王翔

（武漢市政工程設計研究院有限責任公司，武漢430015）

1 引言

建筑領域不斷發(fā)展的同時，每一年的安全事故比例也在隨之增加，面對這樣嚴峻的形勢，必須應用先進的結構設計理念來緩解這個局面。BIM技術的出現(xiàn)為結構安全性設計開辟了新的路徑。但在實際的應用過程中，依然會存在一些薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)生許多質(zhì)量問題，必須引起高度重視。

2 BIM技術在結構安全性設計中的作用

BIM技術是一種跟隨建筑生命周期的信息模型，能夠隨著建筑的發(fā)展形態(tài)不斷變化，將BIM技術應用到建筑結構設計中可以讓建筑過程中的項目形象變得更加直觀，更利于對項目建設效果的掌握【1】。目前，BIM技術在建筑領域得到了一定程度的應用，擁有十分可觀的發(fā)展前景。但是，在建筑結構設計環(huán)節(jié)上，BIM技術依然還有很高的上升空間，應用程度有待提高。利用BIM技術可以讓施工人員直觀感受到施工現(xiàn)場中存在的隱患，對現(xiàn)存的建筑結構風險進行預判，并在此基礎上采取有效措施不斷優(yōu)化結構設計，進一步提升建筑整體的穩(wěn)定性以及安全性。當前，BIM技術在結構安全性設計中的應用范圍如圖1所示。

圖1 BIM技術的應用范圍

3 遇到的問題

3.1 裂縫現(xiàn)象

在建筑工程中，結構裂紋是經(jīng)常會遇到的現(xiàn)象，發(fā)生概率較高，裂縫問題一旦出現(xiàn)，很容易影響建筑的整體穩(wěn)定性，存在安全隱患，對此必須要妥善解決。最近幾年，在混凝土試驗中已經(jīng)得到了證實，那就是在尚未受荷狀態(tài)下的混凝土，容易在結構中發(fā)生微裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因有很多，其表現(xiàn)形式也各種各樣，例如，黏結裂縫（容易發(fā)生在骨料和水泥面之間）、水泥裂紋、骨料裂縫等。由于裂縫形成機理的不同，所以，首先需要了解裂縫出現(xiàn)的原因以及破損程度，并在此基礎上采取應對措施，提升建筑結構的穩(wěn)定性。站在斷裂損傷力學的角度，相關學者對斷裂損傷有著科學的定義，從某種意義上來說，斷裂損傷可以使材料的結構發(fā)生一定程度的變化，從而引起輕微形變，然后不斷擴展和匯通，最終導致結構開始出現(xiàn)宏觀性能的劣化，不僅影響建筑的功能性，還會造成宏觀開裂和結構破壞，導致結構安全性受損。通常在這樣的背景下，混凝土結構遭受破壞的演變過程就是從微裂紋的擴展開始，逐漸貫通才得以形成的。結合最新的混凝土微觀相關研究結果可以看出，微裂紋擴展可以看作是材料破損的重要標志，與此同時，微裂紋的存在屬于材料的天然物理性質(zhì)，并不是后天造成的，因此，可以得出裂縫在實際的混凝土結構中具有很大的存在必然性，這給裂縫問題的控制帶來了不小的難度。BIM技術在處理裂縫問題上具有較大優(yōu)勢，可以借助其信息管理能力，搭建以裂縫為核心的本體，對建筑構件和裂縫進行劃分。結合篩選出的裂縫屬性建立數(shù)據(jù)性質(zhì)模型（用于描述實例），可以給信息的查詢以及推導提供便利條件，最為先進的技術是利用SWRL語言編制系統(tǒng)規(guī)則，可以對儲存完成的數(shù)據(jù)進行檢索，并進行科學的推理和預判。這項技術在橋梁建筑中已得到了廣泛應用。

3.2 結構計算與分析存在的問題

經(jīng)濟的發(fā)展以及科技的進步推動著建筑行業(yè)的蓬勃向上，目前建筑結構設計都是借助于先進的計算機軟件來完成，用機器代替人工可以提升建筑結構設計的科學性以及精準性，確保建筑整體結構的穩(wěn)定性以及耐用性，同時還可以滿足當前社會對建筑結構設計的具體要求，實現(xiàn)良好的建筑功能分區(qū)。針對不同的建筑項目，軟件應用效果存在著明顯的差異，因此在實際設計階段，需要結合真實情況，在掌握混凝土結構的基礎上進行科學精準計算，將計算所得數(shù)據(jù)作為優(yōu)化設計的參考和主要依據(jù)，從根本上確保建筑施工質(zhì)量。

4 基于BIM技術的對策研究

4.1 將3D形式作為展示結構設計的主要方案

在初期的建筑結構規(guī)劃階段，就可以將BIM技術應用到其中，無論是在結構規(guī)劃階段，還是在設計完善階段，利用BIM技術都可以進一步提高設計的質(zhì)量與效率，確保結構設計的安全性與合理性，提升項目規(guī)劃的實際效果。具體來說，就是在進行建筑項目規(guī)劃時，相關的設計人員，包括土木工程師以及建筑設計師在內(nèi)，應該全程參與設計，全面掌握建筑特征，并在分析特征的基礎上結合相應的藝術表現(xiàn)形式，搭配結構力學知識，得出基于BIM的3D展示效果，更直觀地了解項目具體內(nèi)容，針對常見的裂縫等問題，掌握其發(fā)生機理以及具體位置，通過BIM技術在結構設計中的應用可以促進項目的自我完善。

關于建筑模型的構建需要以BIM作為核心技術，對建筑模型進行不斷優(yōu)化，基于BIM，可以讓建模更加周密，與此同時，還需要密切關注初步設計工作，從而確保實際的結構設計效果，加強建筑結構建模的科學性，可以從以下3個方面入手。第一，完成BIM建筑模型的初始化加載。想要實現(xiàn)這一目標，首先需要了解項目的全部設計環(huán)節(jié)，掌握設計流程以及步驟，注重設計細節(jié)，實現(xiàn)設計階段的精細化管理，明確建筑物基本構成組件和建設相關要求是關鍵，例如，具體施工方案、簽訂的合同內(nèi)容、施工具體規(guī)劃等，將上述要素作為結構模型構建的基礎，確保結構建模的合理性。第二，對組件結構模型進行有效控制，綜合考慮各方面的因素，確保組件結構模型的搭建可以滿足建筑物功能屬性以及藝術方面的客觀要求【2】。第三，熟練使用Revit軟件，利用該軟件的可視化功能，完善圖表的可見性（見圖2）。想要達到這一目標，可以通過設計文件導入的形式來實現(xiàn)，將其導入結構模板中，可以讓設計效果更加直觀。

圖2 Revit軟件的操作界面

4.2 借助BIM技術可以實現(xiàn)抗震性能分析，提高建筑結構穩(wěn)定性

對建筑結構采用必要的抗震分析是提升結構穩(wěn)定性的關鍵，同時抗震分析也是必不可少的一項內(nèi)容。在地震災害頻發(fā)的地區(qū)，該項內(nèi)容更是非常關鍵。只有嚴格遵循國家的相關施工標準，才能確保建筑結構設計可以達到質(zhì)量和安全2方面的要求。就目前的應用情況來看，BIM技術在分析結構抗震性能方面優(yōu)勢較為明顯，借助Revit軟件可以實現(xiàn)集成建筑模型的構建，完善結構幾何以及分析模型，對建筑結構進行合理優(yōu)化，使其可以達到結構抗震的各種基本需要。除此之外，Revit軟件還具有強大的建模功能，利用該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)分析建筑結構的自動化以及設計尺寸計算的自動化，既可以節(jié)省人力、物力，又可以提高計算的精確度，降低人為失誤的可能性。前文已經(jīng)提到過，結構設計計算是結構安全性設計的重要內(nèi)容，為了進一步確保計算結構的精確性，設計師在進行計算時，除了要掌握計算軟件的基本特點之外，還要站在建筑功能性的角度對建筑設計全面了解，從施工實際情況入手，采用先進技術手段進行處理，確保工程建設的實際效果。

綜上可以得出，為了進一步確保建筑結構的安全性以及穩(wěn)定性，在結構設計環(huán)節(jié)可以通過BIM技術的應用，讓設計效果更加直觀，讓設計人員有更加清晰的判斷。在施工過程中，相關設計人員要明確建設的目標，掌握施工的具體要求，嚴格控制混凝土結構的相關參數(shù)，確?；炷两Y構的強度可以滿足實際施工要求，達到提高建筑結構穩(wěn)定性以及安全性的最終目的。

5 結語

綜上所述，盡管建筑領域發(fā)展態(tài)勢良好，但安全事故發(fā)生的概率依然居高不下，在這樣的背景下，需要采用較為穩(wěn)妥的安全設計理念，增強建筑整體施工的安全性，而BIM技術的應用，恰巧可以改善現(xiàn)狀。BIM技術在建筑結構設計中的有效應用，從某種意義上來說是具有一定實用性與創(chuàng)新性的，值得大范圍推廣。