方 華

中國聯(lián)合工程有限公司

1 前言

住建部印發(fā)《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司2020年工作要點》的通知要求大力推動綠色建造發(fā)展，推動BIM技術(shù)在工程建設(shè)全過程的集成應(yīng)用。該技術(shù)主要對建筑圖紙的審核校對、工程規(guī)模、施工管理等形成指導(dǎo)，能夠保證工程技術(shù)、工程材料、工程人員安排等得到有效統(tǒng)籌，進(jìn)而實現(xiàn)建筑工程造價的科學(xué)管理。其中對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的BIM技術(shù)應(yīng)用形成探討十分重要，其決定了結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的穩(wěn)定性、安全性、合理性。

2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中的作用

第一，建筑工程質(zhì)量關(guān)乎著使用者、居住者的安危，將BIM技術(shù)融入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，可以對施工技術(shù)、材料質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行檢測，能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙當(dāng)中的不合理之處，讓設(shè)計者對圖紙進(jìn)行二次修改。

第二，因為現(xiàn)如今建筑工程當(dāng)中的新材料、新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝等不斷更新，通過BIM 技術(shù)可以使得這些對象可以充分融入建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，提升整體建筑的環(huán)保性、耐用性，確保建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。

第三，經(jīng)過BIM 技術(shù)檢測的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙會形成優(yōu)化施工組織設(shè)計方案，使得建筑工程結(jié)構(gòu)施工當(dāng)中所有的資源得到合理匹配，提高施工安全度，讓各部門對接更緊密，避免漏項[1]。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用實踐

圖1 亞洲最大垃圾電站當(dāng)中的BIM技術(shù)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要分兩大部分，即：基礎(chǔ)設(shè)計和上部設(shè)計。過程里融入BIM 技術(shù)，對于結(jié)構(gòu)合理性、工程質(zhì)量水平、建筑工程和環(huán)境關(guān)系等都有積極影響。

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計

（1）任何建筑工程都對基礎(chǔ)設(shè)計有一定的要求，正所謂萬丈高樓平地起，基礎(chǔ)設(shè)計不良就會導(dǎo)致建筑根基不穩(wěn)，會降低建筑質(zhì)量，或者在外力作用下可能坍塌。BIM 技術(shù)在提升基礎(chǔ)設(shè)計質(zhì)量方面作用卓著，例如測繪當(dāng)中將正確的地質(zhì)、水文參數(shù)輸入系統(tǒng)，便可以計算出工程地基工程的規(guī)模、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及預(yù)計其中薄弱點、風(fēng)險點，給出對應(yīng)的解決措施。

（2）對于處于廠區(qū)內(nèi)的建筑工程，BIM技術(shù)可以對地下各類管道展開分析，最終給出最為合理的基礎(chǔ)設(shè)計方案，避免土方工程挖斷管道管線[2]。

（3）基坑工程當(dāng)中，利用BIM技術(shù)可以同時將設(shè)計、施工、監(jiān)測三個部門統(tǒng)合起來，使得基坑工程立體化，將具體數(shù)據(jù)參數(shù)共享，使得施工階段各方主體可以并行不悖，最終形成最為合理的基坑設(shè)計方案，降低施工成本。垃圾焚燒電站和小型熱電站較一般工業(yè)廠房建設(shè)更為復(fù)雜，其需要在基礎(chǔ)設(shè)計方面投入巨大精力，為了提升其設(shè)計精度，電站工程當(dāng)中便融入了BIM 技術(shù)，對地質(zhì)、水文以及基礎(chǔ)工程和環(huán)境關(guān)系等進(jìn)行模型設(shè)計，提高了基礎(chǔ)設(shè)計的精度。另外，在該工程的基坑工程里，BIM技術(shù)可以結(jié)合周圍環(huán)境參數(shù)計算基坑工程對周圍建筑的影響，避免土方工程過程里出現(xiàn)坍塌。

圖2 建筑上部建筑當(dāng)中BIM建模技術(shù)

3.2 上部設(shè)計

上部建筑涉及了承重墻、剪力墻、頂梁、橫梁等構(gòu)件設(shè)計。傳統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中基本上都是平面設(shè)計，不能立體顯示各構(gòu)件的細(xì)微情況，會導(dǎo)致構(gòu)件質(zhì)量影響因素方面考慮不周，從而降低了構(gòu)件質(zhì)量，給建筑工程帶來了風(fēng)險。融入BIM 技術(shù)以后有以下效果。

（1）能夠科學(xué)計算剪力墻強(qiáng)度，使得剪力墻施工當(dāng)中混凝土鋼筋配比合理化，避免不足或者配比超標(biāo)浪費。在剪力墻的設(shè)計當(dāng)中，傳統(tǒng)都是通過剖面、立面、平面圖來展示，這就導(dǎo)致剪力墻的墻板斜支撐設(shè)計過程里容易缺乏切實數(shù)據(jù)保證，會導(dǎo)致設(shè)計失準(zhǔn)。而將BIM 技術(shù)融入后，其能夠利用其具有的碰撞檢測功能來發(fā)現(xiàn)設(shè)計當(dāng)中的不合理之處，使得設(shè)計人員調(diào)整設(shè)計，保證墻板斜支撐的強(qiáng)度。同樣，承重墻、頂梁、橫梁的設(shè)計當(dāng)中，也會利用參數(shù)建模來計算每一個構(gòu)件的合理性和強(qiáng)度，確保高層建筑物具有的壓力可以均勻分擔(dān)。以構(gòu)件為基本單位來對建筑整體質(zhì)量安全進(jìn)行測算，這是BIM技術(shù)的強(qiáng)項，也是其能夠?qū)こ淘靸r予以控制的根本原因[3]。

（2）充分考慮到了電站使用過程中對結(jié)構(gòu)造成的影響，使得構(gòu)件的混凝土材料強(qiáng)度更高，鋼筋分布更合理，能夠均衡承擔(dān)荷載，避免局部裂縫，降低了垃圾滲濾液滲透造成腐蝕的概率。例如垃圾焚燒電站的垃圾坑設(shè)計當(dāng)中，就必須要考慮到垃圾堆載的變化以及地下水的各方面影響，需要對坑壁及底板的承重、混凝土配比、鋼筋配置，裂縫控制等進(jìn)行科學(xué)計算，這些工作由BIM技術(shù)來實現(xiàn)，會提高計算速度以及精度，保證了工程的質(zhì)量安全。

（3）在小型熱電站和垃圾焚燒電站進(jìn)行設(shè)計和應(yīng)用階段提前檢查出各專業(yè)的“錯、缺、漏、碰”。例如在江西某垃圾焚燒電站的建設(shè)前期，利用BIM技術(shù)來進(jìn)行構(gòu)件碰撞實驗，發(fā)現(xiàn)多處工藝管道和夾層處的混凝土梁碰撞，通過各專業(yè)協(xié)調(diào)，調(diào)整梁頂標(biāo)高和混凝土梁的位置，在施工安裝之前及時發(fā)現(xiàn)問題，減少后期設(shè)計修改工作量，避免施工階段不必要的返工，通過三維可視化界面實現(xiàn)各專業(yè)綜合協(xié)調(diào)和信息集成化的項目管理，減少了人力，材料的浪費，做到真正意義上的綠色建造。

3.3 組織設(shè)計

在建筑工程施工過程里，需要按照構(gòu)件建設(shè)先后順序來組織施工，其需要對材料、人員、設(shè)備、場地等形成對應(yīng)的安排。換言之，想要保證構(gòu)件施工的質(zhì)量和安全，必須結(jié)合建筑構(gòu)件特點來針對性進(jìn)行合理的施工組織設(shè)計。在這個過程里融入BIM技術(shù)便可以達(dá)成施工現(xiàn)場的各部門場地設(shè)計，避免了彼此施工互相干擾，使得物料利用更充分，避免了二次搬運導(dǎo)致的成本浪費。使得各施工部門能夠首尾銜接，全面推進(jìn)工程進(jìn)度，降低工程造價。

4 影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用水平的因素

總結(jié)歸納相關(guān)研究以及結(jié)合本身施工經(jīng)驗，認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中影響B(tài)IM 技術(shù)水平的因素主要有操作者水平、軟件質(zhì)量、企業(yè)實力以及組織水平等。

第一，操作者水平，指的是BIM技術(shù)操作人，視工程量而定，大型工程需要十幾人，每個人操作水平不一，自然會影響整體的設(shè)計效果。例如需要前期勘測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，這是保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量前提，目前BIM技術(shù)還不能實現(xiàn)自主勘測，基本上都是傳統(tǒng)勘測后，將相應(yīng)的參數(shù)錄入系統(tǒng)，系統(tǒng)再進(jìn)行相應(yīng)的計算、演示。若是操作者勘測出現(xiàn)問題，直接就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計失準(zhǔn)，埋下巨大的隱患。

第二，軟件質(zhì)量指的是其兼容性、精確度。如果選擇的軟件質(zhì)量不佳，會導(dǎo)致電腦不穩(wěn)定，計算精度不足，都會對設(shè)計工作造成影響和困擾。

第三，企業(yè)實力。這一點很重要，因為目前BIM技術(shù)實現(xiàn)成本高，專業(yè)軟件以及專業(yè)團(tuán)隊都必須用強(qiáng)大的資金實力來支撐，這導(dǎo)致一般施工企業(yè)難以承擔(dān)這樣的成本壓力。第四，組織水平，其中關(guān)鍵是建設(shè)單位、施工單位、設(shè)計單位的彼此協(xié)同問題，其對于BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中作用發(fā)揮影響較為明顯[4]。

5 利用BIM技術(shù)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的策略

第一，培養(yǎng)專業(yè)操作者，這一點需要全社會為之努力。例如高校、施工企業(yè)等。在現(xiàn)代社會背景下，可以引導(dǎo)新型校企聯(lián)合，能夠在具體的實習(xí)實踐當(dāng)中，融入BIM 技術(shù)操作，鍛煉學(xué)生的設(shè)計能力。

第二，軟件質(zhì)量方面則需要政府引導(dǎo)，由專業(yè)軟件企業(yè)來負(fù)責(zé)研發(fā)和指導(dǎo)，保證軟件的兼容性和精確度。并且出臺法律明確BIM 技術(shù)軟件開發(fā)企業(yè)的主體責(zé)任，確保該軟件行業(yè)得到有效監(jiān)控。

第三，積極整合資源，降低軟件系統(tǒng)融入成本，能夠?qū)崿F(xiàn)施工企業(yè)間合作，建立統(tǒng)一的BIM技術(shù)團(tuán)隊，共享資源。

第四，提高施工單位、設(shè)計單位、建設(shè)單位、監(jiān)理單位的溝通程度，統(tǒng)一各方對BIM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，使得BIM技術(shù)可以充分融入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，確保建筑結(jié)構(gòu)的合理性[5]。

6 總結(jié)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中融入BIM技術(shù)需要結(jié)合構(gòu)件的具體要求來展開工作，需要將規(guī)范當(dāng)中要求的參數(shù)錄入，確保BIM技術(shù)的精準(zhǔn)計算和演示。所以BIM技術(shù)需要我國在建筑設(shè)計領(lǐng)域不斷完善有關(guān)規(guī)范，明確參數(shù)，這是確保建筑質(zhì)量的根本前提。另外，需要對人才培養(yǎng)、軟件研發(fā)、企業(yè)聯(lián)合、信息技術(shù)融入等提出要求，這樣才能最終將BIM技術(shù)融入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，發(fā)揮出其具有的根本功能作用。