略——基于BIM結構設計管理

總裝車間BIM項目的基本總結：項目名稱為總裝車間。車間是一座單式建筑，分為兩層。50年為該項目的使用年限。車間的生產類別為E類，建筑耐火的等級為二級，建筑的抗震設防烈度為七度。本項目總建筑面積40732.33m2。工廠的主體結構是網架結構，貼近的附屬建筑的結構是框架結構。主廠房車間屋架下弦標高為8.7m，廠房輔內部標高為3.7m。

3.1 設計流程

為了使建筑結構設計模式更加全面、科學，設計師應充分借助BIM技術的日照分析、地質分析、結構分析等功能滿足現代消費群體的多樣化需求；另一方面，建筑方還可以在不同的設計階段進行相應的設計應用分析，根據項目特點確定BIM應用點，提高建筑設計工程的質量。

首先，在本工程結構設計部分，計算軟件將采用PKPM結構計算軟件、YJK和3-D3S鋼結構演算軟件；由于目前軟件與稍微復雜的結構設計之間存在數據轉換接口問題，將Revit的結構模型直接導入計算軟件在實際應用之后發現效果并不是很理想。結構模型需要做大量的調整和補充。當工作不仔細時，很容易導致部件調整錯誤或缺少部件等問題，這不僅不能提高工作效率，反而增加了大量額外工作（如圖1所示）。

圖1 YJK盈建科和PKPM結構計算軟件結果輸出導入Revit的情況

因此，項目不會直接為計算軟件導入Revit的結構模型。例如，根據Revit中的結構鋼網格模型，在鋼結構的演算軟件3D3S中對結構模型重新進行計算和建模。計算完成后，借助TSSD數據插件以RVT格式輸出結果，然后連接到Revit，形成結構模型；此時，結構模型與計算軟件中的源模型非常不同，每個弦桿都可以看到特性并進行修改和調整。但目前無法根據模型尺寸直接導入，只能手工生成（如圖2所示）；但總的來說，只需調整和稍微完善網絡結構。項目的工作量較少，出錯率相對較低。最后，通過CAD對BIM結構模型進行二維設計，包括主體結構的平面、剖面和構件平面、節點詳圖和構件連接詳圖，并在設計后附在BIM模型上，形成完整的BIM結構模型。

圖2 微調和補充完整后的網架結構模型

其次，在對結構項目的BIM部分進行建模和修改時，經BIM經理和結構總監討論后，BIM的結構模型分為網格結構模型、主體上部結構模型、主體基礎設施模型和輔房結構模型。

對于項目結構設計過程，項目設計階段過程如圖3所示，初步設計階段過程如圖4所示，設計過程和施工階段如圖5所示。

圖3 方案設計階段流程圖

圖4 初步設計階段流程

圖5 施工圖設計階段流程

關于結構方案的設計階段，設計師分別根據建筑方案的BIM模型、結構設計的基本條件等進行結構的設計建模；模型應由負責結構專業的人員以及BIM中心的結構專業人員控制。經核實后，由結構專業負責人對結構模型進行匯總整合，整合后的結構方案模型加載到中心文件中；BIM經理會進行各專業的模型組合，并與相關的各個專業負責人協調和審查模型；在各負責人進行評審后，各專業必須根據評審的意見進行修改，并在初步設計階段插入設計和建模工作。

在初步設計階段，各設計單位根據建筑設計等專業的設計模型，結合地勘報告和工程荷載信息，進行初步結構建模；根據初步模型，在計算軟件中進行建模計算的結構分析；計算和分析后，計算結果應輸出到插件RVT格式文件，然后鏈接到Revit軟件。由于軟件之間的接口轉換問題，在連接到Revit軟件的結構模型中，某些組件可能丟失或與源文件不一致，需要手動調整和補充；結構模型完全調整和完成后，應將模型提交給結構專業負責人；結構專業負責人和BIM中心結構專業人員進行驗證模型問題。經核實后，由結構專業負責人對結構模型進行匯總整合，整合后的結構方案模型加載到中心文件中；BIM經理應結合各專業的模型，并根據各專業的原則對模型進行協調和評審；審查后，各專業必須根據審查意見進行修改，并在建設項目階段插入設計和建模工作。

于施工設計階段，各設計人員依據結構的設計模型，在計算軟件中進行結構建模和計算分析；計算和分析后，計算結果應輸出到插件RVT格式文件，然后鏈接到Revit軟件；結構模型完全調整和完成后，應將模型提交給結構專業負責人；模型應由負責結構專業的人員和BIM中心的結構專業人員控制。經核實后，由結構專業負責人對結構模型進行匯總整合，整合后的結構方案模型加載到中心文件中；;對設計模型進行變更之后，基礎平面布置二維施工圖、結構總平面二維施工圖，管道支架平面的二維施工圖和結構主要部件的二維施工圖將會從Revit中的結構施工設計模型生成，以及需要深入設計的施工圖，因為節點的其他細節由二維CAD軟件設計；繪制完成后，連接到Revit，形成完整的BIM結構設計模型；BIM結構的完整設計模型應由結構專業負責人控制，所有二維施工圖應由結構專業負責人驗證，并由結構專業負責人修訂；最后，BIM結構的完整設計模型和二維建筑設計必須一起交付。

通過召開座談會、個別談話、走訪等形式的調研知道，改革轉型時期的企業員工的思想動態主要表現為以下幾種形式：

3.2 BIM結構模型的質量管理

本項目結構設計部分的項目質量管理主要基于上述管理流程各階段的專業項目評審環節。結構專業負責人、BIM中心的結構專業人員和結構專業審查員應根據項目操作點2015 BIM和2016標準BIM質量評估對結構BIM模型進行驗證和審查。然而，在《2016年項目質量評估標準》中，僅對結構項目進行了四個方面的評估:

（1）BIM的結構模型生成會影響項目主體結構的主體構件平面布置圖，操作方法需按照《2015 BIM設計操作要點》來完成;

（2）基礎的平面布置圖須由BIM模型生成以及管道支架的平面布置圖須由BIM模型生成，操作方法需按照《2015 BIM設計操作要點》來完成；

（3）工作集命名是否符合標準，是否有結構構件竄入其他工作集，操作方法需按照《2015 BIM設計操作要點》來完成。

針對本項目制定了BIM結構設計流程，并與項目公司的相關BIM規范和標準合作后，因此，BIM技術應用不僅解決了因資源不足帶來的損失，還帶來巨大的經濟效益和環境效益。BIM技術應用在建筑工程管理過程中，將環保理念和節能意識有機聯結，促使工程以低成本和高效率的實施標準呈現，最終實現社會、經濟和生態三方面的有機統一。從建筑結構設計管理的角度來看，BIM技術應用通過對資源的低碳循環利用，也降低建筑工程設計工程的用工成本。

結語：

簡言之，結構設計在工程項目的建設中至關重要。由此可見，提升建筑結構設計質量是尤為關鍵的。盡管目前我國各個地區建筑結構設計工作還存在諸多不足，對建筑結構設計部門的人才、質量和安全管理還是應與時代同步發展，并且應積極將BIM技術應用到各個階段的結構設計工作之中，從而提高建筑結構設計效率。