BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘 要：在經(jīng)濟的全方位推動下，建筑領(lǐng)域發(fā)展較快。在其結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了貼合與時俱進的客觀要求，BIM技術(shù)大量應(yīng)用，可以輔助建筑工程完成高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化推向新的高度。在具體實踐環(huán)節(jié)中，借助BIM技術(shù)，能夠保證設(shè)計狀況的理想化與良好性，同時深度挖掘設(shè)計方案潛在價值，將建筑工程結(jié)構(gòu)可行性與平穩(wěn)性提升。基于此，本文將圍繞BIM技術(shù)開展細(xì)致、綜合性研究，以便為建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供有價值的參考。

關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu);建筑工程;BIM技術(shù)

在當(dāng)今社會，建筑物的建設(shè)效果可以影響城市影響，給生活提供保障，顯得非常重要。在實際工作中，想要將建設(shè)能力增強，就要加強設(shè)計環(huán)節(jié)的優(yōu)化工作，將提高結(jié)構(gòu)設(shè)計水平作為核心任務(wù)，對工程施工全方位保障。在現(xiàn)代化科技涌現(xiàn)的今天，BIM技術(shù)應(yīng)用廣泛，占據(jù)核心地位，在動態(tài)控制模型建造方面優(yōu)勢突出，可以滿足綠色可持續(xù)設(shè)計的相關(guān)工作要求，值得大范圍推廣。

1 BIM技術(shù)概念、特點以及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 BIM技術(shù)的概念

在科技的指引下，BIM技術(shù)日益成熟，發(fā)展?jié)摿薮?，屬于建筑信息模型簡稱，具有可視化的特征，該技術(shù)是借助信息技術(shù)的核心原理發(fā)展起來的，是一種實用型軟件工具，在設(shè)計活動推行過程中，發(fā)揮了可視化以及協(xié)調(diào)性的功能，同時兼具出色的模擬性，可以從源頭收集建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵性信息，并確保信息處理效率，在上述工作的基礎(chǔ)上，運用計算機載體功能，完成三維模型搭建，將設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)變，同時進行高質(zhì)量的參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化[1]?；诖?，BIM技術(shù)對設(shè)計圖紙可實施性檢驗幫助較大，通過檢驗設(shè)計圖紙，可以及時彌補其中的漏洞，在這樣的背景下，進行實時數(shù)據(jù)調(diào)整，最大限度避免重復(fù)，消除冗余數(shù)據(jù)，規(guī)避反復(fù)施工問題，為后續(xù)工程開展保駕護航，實現(xiàn)成本的合理控制目的。

1.2 BIM技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在經(jīng)濟的全方位促動下，建筑行業(yè)發(fā)展較快，BIM技術(shù)應(yīng)用相對成熟，在我國建筑領(lǐng)域中，核心地位不可替代，呈現(xiàn)出巨大潛力。隨著需求的增多，BIM技術(shù)價值被放大，發(fā)展空間廣闊。盡管如此，該項技術(shù)存在的問題依然無法規(guī)避，例如：建筑模型數(shù)據(jù)統(tǒng)一性不強，這種情況極易造成施工中資源浪費與模型重復(fù)。但現(xiàn)實工作中，為了各自的利益，這種標(biāo)準(zhǔn)很難統(tǒng)一。除此之外，BIM技術(shù)理念，還沒有得到普及，僅限于小范圍使用，現(xiàn)有的設(shè)計人員對該項技術(shù)理解程度不夠，錯誤認(rèn)為BIM技術(shù)只是簡單完成了軟件建模工作，思想認(rèn)識相對狹隘。比較正確的說法是，BIM雖然是一項技術(shù)，但同時更是設(shè)計理念的體現(xiàn)，基本要求是在統(tǒng)一建筑模型的環(huán)境中，完成設(shè)計方案優(yōu)化[2]。但從發(fā)展現(xiàn)狀看，建筑工程統(tǒng)一性并不強，模型交互數(shù)據(jù)存在不充分、不明確的特征，誘發(fā)多次返工返修，不僅效益受損，還會導(dǎo)致工期延長?？偠灾?，在BIM技術(shù)應(yīng)用中，工作人員要理論扎實，在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，深度挖掘BIM技術(shù)的功能和顯著優(yōu)勢，以此來提高設(shè)計活動的可靠性，提升結(jié)構(gòu)的安全性能。在此基礎(chǔ)上，借助三維建模，搭配使用可視化技術(shù)，完成設(shè)計方案優(yōu)化，將存在的不足找出來，實現(xiàn)設(shè)計方案的可行與精細(xì)，確保設(shè)計更加完整。

1.3 BIM技術(shù)相關(guān)特點

通過研究發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前建筑行業(yè)中，BIM技術(shù)價值的體現(xiàn)，主要是通過模型來實現(xiàn)，對數(shù)字模型的利用，可以讓建筑結(jié)構(gòu)更加清晰，從而完成對建筑結(jié)構(gòu)的精細(xì)化設(shè)計與管理，這項技術(shù)的推廣，讓協(xié)同設(shè)計質(zhì)量更高，同時將信息集成化優(yōu)勢發(fā)揮到了最大。BIM技術(shù)相關(guān)特點如下：

1.3.1信息集成化特點

在現(xiàn)實應(yīng)用中，BIM技術(shù)核心價值和鮮明特點，可以通過信息集成化來體現(xiàn)，該特點表現(xiàn)在信息集成階段和涉及信息具體設(shè)計中，各個專業(yè)信息可以完成高質(zhì)量的模型構(gòu)建，提高信息利用價值?；谶@樣的前提，信息集成特性被凸顯。正是因為這一特征，應(yīng)用BIM技術(shù)時，結(jié)構(gòu)設(shè)計效果可以清晰、直觀，設(shè)計方案相對合理、完善，工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理想[3]。在模型數(shù)據(jù)庫中，多個三維立體模型被囊括其中，其所包含的要素較多，涉及多個層面，例如：施工所需材料、結(jié)構(gòu)尺寸等，在實際應(yīng)用中，借助BIM技術(shù)，可以讓構(gòu)件緊密聯(lián)系，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。同時在數(shù)據(jù)庫（信息化）中，信息查詢速度被提升，同時BIM技術(shù)出現(xiàn)，讓傳統(tǒng)CAD技術(shù)優(yōu)勢放大，多種應(yīng)用路徑實現(xiàn)。

1.3.2 協(xié)同性特點

除了信息集成化特點外，BIM技術(shù)協(xié)同性特征同樣鮮明，采用BIM技術(shù)，可以實現(xiàn)全面化設(shè)計平臺的搭建，強化建筑設(shè)計的創(chuàng)新效果，以此作為前提，創(chuàng)建良好溝通平臺，實現(xiàn)和施工單位的有效溝通，加深與業(yè)主的交流，確保施工的順暢。BIM技術(shù)設(shè)計原則，強調(diào)對構(gòu)件影響的高質(zhì)量監(jiān)測，依托專業(yè)類別的差異，借助BIM技術(shù)，可以看到團隊協(xié)作效率的合理、有效提升，確保設(shè)計期間規(guī)劃工作能夠高效率推行，將成本有效降低。

1.3.3設(shè)計工作的傳遞性

BIM技術(shù)應(yīng)用，可以讓設(shè)計工作的傳遞性增強，在建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，所有類型的信息價值都可以得到體現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)有效連接，讓核心數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起，一起發(fā)揮作用。并且工作便利性大大加強，在技術(shù)人員修改某處設(shè)計后，不需完成對應(yīng)圖紙的修改，因為BIM技術(shù)具有自動更新結(jié)構(gòu)信息的功能，可以作出正確的調(diào)整。與此同時，通過仿真建模，可以模擬施工階段情況，建立模型后，對相關(guān)參數(shù)進行分析，對施工期間因素進行全面性、綜合性分析，確保整體時間設(shè)計有效節(jié)約，將設(shè)計工作效率提高。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1控制設(shè)計動態(tài)

隨著BIM技術(shù)研究深入，相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，特別是在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，BIM技術(shù)地位特殊，具有極高應(yīng)用價值。實踐證明，建筑工程活動任務(wù)量重，復(fù)雜且長期，屬于相對繁雜的過程，在實際施工中，需要依托施工計劃開展精細(xì)化的施工指導(dǎo)，確保施工的科學(xué)性和有效性。如果缺少周密的施工方案保障，建設(shè)質(zhì)量無法達(dá)標(biāo)，工期也會無限延長，直接經(jīng)濟損失巨大，同時還會產(chǎn)生惡劣的社會負(fù)面影響。基于這樣的前提，在BIM技術(shù)實施期間，同時可以監(jiān)控施工進度，發(fā)揮實時監(jiān)控的理想化作用，組建建筑參數(shù)數(shù)據(jù)庫，確保功能的完善。在實際應(yīng)用中，參數(shù)數(shù)據(jù)密切聯(lián)系，形成統(tǒng)一整體，其中一個參數(shù)變化，后期建筑情況就會受到影響，為了開展后期實踐活動，將設(shè)計的科學(xué)性穩(wěn)步提升，必須要借助BIM技術(shù)的動態(tài)控制功能，保證工程按時完成。

2.2制作虛擬模型

BIM技術(shù)給人最直觀的印象就是三維模型搭建，想要發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)勢，現(xiàn)代信息化技術(shù)基礎(chǔ)一定要夯實，在此基礎(chǔ)上運用BIM技術(shù)，效果才更加理想。另外，搭配使用相關(guān)軟件，完成數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)定，合理借助計算機，完成高精度的模型建造，在整個實施階段，將自身設(shè)計數(shù)據(jù)全面、清晰掌握。借助該技術(shù)，完美展現(xiàn)建筑模型，將二維圖紙轉(zhuǎn)化，最終以三維的方式展現(xiàn)，并且進行模型演示。演示的目的，是希望對建筑物功能完成精細(xì)、周密的評估，進行全方位審核，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。例如：在實際應(yīng)用中，審核的重點可以放在建筑物平衡受力以及壓力承受等內(nèi)容，以此來檢驗結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。實踐證明，該技術(shù)非常重要，具有極高應(yīng)用價值，特別是當(dāng)前建筑物構(gòu)造形態(tài)相對復(fù)雜，個性化建筑備受青睞，作用突出，通過放大建筑物的肢解，可以保障計劃可靠性與可實施性[4]。另外，在現(xiàn)實的三維建模中，管道安裝同樣可以得到優(yōu)化，確保機電安裝質(zhì)量，實現(xiàn)建筑水平大跨度提升，發(fā)揮布局的合理性，以此來突出細(xì)節(jié)技術(shù)操作的優(yōu)勢，從源頭避免技術(shù)性問題形成，消除建筑結(jié)構(gòu)潛藏風(fēng)險。最后，在造型模擬中，借助BIM技術(shù)，設(shè)計者可以直觀、全面掌握建筑物損害實際情況，例如：地震、泥石流中產(chǎn)生碰撞的承受能力，這些參數(shù)原本無法通過平面設(shè)計圖紙展現(xiàn)，而現(xiàn)在BIM技術(shù)的出現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)了這一局面，對建筑物的性能持續(xù)、穩(wěn)步優(yōu)化作用很大。

2.3強化可視化效果

通過BIM技術(shù)，建筑結(jié)構(gòu)可視化效果得到強化，在實際設(shè)計環(huán)節(jié)，三維立體模型發(fā)揮出較大作用，借助該模型，可以對建筑構(gòu)件進行綜合性展示，全面了解構(gòu)件性能，同時讓呈現(xiàn)出來的形象清晰、直觀。結(jié)合以往經(jīng)驗可知，在傳統(tǒng)建筑設(shè)計階段，技術(shù)人員想要優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，都是通過CAD技術(shù)實現(xiàn)，完成對圖紙的繪制，在此基礎(chǔ)上，完成設(shè)計思想的表達(dá)。實踐證明，這種方法單一化特點鮮明，在實際應(yīng)用中，傳遞和表達(dá)容易出現(xiàn)偏差，實際應(yīng)用中，很大部分構(gòu)建信息完整性受損，得不到有效展示，導(dǎo)致設(shè)計效果弱化，施工質(zhì)量無法保障?，F(xiàn)實生活中，通過對BIM技術(shù)全方位應(yīng)用，能夠搭建三維模型，以此作為前提，完成建筑功能分析，完整計算建筑面積，為后續(xù)高效率施工提供保障。結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀來看，針對大型建筑結(jié)構(gòu)來說，在設(shè)計階段，為了保證設(shè)計合理，需要對具體尺寸（建筑結(jié)構(gòu)的）開展綜合性考察，只有這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計精準(zhǔn)，但以往的工作，耗時費力。利用BIM技術(shù)，可以實現(xiàn)技術(shù)難關(guān)的成功攻克，將建筑結(jié)構(gòu)有效信息更加全面有效呈現(xiàn)到設(shè)計人員眼前。同時借助BIM技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷可以精準(zhǔn)定位，確保設(shè)計整體質(zhì)量提升，得到有效、充分保障。

2.4 在結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計方向的應(yīng)用

通過前文中對BIM技術(shù)應(yīng)用特征的介紹可知，BIM技術(shù)協(xié)同性和傳遞性特征鮮明。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，相關(guān)模型參數(shù)屬于基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，涉及信息較多，并且信息間聯(lián)系緊密。建筑設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)優(yōu)化環(huán)節(jié)，需要將信息整合，搭建完整的結(jié)構(gòu)體系。值得注意的是，BIM技術(shù)想要發(fā)揮作用，需要定期全面更新，確保設(shè)計整體需求得以體現(xiàn)和滿足。在現(xiàn)實應(yīng)用中，利用BIM技術(shù)，可以讓設(shè)計信息傳輸質(zhì)量提高，確保理想的傳輸效率，同時強化信息應(yīng)用效果，將設(shè)計整體質(zhì)量提高的基礎(chǔ)上，在安全性方面得到較大裨益[5]。就目前應(yīng)用現(xiàn)狀看，基于數(shù)字化領(lǐng)域的溫床，建筑設(shè)計工作推行將會更加順暢和高效。

2.5 鋼工程建模的應(yīng)用

結(jié)合現(xiàn)實情況可知，在鋼工程建模中BIM技術(shù)的優(yōu)勢更加凸顯，受到廣泛青睞。鋼工程建模，涉及層面較廣，實施難度大，屬于建筑工程設(shè)計比較難的板塊，同時也是設(shè)計重點。通過研究發(fā)現(xiàn)，想要攻克鋼結(jié)構(gòu)建模的技術(shù)瓶頸，就要在構(gòu)件連接效果方面下功夫，提升構(gòu)件連接質(zhì)量。當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)中，比較重要的連接內(nèi)容包括梁與梁的連接，這是連接設(shè)計的重點，除此之外，還有梁柱的連接等。在現(xiàn)實工作中，對連接進行設(shè)計時，需要參照梁的實際高度，以此作為依托和構(gòu)件的基本參數(shù)，通過合理設(shè)計，實現(xiàn)連接構(gòu)件參數(shù)化，這樣的方法，可以讓構(gòu)建工程量壓縮，得到有效降低，控制成本的同時，構(gòu)件連接效率也得到了提升。現(xiàn)實應(yīng)用中，通過BIM技術(shù)高效率布置一類加強件，搭配軟件繪圖完成圖形模樣描繪，確保施工期間參考數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。

2.6可持續(xù)設(shè)計

在當(dāng)前形勢下，可持續(xù)的發(fā)展理念已經(jīng)實現(xiàn)了和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的融合，屬于社會發(fā)展趨勢，被公眾認(rèn)可和提倡?；谶@樣的前提，在結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中，需要站在可持續(xù)的角度看待全局問題，從實際出發(fā)，將設(shè)計工作精準(zhǔn)、高效完成。例如：借助各種設(shè)備軟件，完成地理環(huán)境數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化采集，并對采集結(jié)果綜合分析，分析內(nèi)容包括地質(zhì)構(gòu)造以及實際巖石分布等多項內(nèi)容，同時還可以兼顧光照強度、時間等，為建筑結(jié)構(gòu)的持續(xù)平穩(wěn)助力。

2.7在綠色設(shè)計中的應(yīng)用

除了可持續(xù)理念外，環(huán)保理念同樣重要。隨著綠色設(shè)計推廣，建筑設(shè)計活動要求更高，在設(shè)計中，要融入低碳消費的理念，增加綠色設(shè)計的難度，確保設(shè)計的精準(zhǔn)、可行。需要注意的是，設(shè)計環(huán)節(jié)中，由于影響因素眾多，想要達(dá)成設(shè)計目標(biāo)，BIM技術(shù)必不可少。同時要對建筑物的結(jié)構(gòu)環(huán)保性與節(jié)能性全方位研究，加強建筑物采光設(shè)計，合理優(yōu)化通風(fēng)、日照等條件，在實施階段，要結(jié)合舒適度的數(shù)據(jù)，站在最佳體驗感的角度，完成建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化。例如：在屋頂設(shè)計中，保溫、隔熱效果理想的材料是首選，需要充分利用保溫技術(shù)，在冬季維持較高溫度，避免室內(nèi)熱量流失;在夏季高效率隔離外界熱度，實現(xiàn)冬暖夏涼?；贐IM技術(shù)，建筑物功能會相對完善，設(shè)計更加面面俱到，減少對設(shè)備的依賴，減少風(fēng)扇、空調(diào)在現(xiàn)實生活中的使用，實現(xiàn)節(jié)約資源的目標(biāo)，保障綠色生活的品質(zhì)。總而言之，綠色設(shè)計意義重大，屬于未來發(fā)展趨勢，有了BIM技術(shù)的輔助，這方面的研究會取得重大進展，實現(xiàn)保護自然環(huán)境的理想化目標(biāo)。

3 BIM技術(shù)難點分析

通過前文的應(yīng)用分析可以知道BIM技術(shù)想要高質(zhì)量應(yīng)用，需要攻克一些技術(shù)難點，研究發(fā)現(xiàn)，BIM技術(shù)應(yīng)用時，核心設(shè)計方式單一，通常是把建筑模型搭建完成，并向軟件進行傳輸，在此基礎(chǔ)上，分析和計算模型，借助精準(zhǔn)分析全方位呈現(xiàn)設(shè)計信息。與此同時，在BIM實際應(yīng)用中，可以更新施工圖，做到設(shè)計及時變更，從而保證施工質(zhì)量，并以此作為前提，對建筑模型逐步完善。在現(xiàn)實應(yīng)用中，BIM技術(shù)核心理念相對成熟，與基本設(shè)計思維方向一致，主要內(nèi)容是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，將其與施工圖聯(lián)系起來，找到兩者有效融合點，多角度提升設(shè)計品質(zhì)?；谶@樣的前提，需要對BIM基本模型的應(yīng)用價值，以及在設(shè)計階段的應(yīng)用程度進行綜合性考察，確?？臻g設(shè)計可行性與模型搭建的真實性，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，為了保證設(shè)計質(zhì)量，設(shè)計人員要強化意識，重視結(jié)構(gòu)安全性方面的需求，把握設(shè)計重要環(huán)節(jié)，將設(shè)計質(zhì)量提升。與此同時，建筑材料設(shè)計要細(xì)致、周密，將荷載、物理力學(xué)等多方面因素考慮其中，同時合理看待模型設(shè)計期間所遭遇的復(fù)雜性特點。結(jié)合現(xiàn)實經(jīng)驗可知，BIM模型獨立性特點鮮明，想要發(fā)揮作用，需要參考結(jié)構(gòu)模型，將其與圖紙高度融合，只有這樣，才能確保設(shè)計方案可行。但由于構(gòu)建情況復(fù)雜，結(jié)構(gòu)模型分析期間，為了防止數(shù)據(jù)丟失，需要靈活運用BIM技術(shù)，挖掘出BIM技術(shù)的價值，通過結(jié)構(gòu)模型的對接，對結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化進行指導(dǎo)。

結(jié)論：綜上所述，在經(jīng)濟的推動下，城市建筑活動頻繁，建筑形態(tài)相對復(fù)雜，高層建筑成為主流，建筑安全事故概率較以往相比出現(xiàn)了較大的波動?；谶@樣的背景，BIM技術(shù)應(yīng)用具有一定前瞻性，通過三維建模，讓建筑結(jié)構(gòu)立體呈現(xiàn)，不僅可以實現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計，讓建筑功能趨于完善，還可以讓故障缺陷清晰、直觀呈現(xiàn)在眼前，保證好設(shè)計工作質(zhì)量，將信息共享率顯著提升，增加設(shè)計方案可行性以及可實施性，將綠色可持續(xù)的健康、積極理念全面落實。

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作者簡介：

張成燃（1998.08-），男，漢族，湖北天門人，武漢輕工大學(xué)，研究方向：建筑工程。

（武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢 431700）