劉禮

（安徽科技學院，安徽 蚌埠233000）

1 BIM 簡介

BIM(Building Information Modeling)技術(shù)作為促進我國建筑領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的重要技術(shù)手段之一, 是目前社會建筑行業(yè)的發(fā)展的一門新技術(shù),其體現(xiàn)出的信息化、工業(yè)化和綠色化特點,推動了建筑行業(yè)信息化的發(fā)展。BIM 技術(shù)最早由美國的Chunk Eastman 博士提出,他也是現(xiàn)在公認的“BIM之父”。BIM技術(shù)通過在參數(shù)化的設(shè)計后,在計算機中建立出一個虛擬的建筑,其中包括項目的各類圖紙、3D 模型、數(shù)據(jù)模型等,這些信息之間是共同關(guān)聯(lián)的[1]。通過整合工程各專業(yè)的相關(guān)信息,支持建設(shè)、設(shè)計、施工等機構(gòu)對該項目信息進行反饋修改, 實現(xiàn)在整個工程生命周期信息的共享, 使各部門技術(shù)人員對各個階段工程建造過程中出現(xiàn)的問題作出正確而高效的應對, 為建筑施工運營單位等在內(nèi)的各方建設(shè)人員單位提供協(xié)同化施工的基礎(chǔ), 從而達到提升效率、減低成本以及縮短工期等方面的目的。在工程的造價管理、3D 模型的交流、建設(shè)成本控制等方面起到重大作用[2]。BIM技術(shù)曾在《2011-2015 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中多次被提出,并在建筑業(yè)的科技進步和創(chuàng)新成果中產(chǎn)生了巨大的影響。在完成整個項目的過程中,BIM 技術(shù)所提供的數(shù)據(jù)都能在建造和后期的運營管理方面發(fā)揮著重大作用[3]。

2 基于BIM 高層建筑設(shè)計技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 BIM的可視化

傳統(tǒng)的施工圖紙,都是基于二維平面所繪制的,對于一些復雜的節(jié)點, 二維圖紙并不能很好地表達出各構(gòu)件之間的關(guān)系。BIM 技術(shù)是一種可將平面CAD 圖紙轉(zhuǎn)化為可以進行交流的模型,從而可以使人更直觀的了解建筑物的體塊關(guān)系。利用BIM技術(shù)可以在施工前對各專業(yè)的圖紙進行碰撞檢查,從而提高實際生產(chǎn)過程中的效率。

2.2 BIM的模擬性

在關(guān)鍵節(jié)點和復雜節(jié)點中, 利用BIM技術(shù)可模擬出其生產(chǎn)流程,從實體的角度出發(fā),可以多維度觀察模型生產(chǎn)狀況,在進行技術(shù)交接過程中,可注明易出錯的地方,盡量減少施工過程中因圖紙表達不明確而引起的工序返工以及工期滯后等現(xiàn)象。BIM技術(shù)還可在施工前對各專業(yè)之間進行模擬生產(chǎn), 提前解決生產(chǎn)過程中所遇到的工程問題。

2.3 BIM的優(yōu)化性

利用BIM技術(shù)可以對不同的方案進行篩選優(yōu)化, 既可以調(diào)高方案實施的高效性,又能縮短工期和減少造價。通過對比各方案的優(yōu)缺點,選取最優(yōu)的方案進行施工,有助于項目順利的順利實施。

2.4 BIM的協(xié)調(diào)性

前期在利用BIM技術(shù)建模的過程中,需要與結(jié)構(gòu)專業(yè)、機電專業(yè)、綠建專業(yè)、暖通專業(yè)等各專業(yè)之間進行協(xié)調(diào),在完成各專業(yè)之間的碰撞后,生成對應的解決方案。通過BIM技術(shù),可解決專業(yè)內(nèi)部的空間交叉、凈空設(shè)計等問題。

2.5 BIM的可出圖性

利用BIM技術(shù)建模,可根據(jù)模型生成各類圖紙,其中也包括各專業(yè)碰撞檢查后的綜合圖紙。在經(jīng)過圖模會申后,生成最終的施工方案圖。

研究方法:BIM 需要三大技術(shù)支柱支撐——IFC(Industry Foundation Class) 數(shù)據(jù)儲存標準、IDM (Information Delivery Manual) 數(shù)據(jù)傳遞標準、IFD (International Framework for Dictionaries)信息語義標準。信息交換的標準由IFC 提供,信息交換的內(nèi)容由IDM提供, 而交換信息的唯一性則由IFD 提供、三者共同進行信息交換,也是BIM技術(shù)價值最大化的三大法寶。

3 高層建筑建模的主要內(nèi)容

運用BIM實現(xiàn)工程設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)表現(xiàn)為協(xié)同作業(yè)、可視化設(shè)計和碰撞檢查口。具體內(nèi)容如下:

3.1 工程概況

某項目位于市區(qū)郊區(qū),是一棟小區(qū)的高層住宅?？傉嫉孛娣e為5647m2,非建筑面積(廣場、綠地)面積約占65%-75%,建筑面積在10000m2-20000m2之間,結(jié)構(gòu)類型為剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)計使用年限為50 年,耐火等級為一級,抗震設(shè)防烈度為7 度。為了使住宅的各個區(qū)功能互不相同,建筑過程中使用了BIM技術(shù)。

3.2 建筑模型構(gòu)建

首先,工人們需要對該地段進行勘查測量,之后將所得的數(shù)據(jù)輸入IBM系統(tǒng)平臺,對模型進行初步構(gòu)建。跟國內(nèi)很多事務所BIM 設(shè)計流程相同,工作人員在bim 技術(shù)的基礎(chǔ)上,將不同專業(yè)、不同樓層的圖紙進行分類,然后分析各類圖紙,最后將CAD圖紙導入PKPM-BIM建模軟件中。通過了解分析所構(gòu)建模型的圖紙, 對模型進行初步的軸網(wǎng)定位。后續(xù)模型便以此為參照依據(jù)。根據(jù)圖紙標注的梁、柱、板等在軸網(wǎng)上依次建模,將整體的模型框架搭建好之后,在墻體上開設(shè)門、窗和洞口,也可布置幕墻等。由于軟件自帶相應的門窗尺寸,所以可依據(jù)不同的墻體和建筑外形要求對門窗進行尺寸設(shè)置,并且滿足參數(shù)化等要求。按照專業(yè)樓層建立三維模型,在建好模型的基礎(chǔ)上,進行交叉分工檢查,最終完善整個模型。在模型搭建成功后可以對室內(nèi)外進行詳細的裝修, 并可以導出bimx 模型, 可結(jié)合圖紙進行漫游動畫展示,實現(xiàn)由圖紙- 模型- 圖紙的模式,逐步提高模型數(shù)據(jù)的精確度。

3.3 結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

3.3.1 結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)設(shè)置

主要包括:荷載情況、荷載組合、分析模型設(shè)置、和邊界條件。在創(chuàng)建實體模型的同時,BIM會自動創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型, 并且可以實現(xiàn)兩者之間的相互轉(zhuǎn)化。用戶通過設(shè)置屬性,便可以檢查結(jié)構(gòu)配筋是否合理。最終我們要將所搭建的模型導出來, 具體包括軸線、結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)板、結(jié)構(gòu)柱、以及相關(guān)的洞口和樓板。而相關(guān)的一些荷載結(jié)構(gòu)部分也要導出來,包括恒荷載、活荷載、地震荷載等。一些特殊的結(jié)構(gòu)節(jié)點需要設(shè)置對應的偏心,以滿足結(jié)構(gòu)安全的需要。根據(jù)該民用建筑物的一層建筑、結(jié)構(gòu)、機電、暖通圖,建立三維模型。

3.3.2 模態(tài)分析

模態(tài)是建筑中結(jié)構(gòu)部分固有的振動特性,每一個模態(tài)都有一個固定的頻率、阻尼比和模態(tài)振型。要使得結(jié)構(gòu)能夠達到標準,必須要對模態(tài)進行數(shù)據(jù)分析,以確定結(jié)構(gòu)的振動特性,與此同時,模態(tài)也是后續(xù)風荷載、地震分析的前提。在此過程中,多自由度體系的運動方程多使用直接平衡法,參考D'Alember 原理

其中{fI}- 結(jié)構(gòu)慣性力,{fD}- 結(jié)構(gòu)阻尼力,{fS}- 結(jié)構(gòu)彈性恢復力,{pt}- 外力荷載;模態(tài)振形可分為:Y 向平動、X 向平動、繞Z 轉(zhuǎn)動、X 向平動略帶扭轉(zhuǎn)、主扭轉(zhuǎn)帶X 向平動、主Y 向平動等。了解這些可能的振形形態(tài)可以幫助解決施工過程所出現(xiàn)的相關(guān)問題。

3.3.3 碰撞分析檢查經(jīng)過配筋優(yōu)化后的方案最終設(shè)計確定,繪制了施工圖。整合首層的建筑、結(jié)構(gòu)、機電、暖通圖紙,并進行碰撞分析檢查,消除各專業(yè)之間的可能發(fā)出的沖突,提高各個專業(yè)的之間的協(xié)同配合能力。

4 結(jié)論

本文對BIM技術(shù)在高層民用住宅中的應用研究中從建筑模型的構(gòu)建、結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、碰撞分析檢查等三個方面進行了探討,可以得到一些結(jié)論,在建模前需要分析剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點,使用PKPM-BIM軟件建立三維的結(jié)構(gòu)模型,最后轉(zhuǎn)為建筑部分,為建筑部分提供參照。在進行高層建筑建設(shè)的過程中,充分考慮結(jié)構(gòu)的X- 方向、Y- 方向風荷載、抗震能力、結(jié)構(gòu)位移等建設(shè)過程可能出現(xiàn)的任何問題。技術(shù)人員還應該對BIM技術(shù)的優(yōu)勢有著充分的理解,并且能夠投入到具體的工程應用中。通過與結(jié)構(gòu)、機電、暖通等部門進行多方面的溝通,不斷地優(yōu)化設(shè)計方案,在確保建筑物質(zhì)量的同時,實現(xiàn)建筑的工行的進一步發(fā)展。