張利偉（新鄉(xiāng)學(xué)院 土木工程與建筑學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003）

基于BIM技術(shù)的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

張利偉
（新鄉(xiāng)學(xué)院 土木工程與建筑學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003）

BIM技術(shù)的應(yīng)用是加快中國建筑業(yè)變革、快速發(fā)展的一個(gè)過程，繼1993年的第一次建筑設(shè)計(jì)革命后的第二次建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)革命。首先對BIM技術(shù)進(jìn)行闡述，然后詳細(xì)分析了在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用,指出了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中遇到的問題。

BIM；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；革命；建模

隨著BIM技術(shù)的快速發(fā)展和完善，BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域應(yīng)用也越來越廣泛。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同專業(yè)的數(shù)據(jù)共享，通過共享數(shù)據(jù)，建立模型和分析，進(jìn)而更加有效的完成工程任務(wù)，采用BIM技術(shù)可以有效的提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。毋庸置疑，建筑信息模型（ Building Information Modeling，BIM） 將是未來建筑信息技術(shù)發(fā)展的主流。在建筑的全壽命周期，BIM 技術(shù)應(yīng)用貫穿始終，相當(dāng)于建筑的“基因”。而整個(gè)建筑工程實(shí)現(xiàn)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是勘察設(shè)計(jì)階段，探究 BIM 技術(shù)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用情況是十分必要的。

1 BIM技術(shù)概況

在建筑工程項(xiàng)目中，由于工程設(shè)計(jì)的信息是多方面的，并且很多信息是動(dòng)態(tài)的，如果能夠及時(shí)收集這些信息，并能夠合理利用，那么將對建筑工程的推進(jìn)會(huì)起到有效的推動(dòng)作用。 BIM技術(shù)就能夠滿足以上這些要求，這項(xiàng)技術(shù)也稱為建筑業(yè)的第二次革命。BIM技術(shù)主要是通過數(shù)字模型進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工、管理的一種先進(jìn)方法，其特征是主要是：信息集成化、信息傳遞性、協(xié)同設(shè)計(jì)。

（1）信息集成化。BIM技術(shù)的集成化主要包括設(shè)計(jì)過程的集成化和設(shè)計(jì)信息的集成化。

（2）信息傳遞性。具有傳遞性是BIM技術(shù)獨(dú)有的特點(diǎn)。在實(shí)際工作中，程序中如果修改了某項(xiàng)數(shù)據(jù)后，BIM系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將修改的部分傳遞給影響的圖元。

（3）協(xié)同設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)搭建了聯(lián)系設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)方之間的橋梁，并為工程的推進(jìn)提供了大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2 BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，其應(yīng)用與傳統(tǒng)技術(shù)有真重大的區(qū)別，其重要的應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 模型建立

BIM技術(shù)可以有效的將結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型用真實(shí)的構(gòu)件表示出來，對比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)，突破了CAD技術(shù)進(jìn)行施工圖繪制時(shí)，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(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)變化，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。通過BIM技術(shù)，也可以迅速發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題，及時(shí)修改設(shè)計(jì)方案，最終提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)

在BIM系統(tǒng)中，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的所有信息都在一個(gè)數(shù)據(jù)庫，并且這個(gè)數(shù)據(jù)庫是共享的，參與設(shè)計(jì)的各方都可以共享這些數(shù)據(jù)。方案設(shè)計(jì)和 初步設(shè)計(jì)對施工圖設(shè)計(jì)影響較大，造成了結(jié)構(gòu)工程師將大量的精力都投入到了建筑工程項(xiàng)目并不是最重要的階段。BIM的參數(shù)化設(shè)計(jì)就解決了整個(gè)問題。BIM技術(shù)采用了參數(shù)化的三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)單元，將之前的點(diǎn)、線、面等元素替換為梁、柱等構(gòu)件，大量使用的構(gòu)件被定義為族，族中參數(shù)包括了幾何信息、材料信息、邏輯信息等非幾何信息。

2.3 設(shè)計(jì)過程優(yōu)化

與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程相比，BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)流程上進(jìn)行了優(yōu)化。BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程為：BIM數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出建筑幾何信息→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案→對結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化，初步確定結(jié)構(gòu)選型和布置→建立初步分析模型→導(dǎo)入結(jié)構(gòu)有限元軟件進(jìn)行分析，完成截面設(shè)計(jì)→各專業(yè)分析評估結(jié)構(gòu)模型，輸入BIM數(shù)據(jù)庫并繪制施工圖。

3 BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的難點(diǎn)

BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中，也存在一些難點(diǎn)，遇到了一些問題，這些在一定程度上影響了BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這些難點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）缺乏標(biāo)準(zhǔn)體系。由于BIM技術(shù)目前還處于探索階段，國家和地區(qū)相應(yīng)的各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還沒有出臺，處于前期調(diào)研、或正在制定過程中。因?yàn)锽IM技術(shù)需要信息的傳遞，所以BIM相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)與軟件的協(xié)調(diào)性是一個(gè)十分關(guān)鍵的問題。

（2）法律責(zé)任問題。主要體現(xiàn)在：BIM技術(shù)在使用過程中的合法性和有效性；參數(shù)進(jìn)行傳遞，涉及到產(chǎn)權(quán)和責(zé)任問題；建立模型與傳統(tǒng)技術(shù)內(nèi)容的一致性；BIM各方的修改權(quán)限。

（3）應(yīng)用和交付問題。不同設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)設(shè)計(jì)的深度也不同，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也不同。參與設(shè)計(jì)的各方與傳統(tǒng)技術(shù)相比，分工和內(nèi)容也不同。

（4）BIM技術(shù)的缺點(diǎn)。由于BIM技術(shù)處于前期推廣階段，還存在以下幾個(gè)方面的問題：軟件主要是國外軟件，本土話程度不高；軟件對應(yīng)用人員的專業(yè)素質(zhì)和硬件設(shè)備要求較高；軟件各個(gè)模塊之間連接不完善，數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)傳遞程度較低，BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)信息的傳遞成都有待進(jìn)一步提高。

（5）使用成本過高。由于對使用人員素質(zhì)和硬件設(shè)備要求較高，所以需要投入一定的資金對專業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，購置高配置設(shè)備，進(jìn)行軟件更新。

（6）BIM技術(shù)存檔問題。由于目前沒有具體存檔標(biāo)準(zhǔn)，加之存檔對硬件的配置要求較高，需要進(jìn)一步提高硬件的配置，增加使用成本。所以，BIM技術(shù)的文檔存儲問題亟待解決。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)的快速發(fā)展和普及，必將引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一次重大變革。目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程將被改變，許多在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題將會(huì)得到解決。由于BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中遇到了以上問題，但是這些問題會(huì)逐漸解決，推動(dòng)BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也要加強(qiáng)專業(yè)素質(zhì)的提高，增強(qiáng)綜合能力，熟悉掌握BIM技術(shù)，在保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，快速二高效的完成建筑工程設(shè)計(jì)任務(wù)，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

[1]吳文勇.BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程的研究與實(shí)現(xiàn)[J].建筑結(jié)構(gòu),2013,43（sup）:825-828．

[2]李華峰.BIM 技術(shù)在紹興體育場開合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu),2013,43（17）:144-148．

[3]龍輝元.BIM 技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討與案例[J].土木建筑工程信息技術(shù),2010,2（04）:89-93．

張利偉（1983-），男，河南新鄉(xiāng)人，研究生，助教，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。