祁尚志

（中鐵建工集團(tuán)北方工程有限公司，天津 300000）

在現(xiàn)代城市的建設(shè)進(jìn)程當(dāng)中，各類建筑工程項目是其中的主要組成，大量建筑工程的建造，能夠顯著推進(jìn)整個宏觀經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和進(jìn)步。各類建筑工程項目在施工建造的進(jìn)程中，其主體結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計方案是當(dāng)中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，為顯著提升建筑工程施工作業(yè)的品質(zhì)，切實保證建筑工程項目的主體結(jié)構(gòu)能夠獲得全方位的優(yōu)化與改善。建筑工程的主體結(jié)構(gòu)在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計的過程中，借助BIM 技術(shù)的實際應(yīng)用能夠?qū)こ添椖坑嘘P(guān)方面的信息和數(shù)據(jù)實施行之有效的整合操作，提升建筑物設(shè)計方案的科學(xué)性及合理性，有效降低建筑物主體結(jié)構(gòu)設(shè)計之中有關(guān)設(shè)計人員的工作負(fù)擔(dān)，能夠使建筑工程最終取得最大限度的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。

1 BIM 技術(shù)研究

1.1 BIM 技術(shù)簡述

BIM 技術(shù)指的是建筑信息模型相關(guān)的技術(shù)（英文全稱為Building Information Modeling）。該項技術(shù)的普遍推廣和使用，能夠把各類的參數(shù)和指標(biāo)實施有機融合，在初始的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案模型的框架之上，進(jìn)一步生成3D 立體的數(shù)學(xué)模型，方便對建筑物的整體框架設(shè)計方案實施動態(tài)化的掌握和理解，這樣就能保證建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案可以向智能化以及全方位的趨勢發(fā)展和進(jìn)步。BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的過程中，必須在規(guī)劃設(shè)計的階段就對整體建造過程的品質(zhì)實施全方位的檢查及管控，以此確保設(shè)計人員能夠據(jù)此生成更為完整和精確的數(shù)據(jù)資料庫，在設(shè)計過程中，有關(guān)建筑物的各類數(shù)據(jù)信息存放在數(shù)據(jù)資料庫之中，便于日后工程項目在建設(shè)過程中查閱使用。BIM 技術(shù)實際應(yīng)用的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，不但在建筑項目工程中有所涉及，還在公路項目以及橋梁項目中取得了非常普遍的應(yīng)用。在相應(yīng)的工具軟件程序之中，能夠針對建筑物框架內(nèi)部的構(gòu)件實施全方位的數(shù)學(xué)模擬操作，此外，工程設(shè)計人員還能夠?qū)嵤┫到y(tǒng)的有關(guān)參數(shù)全面的收集和整理。借助3D 立體可視化數(shù)學(xué)模型，對設(shè)計方案實施優(yōu)化和完善，并且搭建更為健全的工程運營管理系統(tǒng)。BIM 技術(shù)其核心框架是由電腦生成的3D 立體數(shù)學(xué)模型所組成的數(shù)據(jù)資料庫，工程設(shè)計人員對此類信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和歸納的時候，可對有關(guān)的信息數(shù)據(jù)實施動態(tài)化的操作與調(diào)整[1]。BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的使用如圖1 所示。

圖1 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的使用

1.2 BIM 技術(shù)的主要特點

1.2.1 可視性的特點

一般來講，在常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計流程中，大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的方案均采用2D 平面設(shè)計軟件對建筑物結(jié)構(gòu)主體方案情況實施相應(yīng)的展示，不過某些特殊部位構(gòu)件的詳細(xì)內(nèi)容與具體的空間位置不能在2D 平面圖紙中獲得相對清晰的體現(xiàn)。經(jīng)過對BIM 技術(shù)的實際應(yīng)用，工程設(shè)計人員能夠生成3D 立體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，這類模型能夠把建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中相關(guān)的各類參數(shù)和信息有效地整合在一處，經(jīng)過空間領(lǐng)域的體現(xiàn)，能對結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容實施更佳的表現(xiàn)。應(yīng)用BIM 技術(shù)能保證建筑整體設(shè)計方案更加清晰和直觀，為后期的施工過程奠定基礎(chǔ)，能夠顯著提升施工過程的品質(zhì)和效率。

1.2.2 協(xié)調(diào)性特點

強化各個部門間的相互配合，推進(jìn)建筑項目平穩(wěn)進(jìn)行，BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)上，能夠強化相應(yīng)作業(yè)環(huán)節(jié)的調(diào)控功能，強化各部門間的協(xié)調(diào)性。在工程施工時，合理應(yīng)用BIM 技術(shù)，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬操作，可以對細(xì)節(jié)實施有效的模擬操作。在生成3D 立體數(shù)學(xué)模型的過程中，必須設(shè)計相匹配的預(yù)算方案及緊急情況應(yīng)對方案，保證后期的環(huán)節(jié)可以穩(wěn)定地進(jìn)行。

2 BIM 技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用

2.1 前期結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的應(yīng)用

前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計通常是為了對工程項目的情況做到更為深入地了解和掌握，對實際的情況可更準(zhǔn)確地實施后續(xù)的設(shè)計計劃，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)過使用BIM 技術(shù)對設(shè)計內(nèi)容實施進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，找出最適宜的方案，采用先進(jìn)的施工作業(yè)技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)的整體效果實施真實化的數(shù)學(xué)模擬操作，能夠規(guī)避設(shè)計方案中的一系列不合理的因素。在結(jié)構(gòu)設(shè)計的初期，就能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)的總體方案實施審核，及時找到其中不適合的地方，隨后進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，防止在后續(xù)施工作業(yè)時發(fā)生相應(yīng)的問題。前期結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用BIM 技術(shù)能夠及時掌握現(xiàn)場的狀態(tài)，對總體的成本有一個掌握，還可以進(jìn)行綜合仿真模擬操作，確保建筑工程施工的進(jìn)程中，能夠根據(jù)預(yù)期的設(shè)計方案來實現(xiàn)，保證經(jīng)濟(jì)效益的最大化[2]。

2.2 中期結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員在中期結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計工作過程中，針對建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一些技術(shù)細(xì)節(jié)實施升級、創(chuàng)新及優(yōu)化，建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員對于鋼結(jié)構(gòu)實施系統(tǒng)合理的三維模擬仿真，并且結(jié)合施工作業(yè)過程中出現(xiàn)的各種實際狀況，對于結(jié)構(gòu)性能以及關(guān)聯(lián)程度涉及的具體技術(shù)要求實施創(chuàng)新、升級以及優(yōu)化。建筑鋼結(jié)構(gòu)三維模擬仿真如圖2 所示。

圖2 建筑鋼結(jié)構(gòu)三維模擬仿真

2.2.1 鋼結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)是非常關(guān)鍵的組成技術(shù)模式基礎(chǔ)，是相關(guān)規(guī)劃設(shè)計工作中難度系數(shù)最大的部分。建筑結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人員在綜合規(guī)劃設(shè)計的進(jìn)程中，把BIM 先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用在其中，能夠針對各種扭力梁、主梁以及承載梁柱的連接模式進(jìn)行明確判斷。搭建合理正確化的重要參數(shù)信息數(shù)據(jù)資料庫，針對當(dāng)中的重要技術(shù)要求及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全方位的模擬仿真，確保建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)方案的科學(xué)合理性。建筑行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 建筑行業(yè)鋼結(jié)構(gòu)

2.2.2 綜合結(jié)構(gòu)性能規(guī)劃設(shè)計研究

建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員在建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計工作的整體實施進(jìn)程中，必須針對整體的建筑框架實施明確判斷，進(jìn)而能夠最大限度地掌握了解建筑工程的各種性能，例如保溫性能及抗震等級。建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員在建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計的過程中使用BIM 先進(jìn)技術(shù)，能夠全方位了解建筑工程的特性以及相關(guān)建筑原材料的安全標(biāo)準(zhǔn)等級，進(jìn)而能夠最大限度地按照建筑工程設(shè)計的各種法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求實施設(shè)計。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)最終設(shè)計研究

在建筑結(jié)構(gòu)整體規(guī)劃設(shè)計的過程中，建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員必須針對全部技術(shù)環(huán)節(jié)實施非常嚴(yán)格的審核及檢驗，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)在最短的時間內(nèi)查找出規(guī)劃設(shè)計技術(shù)方案中存在的不合理因素，在最短的時間內(nèi)針對相關(guān)問題實施合理整改。建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員在BIM 先進(jìn)技術(shù)整體使用的進(jìn)程中，能夠針對各種類型的重要數(shù)據(jù)參數(shù)信息實施科學(xué)合理的整合，最終形成重要參數(shù)信息的數(shù)據(jù)資料庫。BIM 技術(shù)在實際使用中，必須基于系統(tǒng)性的觀點，對于某些不容易發(fā)現(xiàn)的問題實施綜合性的研究，確保施工作業(yè)的工程質(zhì)量[3]。

2.4 建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用

技術(shù)人員若要實現(xiàn)建筑項目的綠色節(jié)能方面指標(biāo)，現(xiàn)場施工環(huán)境以及當(dāng)?shù)貧庀笠蛩貙儆谥匾獏⒖家?，并且設(shè)計人員需要全面考慮各個施工周期內(nèi)各類相對復(fù)雜的制約條件。通常建筑項目節(jié)能和減排方面的進(jìn)度會從整體項目立項、調(diào)研、規(guī)劃設(shè)計的時候就開始部署，值得注意的問題是，在規(guī)劃設(shè)計的環(huán)節(jié)，設(shè)計人員需要對建筑物的采光、通風(fēng)以及綜合能耗等要素實施全方位研究和分析，全力優(yōu)化各個環(huán)節(jié)，這樣才能順利實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

BIM 技術(shù)能夠應(yīng)用到工程項目規(guī)劃設(shè)計的所有階段，由初期概念設(shè)計環(huán)節(jié)、初期設(shè)計直到詳細(xì)設(shè)計的環(huán)節(jié)，均能夠進(jìn)行實際應(yīng)用，還可以避免當(dāng)前2D 設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題。BIM 數(shù)學(xué)模型還能夠銜接到各類建筑模型數(shù)值模擬計算過程中，例如建筑結(jié)構(gòu)外部風(fēng)模擬、建筑內(nèi)部氣流分析、建筑結(jié)構(gòu)的采光模擬等。BIM 技術(shù)還有各類數(shù)據(jù)信息的關(guān)聯(lián)能力，能夠?qū)⒏黝愋蛿?shù)據(jù)信息統(tǒng)一進(jìn)行管理和操作，有利于后期探討和研究之用。通常來講，在建筑項目總體節(jié)能規(guī)劃設(shè)計過程之中，充分發(fā)揮BIM 技術(shù)的各類優(yōu)勢和特點，發(fā)揮其可視化及有效模擬等特點，以數(shù)字化模型的模式來表現(xiàn)項目的各項數(shù)據(jù)和特征，確保工程設(shè)計人員及時查找方案內(nèi)的不足，快速響應(yīng)和改善，有效提升設(shè)計的質(zhì)量。

2.5 熱工學(xué)分析過程中的應(yīng)用

一般外墻部位在整個項目的節(jié)能方面將會起到非常關(guān)鍵的作用，對于建筑工程節(jié)能設(shè)計意義重大。合理應(yīng)用BIM 技術(shù)，從外部結(jié)構(gòu)出發(fā)，對建筑工程節(jié)能實施進(jìn)一步探索。全面考慮總體結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷以及冷負(fù)荷要素，科學(xué)分析內(nèi)部熱環(huán)境因素。整個流程包含建筑內(nèi)部熱源潛熱及內(nèi)部濕源潛熱等因素的影響，相關(guān)設(shè)計人員需要全面綜合建筑外部圍護(hù)部位結(jié)構(gòu)的特點以及熱損失等由于空氣流動所產(chǎn)生的熱量方面的損失。如果得到的熱量數(shù)據(jù)表現(xiàn)為負(fù)值，表明建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生了散熱問題。失去熱量的總量如果多于獲得的熱量總量，建筑物內(nèi)部的熱總值即為負(fù)值，所以獲得以及損失的熱量，其數(shù)值的大小是關(guān)系到整體建筑內(nèi)部熱負(fù)荷的重要因素之一。在進(jìn)行實際設(shè)計的時候，設(shè)計人員必須保證溫度參數(shù)的取值保持在一個合理的范圍內(nèi)，將房屋本身的特點以及周邊環(huán)境等要素進(jìn)行探索與研究，最后基于討論結(jié)果明確實際設(shè)計的主要方向。在實際應(yīng)用 BIM技術(shù)實施模擬研究的進(jìn)程中，如果缺少制冷、采暖相關(guān)措施，夏季室內(nèi)的溫度將比外界溫度低一些，冬季室內(nèi)溫度將比戶外高一些，此時表明建筑外部的保溫隔熱層體現(xiàn)了相對理想的節(jié)能性能。建筑外部熱負(fù)荷仿真模擬如圖4 所示。

圖4 建筑外部熱負(fù)荷仿真模擬圖

3 BIM 技術(shù)的使用前景研究

當(dāng)前，建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員在大量使用BIM 先進(jìn)技術(shù)的過程中仍然存在一定的難題，他們必須在最短的時間內(nèi)將相關(guān)問題進(jìn)行行之有效地徹底解決，這樣才能夠為今后的發(fā)展打下堅實穩(wěn)定的基礎(chǔ)，進(jìn)而獲得發(fā)展空間。BIM 先進(jìn)技術(shù)在我國建筑行業(yè)的高速發(fā)展，在很多個技術(shù)領(lǐng)域推廣，建筑原材料市場的健康平穩(wěn)發(fā)展也為BIM 先進(jìn)技術(shù)的廣泛使用打下了堅實的基礎(chǔ)。當(dāng)前，建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員通過對建筑數(shù)據(jù)信息參數(shù)化三維模型的研究，能夠在最短的時間內(nèi)獲得建筑數(shù)據(jù)信息參數(shù)化模型?，F(xiàn)階段絕大多數(shù)的建筑設(shè)計研究院以及施工作業(yè)企業(yè)，均針對BIM 技術(shù)進(jìn)行了非常全面及深入的研究與探索，這就為BIM先進(jìn)技術(shù)在今后的廣泛使用，獲得了最大限度的發(fā)展空間。BIM 先進(jìn)技術(shù)在實際使用的進(jìn)程中，適合建筑工程的每一個發(fā)展周期，從項目工程的開始至最后階段，均可用其進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新。建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員應(yīng)用BIM 先進(jìn)技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計理念可以徹底解決二維平面及立面定位的相關(guān)問題，與此同時也能夠大幅度強化每個建筑結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性及合理性，進(jìn)而最大限度地保證建筑結(jié)構(gòu)之間的合理聯(lián)系[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員在建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計的過程中使用BIM 三維模擬仿真技術(shù)，能夠行之有效地提升建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計過程中的工作效率以及精準(zhǔn)效率，建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員基于全方位的觀點針對相關(guān)問題實施綜合的研究與探索，進(jìn)而針對相應(yīng)的解決方案實施升級、創(chuàng)新及優(yōu)化?，F(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)工程技術(shù)人員關(guān)于BIM 先進(jìn)技術(shù)的廣泛使用，能夠為建筑領(lǐng)域獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益，能夠最大限度地推進(jìn)我國建筑行業(yè)安全穩(wěn)定、可持續(xù)的發(fā)展。