建筑結(jié)構(gòu)中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

潘曉明

摘 要：BIM技術(shù)作為一種新興的建筑開發(fā)工具被應(yīng)用于建筑工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，以優(yōu)化建筑業(yè)的發(fā)展。本文主要闡述了BIM技術(shù)的基本涵義，并對(duì)BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢(shì)及實(shí)施方案進(jìn)行了客觀分析，希望為BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu) BIM 設(shè)計(jì)

前言

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑的基礎(chǔ)。隨著人們對(duì)生活、工作品質(zhì)要求的提高，建筑結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜化，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式，已經(jīng)難以滿足復(fù)雜的需求。BIM技術(shù)的出現(xiàn)成功地解決了這一難題，并極大的提升了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和可靠性。

一、BIM技術(shù)概述

BIM （Building Information Model）即建筑信息模型，由國外的科研學(xué)者提出，后傳入我國，它引起了建筑業(yè)的極大變革和發(fā)展。 BIM可以看做是是一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)，成為一個(gè)可共享的可拓展的信息共享源，為建設(shè)項(xiàng)目提供所需的必要決策依據(jù)，同時(shí)關(guān)聯(lián)的各方也可以從模型中進(jìn)行檢查和反思，協(xié)同作業(yè)，它反映了不同職責(zé)的工作人員在工作中的表現(xiàn)。換言之，BIM是技術(shù)、方法、機(jī)制等的結(jié)合體，為建筑項(xiàng)目的順利進(jìn)展提供了保障。它的提出，成功使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)走向三維立體化設(shè)計(jì)[1]。

二、BIM技術(shù)在在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)

1、數(shù)據(jù)信息整合數(shù)字化

隨著建筑物功能需求的增加，建筑的結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜化。因而在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的相關(guān)信息點(diǎn)也更多、更復(fù)雜。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段的信息整合主要是基于人工的，所以信息整合的效率和準(zhǔn)確性都不足。BIM技術(shù)是一種數(shù)字化的處理技術(shù)，可以自動(dòng)獲取、捕捉多種信息，并進(jìn)行整合。

2、設(shè)計(jì)可視化、圖紙調(diào)整更加便捷

過去，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)主要是基于CAD的二維平面化的設(shè)計(jì)方式，對(duì)于建筑的某些結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)只能通過經(jīng)驗(yàn)和想象來判斷。而BIM技術(shù)以一種3D的立體形式，將已經(jīng)設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)展示在設(shè)計(jì)者的面前，使其可以直觀的對(duì)建筑物進(jìn)行分析和策劃，使設(shè)計(jì)的契合度與完整度增加。另外，從圖紙到實(shí)際施工，往往需要經(jīng)過多次的調(diào)整。圖紙的改動(dòng)是牽一發(fā)而動(dòng)全身的，而傳統(tǒng)的方式，只能通過人為手工的對(duì)所有的細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整和修改。并且需要在圖紙上進(jìn)行多次的手動(dòng)修改，傳遞起來十分的困難，也難免存在疏忽而導(dǎo)致部分問題遺漏。而通過BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員僅需要進(jìn)行局部的修改，系統(tǒng)就可以自動(dòng)的捕捉信息，進(jìn)行自動(dòng)的適應(yīng)性調(diào)整。并且給出更加人性化的參考設(shè)計(jì)方案。使得建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和調(diào)整更加的便捷。

3、操作簡便、設(shè)計(jì)流程更順暢

BIM技術(shù)操作起來十分的簡便，一般的從業(yè)人員經(jīng)過幾次培訓(xùn)就可以快速的進(jìn)行掌握。通過BIM技術(shù)，可以有效地簡化設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)工作，并最大限度的將信息資源集合在了計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，使設(shè)計(jì)人員可以更加方便的獲取到所需的信息，并提供相應(yīng)的輔助操作工具，這就使得施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)入流線化、統(tǒng)一化且可循環(huán)利用的工作方式，在設(shè)計(jì)過程中，參與設(shè)計(jì)的人員可以利用交互技術(shù)，進(jìn)行及時(shí)的交流，使整個(gè)流程得到優(yōu)化，工作進(jìn)度得以加速。

三、BIM在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

BIM的設(shè)計(jì)是基于IFC標(biāo)準(zhǔn)建立的，以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)模型的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行的模型渲染構(gòu)建。以這種方式構(gòu)建出的模型效率高、導(dǎo)出容易，也更容易適應(yīng)于其他建筑軟件之中。BIM的模型構(gòu)建需要完成四個(gè)部分：計(jì)算結(jié)果模型、結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型、材料信息模型和屬性定義模型，從而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的完成創(chuàng)設(shè)。①結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型。建筑的基本構(gòu)成要素，這包含建筑中的墻體、立柱、房梁等，通過結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型使各元素進(jìn)行有機(jī)的關(guān)聯(lián)；②計(jì)算結(jié)果模型。對(duì)經(jīng)過計(jì)算機(jī)計(jì)算出來的建筑內(nèi)部力學(xué)性能分析結(jié)果和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、藕合，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)建的最優(yōu)化設(shè)計(jì)；③材料信息模型。對(duì)建筑使用的混凝土材料和鋼筋材料的相關(guān)信息構(gòu)建模型；④屬性定義模型。這部分的模型建立建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)屬性參數(shù)，并為模型的再擴(kuò)展提供可擴(kuò)展接口。它是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整的關(guān)鍵[2]。

2、BIM技術(shù)的實(shí)施步驟

基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程充分的改善了只依靠CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的弊端，實(shí)現(xiàn)了十分簡便的設(shè)計(jì)流程操作。首先是構(gòu)建一個(gè)合理的建筑信息模型，它應(yīng)包括上文提到的全部模型；其次，對(duì)已經(jīng)初步構(gòu)建好的模型進(jìn)行IFC格式的導(dǎo)出，以便進(jìn)一步耦合和關(guān)聯(lián)；第三，針對(duì)導(dǎo)出的文件利用建筑信息模型的信息集成、提取平臺(tái)將模型中的結(jié)構(gòu)構(gòu)建信息分離出來，從而建立基于建筑信息模型技術(shù)的建筑模型。另外，要通過對(duì)建筑信息模型的提取工作形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)匯總的幾何模型，并且依據(jù)信息系統(tǒng)的可補(bǔ)充、定義的功能來定義相關(guān)的荷載和約束信息。在上述步驟已經(jīng)完成后，通過計(jì)算機(jī)作為輔助，來對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行整合。此過程中，需要發(fā)揮設(shè)計(jì)師的主觀能動(dòng)性，通過經(jīng)驗(yàn)及技能完成方案的進(jìn)一步調(diào)整，以達(dá)到最終形成一個(gè)完善的設(shè)計(jì)模型。為了體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的協(xié)同作業(yè)對(duì)建筑優(yōu)化的作用，本過程可以安排多名設(shè)計(jì)師對(duì)建筑模型進(jìn)行同時(shí)作業(yè)，在完成自己設(shè)計(jì)的部分的同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作的有效集成和統(tǒng)一，提升整體的工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，尤其是現(xiàn)階段的建筑設(shè)計(jì)工作經(jīng)常會(huì)遇到無法對(duì)建筑進(jìn)行拆分設(shè)計(jì)的情況，這種工作方式非常的有效[3]。

3、建筑結(jié)構(gòu)中BIM技術(shù)應(yīng)用的效果分析

為了更好的進(jìn)行離退休干部的服務(wù)工作，某地計(jì)劃建造一離退休干部活動(dòng)中心。計(jì)劃占地面積1500㎡，屬于縱向型結(jié)構(gòu)，縱向長度可達(dá)90m，橫向?qū)挾雀鶕?jù)建筑的功能區(qū)域劃分從10m-15m不等。為一般的鋼筋混凝土框架式結(jié)構(gòu)。在本次設(shè)計(jì)中，采用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑模型的構(gòu)建，并通過相關(guān)的力學(xué)分析及數(shù)據(jù)計(jì)算確定其中各構(gòu)建的參數(shù)。形成BIM模型，并在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照和參數(shù)對(duì)比后，就可以通過系統(tǒng)導(dǎo)出相應(yīng)的IFC模型。在進(jìn)行關(guān)聯(lián)和藕合后，對(duì)已經(jīng)完善的圖紙針對(duì)場(chǎng)地的具體情況進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整中發(fā)現(xiàn)，建筑的東北角受光照影響，存在明顯的采光不足，不利于老年人的活動(dòng)，因而進(jìn)行窗口位置的調(diào)整。本次設(shè)計(jì)歷時(shí)88天，包括前期的勘測(cè)和后期的調(diào)整，與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，進(jìn)度大幅度提升，且圖紙的契合度與施工要求的契合度要更高。足見BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有極大的實(shí)踐價(jià)值。

4、建筑結(jié)構(gòu)中BIM技術(shù)應(yīng)用存在的難點(diǎn)

BIM技術(shù)以有限元結(jié)構(gòu)分析模型為基礎(chǔ)來進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)的，那么實(shí)現(xiàn)BIM結(jié)構(gòu)模型與有限元結(jié)構(gòu)分析模型、BIM結(jié)構(gòu)模型和結(jié)構(gòu)施工圖文件的銜接是可行的。但是在實(shí)際操作中，卻發(fā)現(xiàn)此過程會(huì)受到一定的條件限制，只有常規(guī)構(gòu)件才能夠?qū)崿F(xiàn)雙向互聯(lián)，當(dāng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)丟失越多。這也是今后BIM技術(shù)在應(yīng)用中所必須面對(duì)的問題。

結(jié)束語

BIM技術(shù)發(fā)展的短短數(shù)十年間，建筑領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。作為建筑領(lǐng)域的新型技術(shù)，它已經(jīng)成功改善了我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中效率低下、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)信息化、智能化的建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)上的支持，但是BIM技術(shù)仍然存在許多的缺點(diǎn)和不足，需要通過人為不斷的調(diào)整來優(yōu)化，以促進(jìn)其更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]陳武.小議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的合理應(yīng)用[J].城市建筑， 2016（9）：65-65.

[2]劉麗. 關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究[J].工程技術(shù)：全文版， 2017（3）：00028-00028.

[3]王麟.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用及相關(guān)問題研究[J].工程技術(shù)：引文版， 2016（12）：00286-00286.