陳慶豐徐云博劉繼鵬胡 愈

（河南工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用

陳慶豐1徐云博2劉繼鵬3胡 愈4

（河南工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

隨著經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，人們對建筑的要求越來越高，在建筑施工過程中應(yīng)該高度重視建筑過程的管理，利用先進(jìn)的建筑設(shè)計方法，提高建筑的性能以及經(jīng)濟性。BIM技術(shù)能夠在建筑設(shè)計師中發(fā)揮重要作用，通過BIM技術(shù)能夠在設(shè)計之初進(jìn)行一系列探究，提高建筑設(shè)計的科學(xué)性及實用性，在新時期，傳統(tǒng)設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足實際需求，BIM技術(shù)就在這樣的背景下誕生了?；诖耍疚木徒ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析研究，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

BIM技術(shù) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計 信息模型

引言

BIM 技術(shù)作為一種面向建筑設(shè)計的基于對象的CAD 技術(shù)，其在建筑數(shù)字描述中得以廣泛應(yīng)用。通過BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在電子模型中存儲完整的建筑信息內(nèi)容，實現(xiàn)建筑設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展。特別是近年來隨著 BIM技術(shù)的完善提高，BIM 技術(shù)可以在不同專業(yè)和部門之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享等功能，應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域，建筑師、設(shè)計師、工程師及業(yè)主等均能夠共享相同的數(shù)字設(shè)計信息，應(yīng)用相同的可視化數(shù)字模型，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)模擬與分析等工作。BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用能夠有效提高建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，確保建筑施工安全。

一、BIM概念及內(nèi)涵

建筑信息模型(Building Information Modeling, or BIM)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。BIM的概念最早起源于美國，???它利用數(shù)字模型對項目進(jìn)行設(shè)計施工運營維護(hù)的管理過程，實現(xiàn)信息化和數(shù)字化在建筑行業(yè)中的靈活運用。在建筑工程領(lǐng)域，如果將Auto CAD技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用看做是建筑設(shè)計由手繪到計算機繪圖的第一次革命，那么，BIM 技術(shù)的使用，這種把建筑繪圖由多專業(yè)分別分步繪圖轉(zhuǎn)換為多專業(yè)共同繪圖的計算機信息技術(shù)，將創(chuàng)造建筑設(shè)計工程行業(yè)的第二次革命。簡而言之，BIM 技術(shù)是工程項目管理過程中使用的一種全新的信息化管理技術(shù)。

二、傳統(tǒng)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷

（一）、設(shè)計及分析手段問題

在BIM 傳播的過程中，BIM 相關(guān)軟件總是最常被提及的；在BIM 的實踐中，BIM 軟件的應(yīng)用也是最常見的突破口。盡管這一現(xiàn)象有一部分原因來自軟件開發(fā)商是 BIM 認(rèn)知和發(fā)展的重要推動力量，但更重要的是，傳統(tǒng)的設(shè)計軟件在設(shè)計、分析能力上確實存在諸多不足。

（二）、設(shè)計流程問題

如果說設(shè)計協(xié)同問題是傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計中最嚴(yán)重的問題，傳統(tǒng)設(shè)計流程則與之相互影響。不重視協(xié)同設(shè)計以及缺乏協(xié)同能力造就了現(xiàn)階段常見的設(shè)計流程，而這種設(shè)計流程又進(jìn)一步阻礙了設(shè)計協(xié)同的發(fā)展。在傳統(tǒng)設(shè)計流程下，各個專業(yè)都有自己的工作主線，不同專業(yè)的設(shè)計內(nèi)容分布在不同專業(yè)的圖紙上，各個設(shè)計階段的信息交流主要依靠關(guān)鍵節(jié)點的提資來完成。在這種流程下，信息交流難度大，協(xié)同工作難以開展，信息共享也難以保證實時性。一旦某一專業(yè)的設(shè)計發(fā)生改變，若缺乏設(shè)計人員之間的及時溝通，其問題很有可能在下一次的關(guān)鍵節(jié)點的提資中才能被發(fā)現(xiàn)，而這將有可能導(dǎo)致大量的設(shè)計返工，嚴(yán)重時甚至影響設(shè)計的整體進(jìn)度和整體質(zhì)量。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM 技術(shù)的應(yīng)用分析

（一）、模型建立

BIM 技術(shù)可以有效的將結(jié)構(gòu)的三維實體模型用真實的構(gòu)件表示出來，對比傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，突破了 CAD 技術(shù)進(jìn)行施工圖繪制時，只能表示平面信息的瓶頸，BIM 技術(shù)可以利用直觀的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表示整體結(jié)構(gòu)以及各構(gòu)件之間的關(guān)系。在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中，利用 BIM 技術(shù)，可以通過可視化技術(shù)，通過對建筑結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而設(shè)計出一個合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。通過BIM 技術(shù)，也可以迅速發(fā)現(xiàn)在設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，及時修改設(shè)計方案，最終提高設(shè)計質(zhì)量。

（二）、應(yīng)用于建筑空間規(guī)劃

空間規(guī)劃是建筑設(shè)計的第一步，在選定建筑地點后可以對當(dāng)?shù)氐目臻g進(jìn)行地形分析，尤其是在地形比較復(fù)雜的建筑基地上地形分析必不可少。通過BIM技術(shù)對建筑基地進(jìn)行空間分析，例如具體的坡高、斜率、以及坡向等分析，對于建在地形復(fù)雜地區(qū)的建筑物可以利用BIM技術(shù)進(jìn)行初步探索，為設(shè)計工作提供有力的支持，開闊思路。在坡度分析是可以利用GIS建模，并對其中的各項參數(shù)進(jìn)行模擬，設(shè)計人員能夠?qū)Ω鶕?jù)需要從不同角度進(jìn)行探索，并生成一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，供后期設(shè)計參考。地形探索完畢后即可進(jìn)行與建筑物的空間規(guī)劃。對建筑物的空間規(guī)劃一般利用BIM技術(shù)的可視化分析技能，將建筑通過3D技術(shù)立體呈現(xiàn)出來，并進(jìn)行室內(nèi)的視野分析、規(guī)劃可視度分析、道路可視分析等，在進(jìn)行各項分析前首先建立相應(yīng)的模型，并利用BIM技術(shù)進(jìn)行調(diào)試，結(jié)合各因素綜合參考，得出最佳的空間規(guī)劃模型。

（三）、應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)性能分析

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計并不是對建筑各個部分簡單的排列，還需要使各個部分有機組合起來，形成一個彼此支撐的整體，確保整個建筑結(jié)構(gòu)的抗震性、牢固性等達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，這就需要對建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行分析。在BIM 技術(shù)中，可以設(shè)計相應(yīng)的性能分析軟件，將 BIM 模型的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件之中，就可以快速、準(zhǔn)確地完成整個分析過程，并根據(jù)分析的結(jié)果來發(fā)現(xiàn)和改正設(shè)計中存在的不足，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

（四）、應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的建模

在現(xiàn)階段，隨著建筑工程的不斷發(fā)展，大跨度、大空間成為建筑工程發(fā)展的重要趨勢，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越加廣泛。鋼結(jié)構(gòu)的鏈接和加強件布置十分繁多，給建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來了難度。利用 BIM 技術(shù)，可以通過對鋼結(jié)構(gòu)梁高度的計算，對所有連接件進(jìn)行專門的設(shè)計，并連接件進(jìn)行參數(shù)化處理，應(yīng)用 BIM技術(shù)的參數(shù)共享功能，即可以完成對鋼結(jié)構(gòu)中螺栓等連接件數(shù)量和間距的控制，在需要構(gòu)建新連接件時，設(shè)計人員只需要調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)即可完成； 對于加強件，設(shè)計人員可以通過 BIM 技術(shù)繪制出相應(yīng)的大樣圖，在鋼結(jié)構(gòu)施工中，技術(shù)人員只需要參考相應(yīng)的設(shè)計位置，就可以確定加強件的部位，避免了鋼結(jié)構(gòu)中薄弱環(huán)節(jié)的存在。

四、BIM 技術(shù)在建筑機構(gòu)設(shè)計中的難點

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作在運用 BIM 系統(tǒng)中需要將模型發(fā)送到分析軟件，結(jié)構(gòu)分析軟件利用算法來將建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計信息反饋出來，并根據(jù)用戶指令來形成動態(tài)的施工圖與結(jié)構(gòu)模型，所以設(shè)計人員在使用 BIM技術(shù)中要考慮模型空間的整體真實性，并要對 BIM 系統(tǒng)的物理模型能否自動生成施工圖紙等方面進(jìn)行充分考慮。建筑結(jié)構(gòu)的安全性是設(shè)計工作中設(shè)計人員要充分考慮的因素，但是由于建筑施工材料自身力學(xué)特征、荷載組合、荷載以及單元截面特性等多種因素會對結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生影響，所以設(shè)計人員在使用 BIM 模型進(jìn)行分析過程中往往需要面對各項復(fù)雜參數(shù)。再者，BIM 模型在本質(zhì)上是物理模型、建筑結(jié)構(gòu)分析模型以及施工圖文檔的完全數(shù)據(jù)模型，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中只有采用完全符合標(biāo)準(zhǔn)或比較簡單的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，才能實現(xiàn)上述多種數(shù)據(jù)模型之間的雙向無縫連接，如果建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體設(shè)計沒有達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，或建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度復(fù)雜化會導(dǎo)致其在運行中丟失大量數(shù)據(jù)。因此，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)計人員要高度關(guān)注這一問題，力求可以有效實現(xiàn)物理模型與結(jié)構(gòu)分析模型之間的雙向無縫連接。

結(jié)束語

綜上所述，基于對 BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的初步研究，提高我國建筑工程設(shè)計的技術(shù)與管理水平、改善我國建設(shè)工程項目的整體質(zhì)量的重要途徑之一是貫通建筑業(yè)的技術(shù)信息化和管理信息化。當(dāng)前我國的 BIM 技術(shù)已經(jīng)具有了初步的系統(tǒng)化環(huán)境，項目流程的經(jīng)濟問題、技術(shù)問題以及法律問題均具有相應(yīng)的應(yīng)對方案，所以當(dāng)前最重要的發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是BIM模型的提供以及數(shù)據(jù)的審核、集成，從而更好的保證數(shù)據(jù)的一致性、合理性以及準(zhǔn)確性。

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1007-6344（2015）11-0154-01