丁萍

（廣東南粵瓏圖建筑設(shè)計(jì)有限公司　廣東佛山　528000）

1　引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，建筑工程也處在一個(gè)快速發(fā)展的階段，而BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用是對(duì)傳統(tǒng)建造和運(yùn)維模式的提升。BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在信息參數(shù)化、三維可視化、信息管理化，以仿真方式實(shí)現(xiàn)工程的全方位管控。建筑工程三維可視化仿真是通過三維動(dòng)畫的形式來表現(xiàn)一個(gè)生動(dòng)、形象、動(dòng)態(tài)的建筑工程組合空間構(gòu)件，演示施工全過程，形成并顯示出以信息和數(shù)據(jù)為依據(jù)的模擬圖形，而不僅是傳統(tǒng)的文字和文本表達(dá)方式。BIM三維信息模型是建筑工程設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展中又一項(xiàng)重要先進(jìn)技術(shù)，在信息、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)模型和通用模型中發(fā)揮了重要作用，建筑行業(yè)逐漸應(yīng)用了BIM技術(shù)，是建筑工程中的模型數(shù)字化體現(xiàn)，主要作用解決建筑工程實(shí)施和運(yùn)營(yíng)中遇到的各種問題，通過與之相關(guān)聯(lián)的各專業(yè)技術(shù)人員，對(duì)施工過程中的相應(yīng)的信息進(jìn)行處理，以及配合其他環(huán)節(jié)維護(hù)后期運(yùn)營(yíng)管理。

2　BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM三維施工仿真技術(shù)，通過對(duì)整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的信息采集，然后對(duì)采集到的信息進(jìn)行數(shù)字化。例如：建筑材料、設(shè)備、單價(jià)以及施工進(jìn)度等。這些建筑工程數(shù)據(jù)可以通過BIM三維信息模型轉(zhuǎn)化為相關(guān)的數(shù)字信息。通過數(shù)字信息反映的情況，解決施工過程中遇到的問題，通過相關(guān)技術(shù)人員，在施工過程中相應(yīng)的信息處理等環(huán)節(jié)來維護(hù)模型化項(xiàng)目的運(yùn)行。建筑信息模型是一種數(shù)字化的設(shè)計(jì)、施工和管理的手段，該系統(tǒng)既支持了內(nèi)部集成管理環(huán)境，又提高了整個(gè)施工管理過程的效率，避免施工過程中的錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。BIM技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是建立相對(duì)獨(dú)立的工程數(shù)據(jù)。通過三維可視化環(huán)境和辦公自動(dòng)化，可以及時(shí)處理信息系統(tǒng)中存在的問題，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)之間的通信和數(shù)據(jù)信息共享，提高系統(tǒng)的全生命周期，如圖1所示。

圖1　BIM模式圖

3　建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)用BIM的意義

BIM的推廣應(yīng)用是不可逆轉(zhuǎn)的時(shí)代潮流，結(jié)構(gòu)專業(yè)作為建筑設(shè)計(jì)的重要支柱，同時(shí)又是建筑行業(yè)的上游專業(yè)，應(yīng)率先完成BIM的過渡，使其信息參數(shù)化、三維可視化、信息管理化。BIM技術(shù)對(duì)于結(jié)構(gòu)專業(yè)的特殊意義在于：

（1）傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有三維的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型（并帶有結(jié)構(gòu)計(jì)算信息），但結(jié)構(gòu)計(jì)算模型經(jīng)過一定程度的簡(jiǎn)化、歸并，與圖紙并不完全對(duì)應(yīng)；BIM模型則是與圖紙完全對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)三維模型，滿足可視化設(shè)計(jì)需求，可以避免低級(jí)錯(cuò)誤。

（2）傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本上采用計(jì)算模型與圖紙分離的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)件信息與圖紙標(biāo)注無關(guān)聯(lián)；結(jié)構(gòu)BIM模型的構(gòu)件信息與標(biāo)注相互聯(lián)動(dòng)，避免圖紙低級(jí)錯(cuò)誤。

（3）結(jié)構(gòu)計(jì)算模型僅供專業(yè)計(jì)算使用，無法提供給其他專業(yè)應(yīng)用；結(jié)構(gòu)BIM模型可以參與到多專業(yè)的協(xié)同過程，整體發(fā)揮作用。

（4）依賴于Revit平臺(tái)強(qiáng)大的可視化表現(xiàn)能力，可以對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件作各種檢測(cè)分析，并且以直觀的方式表現(xiàn)出來，輔助設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)體系作出優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（5）結(jié)構(gòu)BIM模型可以快速統(tǒng)計(jì)工程量，雖然目前主要為混凝士量，準(zhǔn)確度也依賴于建模規(guī)則，但可以作為對(duì)項(xiàng)目造價(jià)快速估算與對(duì)比的參考依據(jù)。

（6）結(jié)構(gòu)BIM模型對(duì)于施工交底作用較大，可視化交底過程可以顯著提高溝通效率，減少信息不對(duì)等導(dǎo)致的理解錯(cuò)位。

總的來說，結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)打破了傳統(tǒng)計(jì)算模型+二維設(shè)計(jì)的工作方式，直觀的表達(dá)設(shè)計(jì)師的意圖，能夠減少重復(fù)溝通的時(shí)間，同時(shí)可視化的工作方式，輔助設(shè)計(jì)師更容易發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量具有積極意義。

4　BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

4.1　在施工場(chǎng)地分析中的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性不僅體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性和安全性上，而且與建筑場(chǎng)地的環(huán)境和地質(zhì)條件密切相關(guān)。BIM系統(tǒng)可與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，建立建筑工程模型。如圖2所示，對(duì)建筑場(chǎng)地的特點(diǎn)和條件進(jìn)行綜合分析，選擇最佳的施工場(chǎng)地，使建造的適應(yīng)性和場(chǎng)地條件最優(yōu)。

圖2　BIM模型圖

4.2　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)中，BIM模型可以用來分析建筑的投資和建造成本，從而在建筑的早期階段，決策者對(duì)設(shè)計(jì)方案做出合理的選擇，避免后期的返工，減少不必要的投資浪費(fèi)。例如，某公共建筑的總建筑面積為3000m2。在平面和豎向結(jié)構(gòu)方案確定以后，估算項(xiàng)目成本時(shí)，發(fā)現(xiàn)成本超過預(yù)算。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)BIM數(shù)字模型進(jìn)行調(diào)整，局部采用輕鋼結(jié)構(gòu)，調(diào)整局部空間形態(tài)和面積，以滿足成本控制要求，從而進(jìn)行優(yōu)化。

4.3　結(jié)構(gòu)的可視化設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，BIM技術(shù)的三維技術(shù)可以用來展示建筑結(jié)構(gòu)及其相關(guān)構(gòu)件的立體效果。此外，通過使用BIM技術(shù)建立的實(shí)體模型，用戶可以根據(jù)需要從不同角度觀察建筑構(gòu)件特征、尺寸、方向和材料等。

在建筑結(jié)構(gòu)的可視化設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)可以使設(shè)計(jì)者準(zhǔn)確地查看整個(gè)建筑的布局和細(xì)節(jié)，從而快速發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)中各方面的缺陷，例如建筑樓梯踏步上下凈空是否滿足空間高度要求，不能碰頭，是否有大小差異，以及梁柱是否與水、電管網(wǎng)發(fā)生碰撞等等。由此可見，BIM技術(shù)在建筑工程可視化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，而且可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，從而減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的誤差。

4.4　鋼結(jié)構(gòu)建模

在現(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)已成為大跨度建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，在建設(shè)中，通常會(huì)面臨結(jié)構(gòu)連接和加固處理的困難。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的連接方式通常有梁柱連接、梁梁鉸接和梁梁剛性連接等連接形式，在設(shè)計(jì)中需要構(gòu)件各種參數(shù)，來反映各種構(gòu)件之間的相互連接關(guān)系。應(yīng)用BIM技術(shù)，將構(gòu)件之間的關(guān)系通過參數(shù)化，三維可視化提取信息，進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)。例如，可通過參數(shù)共享來有效地控制螺栓的數(shù)量和合理的間距，設(shè)計(jì)師通過調(diào)整參數(shù)以形成更加合理的連接體系；在構(gòu)件加固件和連接設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師只需勾畫大概的形式，交給建模技術(shù)人員，然后通過參數(shù)設(shè)置反映在參數(shù)化的模型中，再作合理的調(diào)整，以此確定加固件的準(zhǔn)確位置。由此可見，應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)提高鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和施工效率有著重要作用。

4.5　結(jié)構(gòu)的性能分析

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要合理布置結(jié)構(gòu)型式，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。在建筑結(jié)構(gòu)性能分析中，一些設(shè)計(jì)師仍然缺乏一定的分析能力，這項(xiàng)工作將需要大量的人力物力財(cái)力投入。將BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)中的缺陷，從而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案作最合理的選擇。

4.6　體系結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)

在BIM建筑模型中，可以實(shí)現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)更新。在保證建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，可以保證建筑結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)的真實(shí)性，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的統(tǒng)計(jì)，在建筑結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）在建立結(jié)構(gòu)模型時(shí)，需要依賴于Revit平臺(tái)的可視化表現(xiàn)力對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件作各種檢測(cè)分析。

（2）保證建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的合理性，加強(qiáng)與各專業(yè)的協(xié)調(diào)，通過結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的處理，保證建筑設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性。

5　BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的難點(diǎn)

在BIM技術(shù)的應(yīng)用中，由于BIM是新技術(shù)，或多或少存在一些問題：

（1）BIM技術(shù)的應(yīng)用尚處于探索階段，沒有標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)作為參考；由于BIM技術(shù)是新應(yīng)用，暫時(shí)沒有相應(yīng)的應(yīng)用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。最重要的是信息交換，因此BIM標(biāo)準(zhǔn)與軟件之間的協(xié)調(diào)是非常重要的，法律責(zé)任的問題體現(xiàn)在BIM技術(shù)在使用過程中的合法性和有效性，以及PARAMET的傳遞。ERS還將涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)和責(zé)任問題，模型和傳統(tǒng)技術(shù)的內(nèi)容是相似的。在設(shè)計(jì)過程的不同階段，BIM技術(shù)設(shè)計(jì)的深度和內(nèi)容各不相同，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也不同。

（2）BIM的技術(shù)缺陷，由于目前BIM技術(shù)尚處于推廣階段，推廣中存在的問題采用國(guó)外軟件，本地化水平不高，工作人員的工作能力也比較嚴(yán)格，軟件模塊不完善，DATA共享、數(shù)據(jù)傳輸程度低；成本相對(duì)較高，需要投入大量資金用于技術(shù)人員培訓(xùn)和高配置設(shè)備，才能保證設(shè)備和軟件的正常運(yùn)行。

（3）BIM技術(shù)的歸檔和硬件配置要求較高，配置水平的提高使得其成本增加。因此，解決BIM技術(shù)文檔存儲(chǔ)問題勢(shì)在必行。

6　BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中構(gòu)件模型

6.1　建立完整的項(xiàng)目模板

工程模板是設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。項(xiàng)目模板的主要內(nèi)容是對(duì)各種線條、字體、符號(hào)進(jìn)行規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化處理。在BIM技術(shù)中，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)更好的質(zhì)量模板，這樣可以減少工作量，避免重復(fù)工作內(nèi)容，提高設(shè)計(jì)效率。

6.2　設(shè)計(jì)滿足要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中涉及的構(gòu)件類型有基礎(chǔ)、柱、梁、樓板、墻體、樓梯等，可分為預(yù)制構(gòu)件、現(xiàn)澆構(gòu)件和鋼構(gòu)構(gòu)件三種主要類型，可作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)件模型的構(gòu)件參考標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)澆構(gòu)件是建筑工程中常見的一種結(jié)構(gòu)形式，在選擇設(shè)計(jì)方案時(shí)，設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工條件以及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比合理選擇，以避免項(xiàng)目實(shí)施過程中諸多問題的出現(xiàn)，做到事前控制，減少各專業(yè)之間的矛盾。

7　結(jié)束語

從上文的分析來看，BIM技術(shù)越趨成熟，有很大的發(fā)展前景，現(xiàn)階段隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，建筑工程也處在一個(gè)快速發(fā)展的階段，而BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用是十分重要的。BIM技術(shù)在建筑的應(yīng)用主要是在可視化仿真方面和工程的質(zhì)量安全管理方面體現(xiàn)突出。BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，會(huì)出現(xiàn)因人為因素導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理等問題，因此，必須要求工作人員具備一定的專業(yè)技能和綜合協(xié)調(diào)能力，才能更好的掌握BIM技術(shù)的工作原理和應(yīng)用，從而提高工作效率。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)主要是參與了多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，目前對(duì)結(jié)構(gòu)本專業(yè)還沒有顛覆性的價(jià)值。