建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM 技術(shù)的有效應(yīng)用

閆志平

（山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013）

0 引言

在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中，BIM 技術(shù)的推廣與應(yīng)用，BIM相關(guān)軟件的日益成熟，為現(xiàn)代建筑設(shè)計領(lǐng)域提供了更大的發(fā)展空間，其技術(shù)研究也取得了新的突破與進(jìn)展。建筑工程建設(shè)全生命周期中，結(jié)構(gòu)設(shè)計作為一項十分復(fù)雜的內(nèi)容，并且傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一般都是以CAD 軟件為主展開二維設(shè)計，這樣要實現(xiàn)立體和協(xié)同化的現(xiàn)代化建筑設(shè)計難度較大，也較難對現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行透徹分析，導(dǎo)致一些問題無法及時發(fā)現(xiàn)，后續(xù)施工與方案不符，影響其施工質(zhì)量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，通過利用BIM 技術(shù)，可以實現(xiàn)立體設(shè)計、協(xié)同設(shè)計，并且根據(jù)設(shè)計情況進(jìn)行碰撞檢測，確保設(shè)計方案的準(zhǔn)確性合理性，以及對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，為后期施工質(zhì)量的提升，給予基礎(chǔ)性的保障。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)是一種在時代發(fā)展下產(chǎn)生的應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的新興科學(xué)技術(shù)，它通過對各種建筑數(shù)據(jù)的相關(guān)信息進(jìn)行輸入，構(gòu)建起一個更加完善的建筑模型，便于設(shè)計者對建筑目標(biāo)進(jìn)行不同程度的計算與設(shè)計。對于BIM 技術(shù)的含義，其也可稱之為建筑信息模型，其具有智能化特征，而且BIM 技術(shù)也是可以共享資源的信息模型，能夠在一定層面上推動建筑工程有效管理。BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計中。該應(yīng)用程序庫基于3D 數(shù)字技術(shù)，具有多種3D 數(shù)字技術(shù)功能。收集各種工程信息構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，促進(jìn)建筑工程設(shè)計信息化發(fā)展。通過將BIM 技術(shù)引入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以在各部門之間共享信息和資源，從而使設(shè)計團(tuán)隊、所有者和建筑公司能夠共享設(shè)計數(shù)據(jù)和資源。同時，BIM 技術(shù)是多種學(xué)科融合為一體的技術(shù)體系，如建筑學(xué)、工程學(xué)、土木工程學(xué)等。BIM 技術(shù)的核心就是以數(shù)據(jù)為主，構(gòu)建虛擬的建筑工程三維模型，并且利用數(shù)字技術(shù)，生成完善且與實際情相符的信息數(shù)據(jù)庫，并且該信息數(shù)據(jù)庫所內(nèi)包含的內(nèi)容非常多、專業(yè)屬性，還包括了狀態(tài)信息以及非構(gòu)件對象等方面。另外，通過利用BIM 技術(shù)可以大大提升建筑工程信息集成化程度，實現(xiàn)一個信息和數(shù)據(jù)的交換、共享平臺，這樣便于各個參與方對數(shù)據(jù)和信息的利用，實時掌握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和建設(shè)情況，準(zhǔn)確的調(diào)整，實現(xiàn)良好的工程建設(shè)效果，展現(xiàn)出BIM 技術(shù)自身存在的價值。BIM 技術(shù)在降低成本、提升管理效率、協(xié)同工作、進(jìn)行信息的共享和傳遞等方面有著非常大的優(yōu)勢，BIM 技術(shù)的出現(xiàn)是當(dāng)前社會進(jìn)行信息化發(fā)展的必然需求[1]。

2 BIM 技術(shù)優(yōu)勢

BIM 技術(shù)作為現(xiàn)代化的一種技術(shù)被應(yīng)用于建筑設(shè)計中，往往能夠為人們帶來眼前一亮的效果，結(jié)合大數(shù)據(jù)、3D 模型等方式實現(xiàn)了建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計的可視化，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平提升上起著不可或缺的推動作用。BIM 技術(shù)具有共享性、可視化、模擬性等特點(diǎn)，具體的內(nèi)容如下。

2.1 共享性

BIM 的信息共享功能使用信息技術(shù)和數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)了資源共享，與傳統(tǒng)建筑圖形和施工文檔相比，大大提高了信息傳輸?shù)目傮w效率，為結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的順利開發(fā)提供了幫助。BIM 技術(shù)可以避免建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中信息共享、交換等難度較大的問題，實現(xiàn)各方協(xié)同作業(yè)的模式。BIM 技術(shù)應(yīng)用軟件可以對文件、鏈接信息進(jìn)行手動調(diào)整，在系統(tǒng)發(fā)生某個信息或數(shù)據(jù)的調(diào)整時，系統(tǒng)會自動把數(shù)據(jù)送到關(guān)聯(lián)的圖塊中去，完成傳遞和修改。同時通過可傳遞性，達(dá)到在建筑設(shè)計流程中設(shè)計人員、施工人員、管理者、企業(yè)內(nèi)部的有效交流。另外，由于BIM 技術(shù)具有信息共享的特點(diǎn)，為設(shè)計中個性參數(shù)的調(diào)整，提供了便利的條件，實現(xiàn)較高的設(shè)計效率。

2.2 可視化

可視化在建筑設(shè)計行業(yè)中所起到的作用很大，相較于傳統(tǒng)二維圖紙，BIM 技術(shù)能夠?qū)ㄖO(shè)計進(jìn)行可視化應(yīng)用，以一個三維模型的狀態(tài)展示給各專業(yè)設(shè)計人員以及施工人員，能夠充分地減少建筑設(shè)計及施工在項目各個環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的問題，進(jìn)而最大程度地確保了各個施工環(huán)節(jié)之間信息互換，同時又更加有效地促進(jìn)了建筑工程施工項目中各個不同施工環(huán)節(jié)的工作效率。BIM 技術(shù)主要是以立體的形式將建筑結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出來，這樣便于后期方案的檢查，并且可以實現(xiàn)全生命周期監(jiān)督與管理，做到及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，以此保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量[2]。

2.3 模擬性

BIM 技術(shù)核心在于信息處理，以計算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型可視化構(gòu)建，利用幾何學(xué)、建筑工程學(xué)等學(xué)科技術(shù)將建筑工程的信息、施工流程以及施工技術(shù)等因素加以整合，通過3D 模型呈現(xiàn)出來，而對于我國建筑工程設(shè)計工作而言，其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)便是工程模型的創(chuàng)建，也被人們成為建模。BIM 技術(shù)可以利用大量的數(shù)據(jù)，構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)三維模型，并且對各類結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)處理，設(shè)計人員再根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗，這樣可以提前發(fā)現(xiàn)施工中存在的不足，并且有針對性進(jìn)行解決。

3 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用分析

3.1 建筑結(jié)構(gòu)三維模型

數(shù)據(jù)是創(chuàng)建整個信息模型的基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)讀取中，關(guān)于信息讀取鏈接，可以更改數(shù)據(jù)文件的處理方式，以滿足結(jié)構(gòu)需求，從而實現(xiàn)信息構(gòu)建、設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)共享，并大大提高容量。BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用的時候，可以將工程數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，并且利用建模軟件對建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并且設(shè)計人員可以通過三維模型，可以準(zhǔn)確的了解建筑結(jié)構(gòu)的布局，以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于工程建設(shè)要求做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以此保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果。同時，BIM 技術(shù)通過利用計算機(jī)，可以將建筑結(jié)構(gòu)以立體的形式展現(xiàn)出來，并且根據(jù)設(shè)計要求，在計算機(jī)中展開進(jìn)一步的修改，這樣不僅保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確性，其設(shè)計效率也相對較高。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計管理，由于設(shè)計人員監(jiān)督不嚴(yán)格，常會造成在建筑設(shè)計過程中圖紙不按有關(guān)規(guī)范制圖、忽視自檢校對現(xiàn)象的發(fā)生，從而造成建筑圖紙內(nèi)容復(fù)雜、布局不齊全。一般的工程設(shè)計方式，架構(gòu)設(shè)計及模型運(yùn)算必須在各種軟件上進(jìn)行，若存在需要修正與調(diào)節(jié)的問題，必須在架構(gòu)設(shè)計與模型運(yùn)算時不斷進(jìn)行和調(diào)整，大大降低了工程設(shè)計質(zhì)量。BIM 技術(shù)與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)相比，對于細(xì)節(jié)的設(shè)計可以更加細(xì)致化，當(dāng)結(jié)構(gòu)模型使用構(gòu)件控制參數(shù)時，參數(shù)與參數(shù)之間形成一定的相關(guān)性，為協(xié)同功能的再現(xiàn)提供了依據(jù)。換句話說，如果工程設(shè)計者修改了構(gòu)件，則結(jié)構(gòu)模型也會隨之改變，并且此處的變化會隨著構(gòu)件的變化而變化，這種變化可以清楚、及時地反映實際情況。例如，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在分析受力的情況，可以利用BIM 技術(shù)對結(jié)構(gòu)受力參數(shù)進(jìn)行計算，并且根據(jù)實際情況，對建筑地基結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行計算，其目的就是保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，由于現(xiàn)代化建筑工程高度不斷增加，其結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜化，所以為了更清楚的了解建筑結(jié)構(gòu)的整體以及局部結(jié)構(gòu)的受力情況，這時利用BIM 技術(shù)，就可以整體或者局部放大三維模型，深化和調(diào)整細(xì)節(jié)，以此保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的準(zhǔn)確性[3]。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)建模

在我國建筑工程中，作為鋼結(jié)構(gòu)來講，一般應(yīng)用于大跨度的工程結(jié)構(gòu)中，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，最重要的是提高各個構(gòu)件之間的連接工作可靠性，利用科學(xué)的布置方式做好鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的加強(qiáng)，其中主要包含著柱梁銜接，柱柱銜接，梁梁銜接等形式的連接。而通過BIM 系統(tǒng)中強(qiáng)大的參數(shù)共享模塊，能夠有針對性地實現(xiàn)鋼構(gòu)件方案設(shè)計，將其連接參數(shù)化。鋼結(jié)構(gòu)逐步成為現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)的主體，因此在設(shè)計的時候，通過利用BIM 技術(shù)可以對整體或者局部進(jìn)行三維鋼筋進(jìn)行創(chuàng)建，并且根據(jù)工程建設(shè)要求，不斷對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以此保證鋼結(jié)構(gòu)滿足建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。同時，BIM技術(shù)在應(yīng)用的時候，可以通過插件的方式進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建，并且根據(jù)實際情況，適當(dāng)進(jìn)行手動調(diào)調(diào)節(jié)，確保其精準(zhǔn)性。BIM 方法也能夠合理調(diào)節(jié)螺栓聯(lián)接之間的距離和數(shù)量，從而實現(xiàn)了參數(shù)化管理，工程設(shè)計人員只需按照實際狀況在指定地方對參數(shù)的合理調(diào)節(jié)，就能夠完成了鋼構(gòu)件的方案設(shè)計。效果較好的參數(shù)化信息管理系統(tǒng)還能夠提升鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計品質(zhì)，對建筑具有重大的積極意義。另外，由于建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以需要在局部節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建型鋼BIM 剖切模型，并且在模型中，可以大范圍拖動進(jìn)行操作，以此提升設(shè)計工作的效率。

3.3 結(jié)構(gòu)平面施工圖

在建筑工程項目設(shè)計的過程中，通過充分應(yīng)用BIM 技術(shù)手段可以讓建筑物更加現(xiàn)代化，而且可以讓工程項目的設(shè)計以及后期的施工更加順暢地銜接，確保建筑設(shè)計能夠有更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析。建筑施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、巖土的類型，及其環(huán)境要求往往都與建筑物結(jié)構(gòu)的安全性有關(guān)。利用BIM 技術(shù)就可以把建筑結(jié)構(gòu)和環(huán)境相連接，并有效地對建筑物架構(gòu)設(shè)計的環(huán)境要求加以分析，利用對施工環(huán)境的仿真施工，可以給予相應(yīng)的建筑模擬。同時，BIM 系統(tǒng)還可以根據(jù)地理信息對施工區(qū)域的地理特征和場地特點(diǎn)做出全面解析，選取最適宜施工的空間，從而開展建筑數(shù)據(jù)分析，以此達(dá)到建筑和施工空間的智能化聯(lián)系。利用BIM 技術(shù)手段可以打造數(shù)字化的信息管理平臺，從而可以智能化地規(guī)劃設(shè)計建筑物內(nèi)部的具體內(nèi)容，使設(shè)計圖紙和施工圖紙更統(tǒng)一銜接，不僅可以讓設(shè)計質(zhì)量得到大幅度提高，而且還有利于后續(xù)的施工管理工作。BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的最后一步，就會將建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成平面版的設(shè)計方案，以便施工人員的使用。轉(zhuǎn)換的過程中，設(shè)計人員需要將BIM 技術(shù)模型中關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，以及核心信息進(jìn)行提取，并且在平面版式中多角度、全方位的展示，利用符號筆將重點(diǎn)部位進(jìn)行標(biāo)記，這樣主要是保證施工圖信息與模型信息處于一致，以便施工人員可以清楚的了解建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖紙，確保施工工序可以有序的進(jìn)行，做到按期交付工程，提升建筑工程的建設(shè)質(zhì)量[4]。

4 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實現(xiàn)路徑

BIM 建模技術(shù)通常對于建筑整體構(gòu)件設(shè)計工作而言，也要利用信息協(xié)同的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計，結(jié)合BIM 模型構(gòu)建技術(shù)往往能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)的各項信息展示在結(jié)構(gòu)中，在BIM 技術(shù)的支持下實現(xiàn)了及時的更新，真正實現(xiàn)了項目建設(shè)信息的共享。BIM 技術(shù)與現(xiàn)有建筑軟件之間存在很大差異。通過啟用三維建?？墒菇ㄖY(jié)構(gòu)更加真實，可以更直觀地處理構(gòu)件，同時還可以執(zhí)行可視化和模擬工作。不同類型的構(gòu)件可以產(chǎn)生良好的融合效果，從而可以更客觀、更準(zhǔn)確地展示構(gòu)件之間的空間關(guān)系。①在各個區(qū)域內(nèi)部開展建設(shè)信息共享時，能夠結(jié)合數(shù)據(jù)庫整合的方式滿足建筑的實際需求和需要。②在各個專業(yè)不同部門之間開展建設(shè)信息共享時，需要通過合理設(shè)定中央數(shù)據(jù)庫方法，避免對各個學(xué)科領(lǐng)域的建筑設(shè)計人員之間產(chǎn)生溝通阻礙，以完成建筑一體化，并保證了建筑的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性。當(dāng)結(jié)構(gòu)模型使用構(gòu)件控制參數(shù)時，參數(shù)與參數(shù)之間形成一定的相關(guān)性，為協(xié)同功能的再現(xiàn)提供了依據(jù)。換句話說，如果工程設(shè)計者修改了構(gòu)件，則結(jié)構(gòu)模型也會隨之改變，并且此處的變化會隨著構(gòu)件的變化而變化，這種變化可以清楚、及時地反映實際情況，從而大大提高了整個工程設(shè)計的精度，減少了設(shè)計方案與實際施工情況之間的誤差[5]。

5 結(jié)語

總而言之，BIM 技術(shù)是現(xiàn)階段建筑行業(yè)設(shè)計過程中較為關(guān)鍵的一種技術(shù)，具備著一定的可視化、集成化、模擬性的優(yōu)點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中發(fā)揮著十分重要的作用。BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以根據(jù)建設(shè)要求，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的規(guī)劃，并且進(jìn)行仿真模擬，生成立體的三維結(jié)構(gòu)模型，以此保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確性。同時，BIM 技術(shù)在應(yīng)用的時候，可以根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的布局，實施全方位的檢查和跟蹤，不僅可以提升設(shè)計效率，也為后期工程建設(shè)質(zhì)量的提升，提供了基礎(chǔ)性的保障，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益，促使建筑行業(yè)朝向更健康、更穩(wěn)定的趨勢發(fā)展。