BIM技術(shù)在綠色智能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

王曉曉 袁曉輝 高丹丹

摘 要：BIM技術(shù)主要是通過構(gòu)建建筑信息模型即將“數(shù)據(jù)描述技術(shù)”與“計算機(jī)3D繪圖技術(shù)”結(jié)合發(fā)展的實用性很強的技術(shù)，在設(shè)計、管理及相關(guān)部門得到廣泛應(yīng)用。顯著的特點是模擬性高、透視性強、協(xié)作能力較好等，設(shè)計人員在開展新型項目的建模工作時此項技術(shù)可以起到很好的指導(dǎo)作用。近幾年BIM技術(shù)得到了很多業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可，尤其是在智能城市的建設(shè)中占據(jù)非常重要的地位。綠色智能建筑屬于新型建筑，與傳統(tǒng)建筑相比有了很大的改進(jìn)，特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計、管理方式等方面有了很大的變化?，F(xiàn)階段，BIM技術(shù)逐步應(yīng)用于綠色智能建筑，一步步取得了較好的應(yīng)用成果。本文著重羅列了BIM技術(shù)的功能特色和優(yōu)勢，并對BIM技術(shù)在綠色智能建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述，得出BIM技術(shù)在智能建筑中具有實用性和先進(jìn)性，為工程設(shè)計人員實現(xiàn)綠色智能的設(shè)計理念提供有力保障。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；智能建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 前言

隨著國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排政策的推出，建筑行業(yè)為了響應(yīng)國家號召，積極打造智能城市。處在時代發(fā)展前沿的當(dāng)下，以往的設(shè)計理念根本無法滿足綠色智能建筑的實際需求。綠色智能建筑應(yīng)該比普通建筑的要求水平更高，為了在建筑設(shè)計中切實落實這些標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)BIM技術(shù)，對具體標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行情況進(jìn)行仿真分析，確認(rèn)設(shè)計方案的可行性、有效性。BIM技術(shù)的應(yīng)用，增加了多維模式下模型的可視化程度，大大改善了信息交互環(huán)境，更方便了設(shè)計人員的工作。相對比普通建筑來說，借助BIM技術(shù)可以有效的提高施工質(zhì)量水平，使得建筑工程項目邁向智能化更進(jìn)一步。從而很大程度上提升了智能化建筑的整體發(fā)展水平。

2BIM技術(shù)概述

2.1 BIM技術(shù)介紹

BIM技術(shù)是一種輔助工具，目前已廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計、工程施工及管理等一系列工作中。通過對所有數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行深度分析，依據(jù)項目的實際情況構(gòu)建仿真建筑信息模型。BIM技術(shù)可以應(yīng)用在整個建筑進(jìn)程中，最大的作用是可以進(jìn)行信息的共享和上下層級的傳送，為有力的確保建筑整個領(lǐng)域和各個分部能夠和諧同步工作，使得各項技術(shù)方案得以順利進(jìn)行。BIM技術(shù)有下列幾種優(yōu)勢：

（1）可視化。

普通建筑設(shè)計只能呈現(xiàn)二維圖形，詳細(xì)的結(jié)構(gòu)模型只能通過想象在頭腦中建立立體模型，這樣就顯得極其抽象。BIM技術(shù)打破了以往設(shè)計的局限性，在充分搜集數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上依托BIM軟件構(gòu)建3D動態(tài)可視模型，同時該技術(shù)將所有信息進(jìn)行綜合分析，將構(gòu)件的所有信息更加形象的在模型中展現(xiàn)出來，這使得我們看到的模型幾乎可以接近最終建造的成品。

（2）信息共享。

BIM技術(shù)是把整個項目涉及的信息整合到一個數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)中，包括整個建設(shè)項目的施工技術(shù)及運營管理等信息，需要哪部分信息可以從系統(tǒng)中隨時調(diào)用。由于BIM技術(shù)具有強大的可操作性，工程建設(shè)的各個參與方可以在工程項目的任何一個環(huán)節(jié)將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行共享，這樣可以無時差、無空間約束的進(jìn)行信息分享。每完工一個階段的工程任務(wù)隨之完善BIM數(shù)據(jù)庫的信息，隨著資料的不斷完善，工程建設(shè)信息的真實性和完整性就更加明顯。

（3）可協(xié)作。

建筑工程在整個設(shè)計階段和各個施工環(huán)節(jié)都涉及很多專業(yè)，工作任務(wù)也比較繁重，比如整個建筑設(shè)計階段包括智能化系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑設(shè)計、裝飾裝修設(shè)計等，BIM技術(shù)可以同時支撐這些不同階段的工作需求，包括不同專業(yè)、不同的工種可以借助BIM技術(shù)平臺進(jìn)行良好的溝通，在進(jìn)行方案的設(shè)計時可以更好的追求利益最大化。

2.2 BIM技術(shù)的功能和優(yōu)點

BIM技術(shù)的進(jìn)步是通過聚合數(shù)據(jù)信息建立數(shù)字模型，通過提取相關(guān)數(shù)據(jù)信息建立具體的施工模型。同時，利用BIM技術(shù)可以起到簡潔、形象化圖紙的整體效果。通過BIM技術(shù)構(gòu)建的模型，可以將以往抽象的設(shè)計內(nèi)容通過構(gòu)建的模型更加動態(tài)、直觀、形象地展示在工作人員面前，從而使設(shè)計人員能迅速找到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中尚存在的不合理內(nèi)容，使建筑工程企業(yè)節(jié)省時間和成本，真正意義上達(dá)到了企業(yè)利潤的最大化。

3 BIM技術(shù)在綠色智能建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用

3.1實體模型建設(shè)及建筑結(jié)構(gòu)性能分析

目前整個建筑市場上廣泛運用的軟件還有Revit、Bentley等，這幾類軟件主要用在構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)、水電管網(wǎng)、暖通、管道等設(shè)計環(huán)節(jié)。通過研究構(gòu)建的基礎(chǔ)模型，能使整體的工程項目達(dá)到最佳水平，可以通過三維立體的可視圖形觀察最終的結(jié)果，這樣會讓整個設(shè)計過程變得更加透明，更能幫助設(shè)計人員第一時間找到設(shè)計中出現(xiàn)的疑難雜癥。借助BIM技術(shù)對建筑物的抗震等級、自然采光情況等性狀進(jìn)行仿真，同時將設(shè)計方案進(jìn)行綜合論述。建筑物的自然采光也可以通過重置建筑物的整體布局、門窗尺寸、及房子的朝向等來改善。對上述情況進(jìn)行分類總結(jié)，可以利用有用數(shù)據(jù)對建筑物的有關(guān)信息進(jìn)行計算，有設(shè)計不合理的地方可以實時改進(jìn)，進(jìn)一步提升智能建筑的整體發(fā)展水平。

3.2實現(xiàn)墻體的組裝和安裝

采用BIM軟件將建筑模型完成以后，施工單位可以按照模型中對墻體的具體要求進(jìn)行平立面設(shè)計圖的布置，依據(jù)模型中的詳細(xì)尺寸生產(chǎn)批量墻體。采用裝配式安裝管理的方法對墻體的生產(chǎn)制造、運輸、裝配過程進(jìn)行管理控制，可有效提高施工效率，同時降低施工所需時間。正因為采用了裝配化安裝，操作者才能首先知道開關(guān)、電線管、插座等設(shè)備的正確位置，這樣才能事先留下位置圖，避免后續(xù)鉆孔等零星工序，大大提高工程項目的工作效率及產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

3.3某智能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計BIM技術(shù)應(yīng)用案例

以某智能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，在設(shè)計環(huán)節(jié)采用BIM技術(shù)構(gòu)建模型，主要抓住建筑物的周圍環(huán)境、結(jié)構(gòu)設(shè)計、空氣流通、自然采光等影響因素進(jìn)行仿真，科學(xué)設(shè)置建筑物的整體框架、朝向、門窗比及樓與樓之間的距離等，提高建筑物的智能效果。

3.3.1 BIM模型的構(gòu)建

項目總體設(shè)計主要是利用BIM技術(shù)建模，以數(shù)字化的方式對所有資料進(jìn)行整理、提取，并進(jìn)行更深層次的探索，尋找建筑物總體結(jié)構(gòu)中存在的缺陷，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。主要針對建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計、坡度、方向等建立模型，從而確定準(zhǔn)確的BIM模型。

3.3.2 BIM技術(shù)與裝配式建筑施工的調(diào)整

將BIM技術(shù)應(yīng)用在整體工程項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，能夠最大程度的發(fā)揮BIM技術(shù)的真正作用，增加建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確度，從而為提高整體工程項目的結(jié)構(gòu)質(zhì)量打下牢固的基礎(chǔ)。施工人員在每個施工環(huán)節(jié)應(yīng)該很好的結(jié)合并且高度重視BIM技術(shù)，深入研究建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計目的，將BIM技術(shù)逐步滲透到每個建設(shè)階段。截止到目前為止，大部分建筑工程項目傾向于采用裝配式施工方案， BIM技術(shù)設(shè)計的核心理念符合預(yù)制式建筑應(yīng)用的基本思路。在整個工程項目的結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)，隨著施工進(jìn)度的進(jìn)展視情況來優(yōu)化BIM技術(shù)及裝配式建筑的施工方式，以此來保障施工進(jìn)度能達(dá)到預(yù)期計劃的目的。

3.3.3小區(qū)道路分析

結(jié)合工程項目涉及的相關(guān)信息，具體研究建設(shè)項目的用地情況，借助BIM模型對建筑物的整體布置、周邊道路狀況等進(jìn)行分析，重點在于設(shè)置各小區(qū)每條道路的出入口。比如該項目主干道與次干道呈現(xiàn)平行布局，則可以在這兩條道路的對向分別設(shè)置進(jìn)口和出口，目的是為了形成環(huán)狀的交通模式。

3.3.4空間設(shè)計

構(gòu)建BIM模型時，首先進(jìn)行新建工程工作，下一步利用繪制軸網(wǎng)軸線的功能建立軸網(wǎng)，布置柱、墻、門窗、地板。最后完善各個空間布局的鋼筋及其他尺寸的信息，BIM模型的構(gòu)建成功后，可以通過3D動態(tài)觀察更形象的看到最終呈現(xiàn)的效果，深層次的掌握各建筑物的空間布局的設(shè)計。

3.3.5管道線路的鋪設(shè)

要使整個項目順利施工，必須確保管道布線正確布置。在進(jìn)行到建筑結(jié)構(gòu)的管道設(shè)置及布線系統(tǒng)的有關(guān)工作時，能夠使用到BIM技術(shù)的環(huán)節(jié)逐步增加，實際工作時，在模型構(gòu)建時要把空調(diào)及給排水管道、相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)等進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)置，此模型能夠更加精準(zhǔn)的提供整體管道的布置形式。最后可以通過3D動態(tài)觀察得到整體建設(shè)工程管道鋪設(shè)的三維圖形。如果在管道設(shè)計過程中出現(xiàn)碰撞摩擦的情況，可以采用BIM模型檢測后加以改進(jìn)，這樣大大提高了管道線路的鋪設(shè)精度，同時大大降低了建筑材料的浪費率，節(jié)約成本和合理利用資源的情況得到了改善，大幅度提高了施工總效益。

4綠色智能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的優(yōu)化

BIM技術(shù)在設(shè)計環(huán)節(jié)主要是對建筑信息進(jìn)行建模，合理配置建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計、相關(guān)功能等，利用三維動態(tài)空間模擬各構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)。例如，在設(shè)計窗的朝向、風(fēng)洞口、樓梯口的位置時，需要重點探究不同樓層之間因相互影響而不均勻分布的現(xiàn)象，對地板或墻壁應(yīng)根據(jù)實際需要選擇合適的建材，設(shè)定相關(guān)參數(shù)后再設(shè)置。這樣更能規(guī)避建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形等問題。

4.1模型碰撞檢驗

在整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中BIM技術(shù)最大的作用是，不僅能夠提升搜集有效信息的效率，同時可以進(jìn)行碰撞檢查以避免后期施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)碰撞問題，借助BIM三維建模將建筑物的有關(guān)信息通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行仿真虛擬裝配，在實際工作中如果發(fā)現(xiàn)問題也可以第一時間將問題傳遞給施工人員。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要應(yīng)用BIM技術(shù)的前期，需要多方面核對有關(guān)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度和完整度。可以通過BIM模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，在設(shè)計圖紙上及時發(fā)現(xiàn)錯誤、漏洞或不當(dāng)操作等。相對比普通建筑行業(yè)來說，智能建筑行業(yè)對軟件的功能和性能有著更高的要求標(biāo)準(zhǔn)，需要逐漸完善圖紙信息管理機(jī)制，增強工程項目質(zhì)量的安全意識、培養(yǎng)施工人員的綜合素質(zhì)，以此來應(yīng)對各種復(fù)雜問題的發(fā)生。

4.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的工作效率，避免因構(gòu)件返廠維修，大幅度的降低了建筑的施工成本。在以往普通的建筑工程設(shè)計中使用的是CAD軟件來完成工程圖紙以及相關(guān)技術(shù)信息的輸入，而當(dāng)下智能建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可以依托BIM技術(shù)，分析建筑模型中各構(gòu)件之間的關(guān)系，將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、節(jié)點、梁板等三維空間信息輸入系統(tǒng)。

4.3設(shè)計協(xié)調(diào)應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中技術(shù)信息和建筑模型的緊密結(jié)合，為建筑行業(yè)、施工單位供應(yīng)更加科學(xué)合理化的管理方式。在實際工作中，對于鋼筋混凝土框架等大型復(fù)雜工程，還可以根據(jù)不同類型的建筑工程項目采用不同形式的設(shè)計參數(shù)，需要計算軟件完成相關(guān)構(gòu)件的尺寸和標(biāo)高信息等。BIM技術(shù)在設(shè)計過程中主要有效的應(yīng)用在結(jié)構(gòu)設(shè)計協(xié)同工作，可同時計算各施工階段、安裝調(diào)試及驗收后的所有工程量，同時也可利用軟件接口完成數(shù)據(jù)共享。因此，BIM模型建立完成后，需要根據(jù)實際情況探索、評估是否達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，及時優(yōu)化處理。在細(xì)化每個環(huán)節(jié)的工程量信息之后，核對BIM模型輸入的有關(guān)技術(shù)參數(shù)和屬性，最后依據(jù)模型的有關(guān)數(shù)據(jù)匯總各部分的構(gòu)件尺寸、總數(shù)量和強度值等指標(biāo)繪制相關(guān)視圖，將所有信息通過三維圖形展示出來，最終完成三維建模工作。

5結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，有必要結(jié)合各方面的信息，使BIM建筑模式能夠更好的響應(yīng)國家有關(guān)政策。隨著通訊技術(shù)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用越來越普及，因為以往普通的建筑設(shè)計模式的信息鏈輸送的速度較慢、層級較多出錯誤的概率較高，所以要求設(shè)計師們能更加熟練的操作BIM軟件進(jìn)行建筑模型的繪制。但是實際工作進(jìn)程中很多建筑師對此理念的認(rèn)識程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，首先不能準(zhǔn)確無誤的判斷周邊環(huán)境，再者對建筑結(jié)構(gòu)的實際運行情況也不了解，因此設(shè)計出來的方案可行性及可操作性都欠佳。隨著社會不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)不斷地更新，BIM軟件技術(shù)的優(yōu)勢更加凸顯，從而可以在更廣泛的領(lǐng)域應(yīng)用。在建筑工程行業(yè)依托BIM技術(shù)能夠更加有效地提高施工效率，保障工程項目能夠順利實施。與此同時，其他部分的人員還可以采用BIM技術(shù)，不斷地開拓自己的專業(yè)水平，逐漸累積實踐經(jīng)驗。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計者而言，需要在工作環(huán)節(jié)積極采用該技術(shù)，在使用中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，綜合提升BIM技術(shù)的應(yīng)用水平，為推進(jìn)我國建筑行業(yè)的整體發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。

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