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

周勝利

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)在不斷的創(chuàng)新與完善，建筑領(lǐng)域的新技術(shù)和新的施工工藝層出不窮，BIM技術(shù)能夠提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和穩(wěn)定性，因此得到廣泛的關(guān)注和使用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；BIM技術(shù)；應(yīng)用

建筑信息模型（BIM）是一種以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為基礎(chǔ)，建立起三維模型，具有信息完整性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等特點(diǎn)。在三維模型中，該技術(shù)能夠完整的存儲(chǔ)項(xiàng)目的各種信息資料，將其應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)過程中，對(duì)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有極大地推動(dòng)作用。近幾年，政府的大力扶持，企業(yè)的高度重視，都推動(dòng)了BIM技術(shù)的高速發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)了不同專業(yè)，不同部門信息集成與共享的有效組合。設(shè)計(jì)人員、施工單位、業(yè)主均可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)信息的交流，對(duì)建筑設(shè)計(jì)的可實(shí)施性、工期預(yù)測(cè)、外形設(shè)計(jì)等都可以作相關(guān)的分析。

1 BIM技術(shù)的簡(jiǎn)要概述

建筑工程在現(xiàn)代不斷的發(fā)展，其規(guī)模不斷的擴(kuò)大，人們對(duì)于建筑物的要求不僅僅在于功能方面，建筑物結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體型也越來越多樣化，因而工程項(xiàng)目中涉及的信息量也越來越大。這些信息作為建筑企業(yè)重要的資源，如果能夠加以利用，不但能夠縮短工期，節(jié)省開支，還能夠保證施工質(zhì)量、避免安全事故的發(fā)生。所以，信息技術(shù)開始在建筑工程中展現(xiàn)巨大的優(yōu)勢(shì)，得到了建筑行業(yè)的一致肯定。如何才能夠科學(xué)迅速的處理建筑工程中的各類信息，控制成本并安排工期，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中及時(shí)的發(fā)現(xiàn)失誤以及不當(dāng)，避免對(duì)整個(gè)工程的影響就顯得尤為重要?；诖?，針對(duì)整個(gè)建設(shè)施工過程的全面信息管理便成為了當(dāng)代建筑企業(yè)不可或缺的內(nèi)容。作為整個(gè)工程信息源頭，建筑設(shè)計(jì)具有核心地位，也是BIM技術(shù)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。作為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的革命性技術(shù)，BIM技術(shù)使得設(shè)計(jì)從二維向三位方向轉(zhuǎn)變，同時(shí)作為整個(gè)建筑行業(yè)的信息革命，BIM正展現(xiàn)出無與倫比的生機(jī)活力。

2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)分析

2.1 可視化

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)只能通過紙張或者計(jì)算機(jī)2D/3D軟件完成，其主要作用是為后期施工提供相應(yīng)的規(guī)格尺寸及效果展示，但還需要借助人們的空間想象才能將整個(gè)建筑在自己的腦海中呈現(xiàn)。BIM技術(shù)的出現(xiàn)為建筑模型的直觀展現(xiàn)提供了平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念能夠直接在建筑模型中展示出來，有助于建筑企業(yè)內(nèi)部的人員交流，并對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行討論，做出最佳決策。

2.2 協(xié)調(diào)性

協(xié)調(diào)工作首先反映在設(shè)計(jì)部門內(nèi)部的專業(yè)人員的組織和協(xié)調(diào)，并在內(nèi)部形成有效的標(biāo)準(zhǔn)文件，以推動(dòng)建設(shè)項(xiàng)目的進(jìn)程。BIM技術(shù)也可以在建筑布局和空間協(xié)調(diào)效果中設(shè)置，例如樓梯井計(jì)劃、防火區(qū)布置、管道布置、線路布置等輔助布置等，把握好BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性能夠使建筑的各個(gè)要素發(fā)揮出應(yīng)用的作用和效果。

2.3 信息集成

BIM技術(shù)一個(gè)很大的特點(diǎn)是對(duì)于各個(gè)方面的信息進(jìn)行整合，一方面是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程方面的數(shù)據(jù)整理，另外一方面是對(duì)設(shè)計(jì)信息方面的整理。在數(shù)據(jù)建模工程中，我們必須把握住每一道工序都有其實(shí)踐的可行性并且能夠保證整個(gè)建模的有序進(jìn)行。計(jì)算機(jī)主要是有三個(gè)維度，利用多個(gè)幾何信息建立信息模型，我們無法忽視的是，在建筑結(jié)構(gòu)中所使用的建筑材料，他們各個(gè)連接結(jié)構(gòu)中的尺寸，以及建筑過程中所用的構(gòu)件數(shù)量等等，這些需要再數(shù)據(jù)建模時(shí)奠定一定的基礎(chǔ)，從過去傳統(tǒng)的CAD制圖，到現(xiàn)在逐漸使用的BIM技術(shù)，我們可以明顯看到在設(shè)計(jì)上面的顯著進(jìn)步。

3 BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)理念

3.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)從實(shí)質(zhì)上講是一個(gè)構(gòu)件組合設(shè)計(jì)，建筑信息模型是由無數(shù)個(gè)虛擬構(gòu)件拼裝而成，其構(gòu)件設(shè)計(jì)并不需采用過多的傳統(tǒng)建模語(yǔ)言，如拉伸、旋轉(zhuǎn)等，而是對(duì)已經(jīng)建好的構(gòu)件（稱為族）設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，并使參數(shù)可以調(diào)節(jié)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)構(gòu)件形體發(fā)生改變，滿足設(shè)計(jì)要求。參數(shù)化設(shè)計(jì)更為重要的是將建筑構(gòu)件的各種真實(shí)屬性通過參數(shù)的形式進(jìn)行模擬，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。在建筑信息模型中，建筑構(gòu)件并不只是一個(gè)虛擬的視覺構(gòu)件，而是可以模擬除幾何形狀以外的一些非幾何屬性。對(duì)參數(shù)定義屬性的意義在于可進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)和分析，如材料表統(tǒng)計(jì)，在建筑信息模型中是完全自動(dòng)化的，而參數(shù)化更為強(qiáng)大的功能是可進(jìn)行結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、疏散等方面的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，甚至可以進(jìn)行建造過程的模擬，最終實(shí)現(xiàn)虛擬建造。

3.2 構(gòu)件關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)

構(gòu)件關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)是參數(shù)化設(shè)計(jì)的衍生。當(dāng)建筑模型中所有構(gòu)件都是由參數(shù)加以控制時(shí)，若將這些參數(shù)相互關(guān)聯(lián)起來，就實(shí)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)。換言之，當(dāng)工程師修改某個(gè)構(gòu)件，建筑模型將進(jìn)行自動(dòng)更新，而且這種更新是相互關(guān)聯(lián)的。如遇到修改幕墻分格，在建筑信息模型中，只要修改分格的數(shù)值，所有的墻、柱、窗、門都會(huì)自動(dòng)發(fā)生改變，因?yàn)檫@些構(gòu)件的參數(shù)都與分格相關(guān)聯(lián)，而且這種改變是三維的，并且是準(zhǔn)確和同步的，無須再去分別修改平立剖。關(guān)聯(lián)性設(shè)計(jì)不僅提高了工程師的工作效率，而且解決了長(zhǎng)期以來圖紙之間的錯(cuò)、漏、缺問題。

4 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可視化

BIM技術(shù)是基于三維模型技術(shù)而成的應(yīng)用于現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域的新興技術(shù)，其可以利用三維模型技術(shù)來將真實(shí)的建筑構(gòu)件展現(xiàn)給用戶，由于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都是以CAD軟件進(jìn)行繪圖，該種方法很難將建筑結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息展示給不同用戶，而BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期階段便通過建立建筑結(jié)構(gòu)的三位實(shí)體模型，來幫助各層次用戶通過直觀的角度對(duì)建筑構(gòu)件信息、功能布局有一個(gè)準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)與了解。很多大型建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以利用BIM技術(shù)來對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，幫助用戶利用直觀的角度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)，從而幫助設(shè)計(jì)單位選取最佳的設(shè)計(jì)方案，并且可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的質(zhì)量缺陷與設(shè)計(jì)缺陷，對(duì)進(jìn)一步提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量有著重要意義。

4.2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)信息模型中會(huì)有一個(gè)包含所有設(shè)計(jì)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，所有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)都是相關(guān)聯(lián)的，設(shè)計(jì)人員可以利用該數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息來對(duì)建筑結(jié)構(gòu)形體進(jìn)行構(gòu)建，而且在設(shè)計(jì)過程中會(huì)對(duì)不同的參數(shù)予以一些約束，從而確保BIM系統(tǒng)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以及時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)。BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中最大的特點(diǎn)，是可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高安全性、高可靠性的設(shè)計(jì)信息輸出，對(duì)提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)字化發(fā)展有著重要意義。

4.3 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建模中的具體應(yīng)用

現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)已成為一個(gè)大跨度建筑物的主要結(jié)構(gòu)形式，其在建模中往往需要面臨結(jié)構(gòu)鏈接和加強(qiáng)件布置等多個(gè)方面的難點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中需要涉及到梁柱連接、梁梁鉸接以及梁梁剛接等多種連接形式，所以在設(shè)計(jì)中往往需要根據(jù)梁的高度，來將各個(gè)連接件進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)并要將其參數(shù)化。BIM系統(tǒng)在應(yīng)用中可以利用參數(shù)共享，來對(duì)螺栓的數(shù)量與間距來進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)人員只需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)便可以形成新的連接件，而在加強(qiáng)件、連接件設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員只需要畫出大樣，而在鋼結(jié)構(gòu)施工中技術(shù)人員只需要對(duì)相應(yīng)位置設(shè)計(jì)進(jìn)行參考，便可以來確定加強(qiáng)件、連接件的準(zhǔn)確位置，這對(duì)進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量及施工效率有著重要作用。

4.4 BIM技術(shù)在利用及節(jié)約材料方面的應(yīng)用

在評(píng)價(jià)綠色公共建筑的標(biāo)準(zhǔn)中，涵蓋有建筑材料使用比例的具體標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)入施工環(huán)境是安全的，且不降低施工質(zhì)量的情況下，就可保證建筑總體重量超過10%是可持續(xù)利用的標(biāo)準(zhǔn)。假如使用以往的手段與技術(shù)，是難以實(shí)現(xiàn)計(jì)算精度的顯著提高，從而無法滿足新時(shí)期綠色公共建筑的設(shè)計(jì)需求。假如能將BIM技術(shù)應(yīng)用到綠色公共建筑設(shè)計(jì)過程中，就可使得上述問題迎刃而解。究其原因，是因?yàn)锽IM技術(shù)具有十分強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)資料及信息數(shù)據(jù)的功能，在有限的時(shí)間內(nèi)就可將建筑施工中需要的各種建材的數(shù)量精準(zhǔn)計(jì)算出來，從而給工程建材配置提供了科學(xué)的指導(dǎo)，以促使公共建筑順利通過綠色建筑評(píng)價(jià)工作。另一方面，BIM技術(shù)可井公共建筑的暖通、電氣、給排水、結(jié)構(gòu)等有機(jī)融合在一起，其具有解決設(shè)計(jì)中各種專業(yè)設(shè)計(jì)方案存在矛盾及檢查管線敷設(shè)情況等的作用，所以可在有效避免施工過程中因各種沖突導(dǎo)致的返工及材料浪費(fèi)等情況的發(fā)生，最終顯著節(jié)約綠色公共建筑在各種建筑材料的用量。

4.5 對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中難點(diǎn)的處理

1）應(yīng)用BIM技術(shù)的三維設(shè)計(jì)工具軟件用了較多的模塊參變量和系統(tǒng)參數(shù)，與二維創(chuàng)建視圖技術(shù)有很大的不同，軟件需要兼顧與二維設(shè)計(jì)習(xí)慣的一致性，所以模塊參變量和系統(tǒng)參數(shù)比常規(guī)工具軟件要復(fù)雜很多，這就使得應(yīng)用中因?yàn)橄到y(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或參數(shù)與參數(shù)之間不匹配而導(dǎo)致很多意想不到的問題。

2）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，很多結(jié)構(gòu)形式十分特殊，這就需要特殊的結(jié)構(gòu)模塊對(duì)其進(jìn)行控制，但是三維圖形和剖面視圖不能形成理想的施工效果，很多設(shè)計(jì)者會(huì)因此放棄BIM技術(shù)，而使用原始的二維繪圖設(shè)計(jì)方案。

3）結(jié)構(gòu)工程師在建立BIM模型時(shí)，注重的問題主要是結(jié)構(gòu)模型能否自動(dòng)生成平法施工圖文檔，以及能否正確轉(zhuǎn)化為可以被結(jié)構(gòu)分析軟件認(rèn)可的結(jié)構(gòu)分析模型。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，安全性分析計(jì)算是首要環(huán)節(jié)和重要問題。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)居民對(duì)建筑行業(yè)要求越來越高，對(duì)建筑設(shè)計(jì)提出了更高的要求。其中，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的非常廣泛，在設(shè)計(jì)的過程中，需要充分把握這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不斷完善和規(guī)范這項(xiàng)工藝。同時(shí)，需要采取合適的措施，使各方面達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性和科學(xué)性，促進(jìn)建筑行業(yè)健康長(zhǎng)久的發(fā)展。

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