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        基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程管理研究

        2020-04-02 08:39:04陳波
        關(guān)鍵詞:施工圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模

        陳波

        (成都建工第一建筑工程有限公司,成都 610017)

        1 引言

        在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn),設(shè)計(jì)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)是影響建筑質(zhì)量的重要因素[1]。依據(jù)二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方式不可避免地會有工作效率低下、與相關(guān)專業(yè)的信息傳遞不良、繪圖工作量大、結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位置和設(shè)備管線碰撞和錯位等缺點(diǎn)[2]。

        BIM(Building Information Modeling)建筑信息模型是利用數(shù)字模型完成建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和管理,具有智能化、數(shù)字化、各模型間信息關(guān)聯(lián)性好等優(yōu)點(diǎn)。另外,該系統(tǒng)強(qiáng)大的設(shè)計(jì)協(xié)同能力可以高效地檢查設(shè)計(jì)碰撞問題,明顯提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。與此同時,設(shè)計(jì)管理是站在設(shè)計(jì)管理者的角度根據(jù)業(yè)主的要求,進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量和流程的管理[3]。設(shè)計(jì)管理的主要內(nèi)容包括:設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)信息的管理、與設(shè)計(jì)相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)流程的制定、設(shè)計(jì)協(xié)作的管理、設(shè)計(jì)質(zhì)量的管理。

        2 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

        BIM技術(shù)不僅可以用在建筑的設(shè)計(jì)和施工過程中,還可以在建筑交付后的后期運(yùn)營和管理中發(fā)揮作用,可以應(yīng)用在建筑全壽命周期中。主要的特點(diǎn)有:

        1)設(shè)計(jì)模型的可視化。傳統(tǒng)的基于CAD軟件的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是二維平面設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)成果只能通過平面來展示,很難體現(xiàn)出立體結(jié)構(gòu)的效果。BIM技術(shù)可以同時呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三維立體效果和實(shí)現(xiàn)建筑實(shí)體的立體建模,如圖1所示。

        圖1 BIM建筑設(shè)計(jì)三維模型

        2)設(shè)計(jì)信息集成化。根據(jù)BIM基礎(chǔ)模型,各個專業(yè)的設(shè)計(jì)可以將設(shè)計(jì)的參數(shù)如構(gòu)建間的空間、尺寸、材料等信息輸入到模型當(dāng)中,實(shí)現(xiàn)各個專業(yè)間的高度集成。

        3)可傳遞性。BIM技術(shù)可以在設(shè)計(jì)的各個數(shù)據(jù)之間建立有效和統(tǒng)一的關(guān)聯(lián),不需要設(shè)計(jì)人員去更新相關(guān)工作,若程序自動修改了某項(xiàng)數(shù)據(jù)或內(nèi)容后,系統(tǒng)能夠自動將修改內(nèi)容反饋到與之關(guān)聯(lián)的圖元中,提高工作效率的同時減少了設(shè)計(jì)錯誤率。

        3 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問題

        基于二維平面的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程和管理模式面臨的主要問題包括以下4個方面:

        1)設(shè)計(jì)方法方面。二維施工圖繪制方法,結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的布置需要從平面和剖面2個方面繪制,若不進(jìn)行仔細(xì)的校對經(jīng)常會出現(xiàn)平、剖位置不對的錯誤。

        2)設(shè)計(jì)手段方面。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)建模計(jì)算需要在不同軟件中進(jìn)行,結(jié)構(gòu)計(jì)算需要根據(jù)二維軟件中結(jié)構(gòu)布置來計(jì)算結(jié)構(gòu)建模,計(jì)算完成后還需要返回二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中再修改和繪制結(jié)構(gòu)圖紙。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后不可避免地會進(jìn)行修改或調(diào)整,不斷往復(fù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建模會增加設(shè)計(jì)的工作量,降低設(shè)計(jì)質(zhì)量。

        3)設(shè)計(jì)協(xié)同方面。二維空間的設(shè)計(jì)無法直觀地反映各個設(shè)計(jì)專業(yè)間的關(guān)系,相互之間的協(xié)作較為困難,只能依靠設(shè)計(jì)人員的空間想象力來設(shè)想各專業(yè)之間的關(guān)系,不可避免地會發(fā)生專業(yè)間的碰撞和構(gòu)件的位置沖突。

        4)設(shè)計(jì)管理方面。一旦項(xiàng)目開始,設(shè)計(jì)單位面臨的工作量巨大,為了盡快達(dá)到業(yè)主要求的工作目標(biāo),若設(shè)計(jì)的監(jiān)督管理不到位,設(shè)計(jì)圖紙的布局不合理、內(nèi)容不完整等現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn),結(jié)構(gòu)和建筑專業(yè)的對比檢查和校對會出現(xiàn)不仔細(xì)和不全面的問題。

        4 基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

        為了彌補(bǔ)二維設(shè)計(jì)圖紙的缺點(diǎn),結(jié)合BIM技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用情況,利用BIM技術(shù)對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了優(yōu)化,主要包括如下3個方面。

        4.1 方案設(shè)計(jì)階段

        基于BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段的管理流程:結(jié)構(gòu)專業(yè)先依據(jù)建筑專業(yè)提交的方案模型,結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)和建模。然后,對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算和分析,并進(jìn)行調(diào)整和修改及校審。下一步匯總各專業(yè)的方案模型數(shù)據(jù),并進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)。最后,修改和調(diào)整各個專業(yè)的設(shè)計(jì)方案,進(jìn)入初步設(shè)計(jì)階段。

        4.2 初步設(shè)計(jì)階段

        基于BIM技術(shù)的初步設(shè)計(jì)階段的流程:首先項(xiàng)目的各個專業(yè)相互提交方案模型,根據(jù)地勘報(bào)告和荷載信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)建模,在此過程中,結(jié)構(gòu)和其他專業(yè)互提設(shè)計(jì)模型,進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件位置和尺寸的初步設(shè)計(jì)并初步預(yù)留各專業(yè)的設(shè)備孔洞。然后計(jì)算和分析結(jié)構(gòu)模型,并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整、修改和校審。最后根據(jù)各初步設(shè)計(jì)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和匯總,進(jìn)行必要的修正和調(diào)整后進(jìn)入下一個階段。

        4.3 施工圖設(shè)計(jì)階段

        基于BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)階段的首要任務(wù)是各個專業(yè)相互提交初設(shè)模型,根據(jù)項(xiàng)目的地基、風(fēng)荷載、地震等實(shí)際情況,構(gòu)建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。建模完成后,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算并對結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修改、校審。然后,匯總組合各設(shè)計(jì)專業(yè)的初步設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)并進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)和修改,繼而完成結(jié)構(gòu)施工圖的設(shè)計(jì)模型。最后,可直接生成二維施工圖,經(jīng)過和結(jié)構(gòu)模型的校核后就可以將施工圖的BIM立體設(shè)計(jì)模型和二維圖紙一并交付給業(yè)主。

        5 設(shè)計(jì)流程對比分析

        基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理的改進(jìn)主要體現(xiàn)在:在方案設(shè)計(jì)階段,基于BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)可以將設(shè)計(jì)成果的表達(dá)從紙面過渡到結(jié)構(gòu)模型,可以直接將該成果應(yīng)用在企業(yè)的投標(biāo)、下一步的審批、以此為基礎(chǔ)的深化設(shè)計(jì)中。將傳統(tǒng)流程的階段性提資活動轉(zhuǎn)換成隨時對各專業(yè)模型進(jìn)行提取和交換的方式,專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)較好,可最大限度地避免交叉專業(yè)間的設(shè)計(jì)沖突風(fēng)險(xiǎn)。2種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的區(qū)別如表1所示。

        表1 兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程的對比

        另外,BIM技術(shù)可以利用立體模型直觀地反映項(xiàng)目的設(shè)計(jì)成果,還可以直接生成二維圖紙,并可以根據(jù)模型和各個構(gòu)件實(shí)時更新,可以避免傳統(tǒng)圖紙中平面、立面、剖面不一致的情況。二維和BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在各個階段工作量上的差別如表2所示。

        表2 二維和BIM結(jié)構(gòu)不同設(shè)計(jì)階段的時間量

        從表2可以看出,利用BIM技術(shù)可以明顯提高整個設(shè)計(jì)流程中的效率,平均提升了約37.6%,其中,檢查和協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)的提升最為明顯,達(dá)到了88.9%,效率提高最小的階段為施工圖的設(shè)計(jì)階段,效率提升了近20%。由此可得BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中有明顯的優(yōu)勢。

        6 結(jié)語

        本文通過分析傳統(tǒng)二維建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨的主要問題和基于BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),根據(jù)BIM技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程,提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的管理水平,相比于傳統(tǒng)模式,該設(shè)計(jì)管理方案在設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)工程量方面有明顯的優(yōu)勢。

        由于BIM技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用才剛剛興起,在應(yīng)用過程當(dāng)中還面臨著諸多問題,設(shè)計(jì)階段的模型細(xì)度不夠明確,BIM結(jié)構(gòu)模型和第三方結(jié)構(gòu)分析軟件在使用上的兼容性問題,對于BIM模型生成的建筑結(jié)構(gòu)的二維施工圖不一定完全符合相關(guān)的制圖標(biāo)準(zhǔn),有時需要二維CAD輔助完成節(jié)點(diǎn)、細(xì)部的設(shè)計(jì)。另外,BIM技術(shù)的使用也會明顯增加設(shè)計(jì)單位的人力和運(yùn)營成本,軟件的維護(hù)費(fèi)用也會增加。

        綜合來講,BIM技術(shù)會明顯提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)的質(zhì)量,從長遠(yuǎn)的角度來看,BIM技術(shù)符合建筑設(shè)計(jì)企業(yè)質(zhì)量管理的目標(biāo),會逐漸被整個設(shè)計(jì)行業(yè)大規(guī)模地應(yīng)用。

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