皮 丹

(山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030006)

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基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

皮 丹

(山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030006)

介紹了BIM技術(shù)的概念，從方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震分析四個(gè)階段，闡述了BIM技術(shù)視角下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，以達(dá)到高質(zhì)量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，保證整個(gè)建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量。

BIM技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工圖，抗震結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程表現(xiàn)出過程繁瑣、時(shí)間耗費(fèi)較長、協(xié)同設(shè)計(jì)效果差的問題，影響到了建筑結(jié)構(gòu)使用安全性。為此，為了消除建筑結(jié)構(gòu)使用風(fēng)險(xiǎn)，保證建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)性，應(yīng)注重引入BIM技術(shù)。BIM技術(shù)作為一種模型分析軟件，若應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，可模擬建筑結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息，并通過三維模型數(shù)據(jù)庫的建立，高效協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并共享建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，保證整個(gè)建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量。以下就是對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)問題的詳細(xì)闡述。

1 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)，是建筑信息模型的簡稱，它作為一種信息技術(shù)，若應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可通過建筑結(jié)構(gòu)各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)的整合，建立模型。而因模型中各項(xiàng)參數(shù)信息是相互關(guān)聯(lián)的，所以，可準(zhǔn)確的更新信息，并以協(xié)作方式，幫助操作人員做出相關(guān)決策。通俗來講，BIM技術(shù)就是利用計(jì)算機(jī)平臺真實(shí)模擬一個(gè)房子，然后，通過不斷的試驗(yàn)，優(yōu)化房子設(shè)計(jì)。因BIM平臺具備信息共享功能，所以，可幫助不同參與方協(xié)同完成整個(gè)生命周期的建筑設(shè)計(jì)工作。此外，就當(dāng)前的現(xiàn)狀來看，BIM技術(shù)的基礎(chǔ)是建筑，而在建筑模型分析中，主要是通過設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等幾個(gè)單元存儲建筑信息，且通過三維、實(shí)時(shí)、動態(tài)方式存放，達(dá)到不同階段的建筑信息處理目的[1]。除此之外，信息是BIM平臺的靈魂，模型是BIM平臺的結(jié)果。即BIM技術(shù)的最終目的，是將建筑信息轉(zhuǎn)換成直觀的模型，以BIM模型如，3D模型、4D模型、5D模型分析形式，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)工作。而在建筑設(shè)計(jì)階段，BIM軟件也包括了BIMStom，Autodesk Revit，Graphisoft ArchiCAD等等。為此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)強(qiáng)化對BIM技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用。

2 BIM技術(shù)視角下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

2.1 方案階段設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，應(yīng)注重應(yīng)用BIM技術(shù)完成建筑方案規(guī)劃工作。即在建筑方案規(guī)劃中，先由結(jié)構(gòu)工程師與建筑設(shè)計(jì)師多角度溝通、分析建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑功能、藝術(shù)形式等等，并將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以三維空間形式呈現(xiàn)在BIM軟件上，確定最終的結(jié)構(gòu)方案內(nèi)容。

2.2 初步階段設(shè)計(jì)

在BIM技術(shù)視角下，為了達(dá)到最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，應(yīng)從以下幾個(gè)層面入手完成建筑結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)工作：

1)加載BIM建筑模型。即在建筑結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)基于考慮構(gòu)件、設(shè)備等各種因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建主體構(gòu)件結(jié)構(gòu)模型。同時(shí)，保證模型的構(gòu)建符合功能和藝術(shù)的要求。然后，在BIM建筑模型構(gòu)建工作開展的基礎(chǔ)上，利用Revit軟件的可視化功能，把CAD文件導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)樣板中。隨之，設(shè)置識圖可見性。即參照其他模型的顯示，完成建筑模型的逐步修改；

2)布置受力構(gòu)件。即待BIM建筑模型加載完畢后，應(yīng)要求建筑師在BIM平臺上完成承重構(gòu)件、水平構(gòu)件、豎向抗側(cè)力構(gòu)件等的碰撞檢查，在具體的碰撞檢查中，可采取兩種碰撞檢查方法：a.利用BIM平臺可實(shí)現(xiàn)多個(gè)窗口的同時(shí)工作功能，顯示各個(gè)構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)，并鏈接其他三維模型，及時(shí)修改沖突現(xiàn)象。b.在受力構(gòu)件碰撞檢查中，也可通過碰撞檢查軟件檢查方式，定位各個(gè)受力構(gòu)件的沖突位置。此外，基于受力構(gòu)件碰撞檢查工作開展的基礎(chǔ)上，應(yīng)融合Revit和Navisworks優(yōu)勢，完成建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備的碰撞檢查工作。即依照項(xiàng)目樣板創(chuàng)建→建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備→模型整合分析→碰撞分析和專業(yè)協(xié)調(diào)優(yōu)化→最優(yōu)模型→出圖的流程，碰撞檢查建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果[2]；

3)檢查模型。即當(dāng)受力構(gòu)件布置環(huán)節(jié)完成后，應(yīng)利用BIM技術(shù)共享優(yōu)勢，借助有限元分析軟件全方位分析BIM建筑模型的幾何尺寸、邊界約束條件、荷載工況等結(jié)構(gòu)信息，并綜合模型分析結(jié)果，不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)模型的具體設(shè)計(jì)，最終將調(diào)整后的模型導(dǎo)入到BIM核心建模軟件中，完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的修改工作。

2.3 施工圖階段設(shè)計(jì)

在施工圖設(shè)計(jì)階段，為了達(dá)到最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，應(yīng)注重發(fā)揮BIM技術(shù)作用，優(yōu)化施工圖的具體設(shè)計(jì)。而因建筑結(jié)構(gòu)施工圖主要負(fù)責(zé)材料采購、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備制作的指導(dǎo)工作，所以，在BIM平臺上進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)發(fā)揮Revit Architecture和Revit Structure軟件作用，將建筑結(jié)構(gòu)平面視圖轉(zhuǎn)換成施工圖，并允許操作人員借助Revit平臺，瀏覽施工圖信息，且在施工圖瀏覽中，一旦發(fā)現(xiàn)某一建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，即對問題進(jìn)行相應(yīng)修改，并借助視圖間的關(guān)聯(lián)功能，及時(shí)更新其他圖紙的改動信息，高效性完成施工圖紙的設(shè)計(jì)工作[3]。即BIM技術(shù)與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式相比，協(xié)同設(shè)計(jì)能力較強(qiáng)，所以，應(yīng)注重利用BIM技術(shù)完成建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)工作。

2.4 結(jié)構(gòu)抗震分析

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展過程中，為了保證建筑使用安全性，將進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析工作，而在結(jié)構(gòu)抗震分析時(shí)，可嘗試引入BIM技術(shù)。即借助BIM平臺上的Revit軟件功能，逐一進(jìn)入到建筑模型、結(jié)構(gòu)幾何模型、結(jié)構(gòu)分析模型、多種有限元分析軟件、分析結(jié)果比對的結(jié)構(gòu)抗震分析流程中。同時(shí)，因Revit具備高水平建模功能，所以，在建筑結(jié)構(gòu)抗震分析工作中，可借助Revit軟件，自動生成所需分析建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙、工程量計(jì)算等，并借助軟件工況設(shè)置、邊界約束條件設(shè)置、荷載模型設(shè)置等作用，支撐結(jié)構(gòu)抗震分析工作的有序展開。此外，在具體的結(jié)構(gòu)抗震分析中，可先利用系統(tǒng)族文件，布置梁、板、柱等構(gòu)件結(jié)構(gòu)，并在符號表示法設(shè)置、荷載工況、荷載組合、分析模型設(shè)置、邊界條件設(shè)置等窗口中，添加對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置信息，待所有信息設(shè)置完畢后，參照IFC標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入到結(jié)構(gòu)抗震分析環(huán)節(jié)中[4]。最終，顯示幾何屬性、材料屬性、結(jié)構(gòu)分析模型實(shí)體、配筋信息、荷載、支座約束等分析結(jié)果，精確的顯示、判斷建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否符合國際抗震設(shè)計(jì)要求。即這一種建筑結(jié)構(gòu)抗震分析方法，分析結(jié)果更為精準(zhǔn)。同時(shí)，可全方位反映幾何屬性、荷載、支座約束等抗震性能，為此，應(yīng)強(qiáng)化對BIM技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用。

3 結(jié)語

因BIM技術(shù)，可共享建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息，協(xié)同整個(gè)設(shè)計(jì)流程，保證整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。所以，在我國建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展背景下，應(yīng)強(qiáng)調(diào)對BIM技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用。即將BIM技術(shù)貫穿到方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段等等，并利用BIM平臺，分析建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，達(dá)到高質(zhì)量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，且經(jīng)過三維可視化模型的構(gòu)建，精準(zhǔn)處理建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，保證結(jié)構(gòu)中構(gòu)件墻、梁等設(shè)計(jì)科學(xué)性。

[1] 李 靖.基于BIM技術(shù)的民用建筑設(shè)計(jì)研究[J].自動化與儀器儀表，2017，12(2)：108-110.

[2] 封 贇.基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)探討[J].建材與裝飾，2016，13(10)：134-135.

[3] 李 坤.BIM技術(shù)在地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2015，14(2)：103-108.

[4] 邱相武，趙志安，邱勇云.基于BIM技術(shù)的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)軟件開發(fā)研究[J].建筑科學(xué)，2012，15(6)：24-27，40.

Research on building structure design based on BIM Technology

Pi Dan

(Shanxi Zhongfangsente Architectural Engineering Design Institute, Taiyuan 030006, China)

This paper introduced the concept of BIM technology, from the program design, preliminary design, construction drawings design, structure seismic analysis four stages, elaborated the design method of building structures under the perspective of BIM technology, to achieve high quality building structure design, ensured the quality of architectural design.

BIM technology, building structure design, construction drawings, seismic structure

1009-6825(2017)16-0051-02

2017-03-16

皮 丹(1983- )，女，工程師

TP319

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