任治軍

（中建八局第三建設(shè)有限公司）

1 引言

近年來我國的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的過程中BIM 技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于在傳統(tǒng)設(shè)計模式下我國對BIM 概念認(rèn)識不夠深刻、缺乏對其重要性和必要性的了解以及缺少相關(guān)專業(yè)人才等原因?qū)е麓嬖诤芏鄦栴}。首先是設(shè)計理念落后，缺乏對BIM技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗和能力，再者是缺少專業(yè)人才。所以，為了促進(jìn)我國智能建筑設(shè)計向可靠規(guī)范化方向轉(zhuǎn)變發(fā)展，同時解決這些問題，需要使用到BIM 建模系統(tǒng)來進(jìn)行模擬分析與仿真操來提高設(shè)計方案質(zhì)量，并降低工程造價，加強(qiáng)對建筑行業(yè)結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建過程中所存在問題及解決措施的研究力度。

2 BIM技術(shù)概述

BIM技術(shù)是以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的建筑信息模型，它具有強(qiáng)大功能、可視化和高效性等特點，其主要目的在于提高設(shè)計人員對工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中各種數(shù)據(jù)資料的分析利用率。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對于生活質(zhì)量要求越來越高，傳統(tǒng)的建筑工程結(jié)構(gòu)體系下，施工時要耗費大量時間才能獲得完整有效的力學(xué)性能參數(shù)，而在建筑行業(yè)中使用BIM技術(shù)可以有效地解決傳統(tǒng)設(shè)計過程中因各種原因影響建筑物外觀、耐久性等問題[1]。由于BIM 軟件具有可模擬性和直觀性強(qiáng)的特點，因此利用該技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與分析也非常適用。同時，還能將模型轉(zhuǎn)換為三維空間信息并對其進(jìn)行合理化處理，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量控制目標(biāo)以及建筑功能要求的一致性。由于BIM 施工模型能夠?qū)⒔ㄖ镏g、樓層與層間等進(jìn)行合理銜接。功能較為繁瑣的三維立體圖紙繪制工作量較大，因此在設(shè)計過程中要根據(jù)實際情況選擇合適的建模方式和結(jié)構(gòu)模型尺寸，并將其應(yīng)用在工程項目中去解決建筑結(jié)構(gòu)存在的問題。

3 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的功能

3.1 集成化功能

出現(xiàn)裂紋或是開洞時可通過BIM技術(shù)進(jìn)行處理并采取相關(guān)措施以避免這些因素對結(jié)構(gòu)造成影響,從而保證建筑的安全性能及整體質(zhì)量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時BIM 技術(shù)能夠?qū)?gòu)件進(jìn)行三維內(nèi)力分析,將其與二維平面圖相比較,從而得出建筑物的具體受力情況；同時可以利用有限元軟件來計算出鋼筋混凝土框架梁、柱等主要部件所產(chǎn)生位移和變形情況；此外還能根據(jù)計算結(jié)果判斷梁板是否存在裂縫或者是有缺陷問題。

在建筑設(shè)計的過程中BIM技術(shù)可以有效地發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所具有的優(yōu)勢。首先，能夠?qū)ㄖ镞M(jìn)行全面準(zhǔn)確直觀化；其次是可利用空間和三維實體模型來模擬自然條件下各種情況下可能出現(xiàn)的狀況，還能通過碰撞檢測來判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變形或者破壞等問題；最后在設(shè)計過程中將BIM 信息與建筑整體的功能集成起來從而使建筑設(shè)計更加合理有效、安全可靠以及綠色節(jié)能環(huán)保。而隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高和人們生活質(zhì)量要求以及審美觀念等方面都發(fā)生了很大變化。這就導(dǎo)致建筑行業(yè)越來越需要一種能夠快速反應(yīng)、準(zhǔn)確判斷并做出合理決策的軟件系統(tǒng)來作為其基礎(chǔ)支撐作用，充分體現(xiàn)出集成化功能，使得建筑物之間能夠?qū)崿F(xiàn)無縫連接，從而有效地解決了信息孤島現(xiàn)象。

3.2 編輯功能

在BIM軟件中可以對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的信息進(jìn)行編輯，并將其與三維模型相融合，同時還能夠根據(jù)不同類型的建筑項目來編制不同功能模塊。通過這種方式實現(xiàn)了智能化、多元化和個性化等特點，另外也能使各專業(yè)之間相互配合共同完成施工任務(wù);此外還會有更多可視性強(qiáng)、便于操作性強(qiáng)以及效率高等優(yōu)點，并且在BIM 軟件中可以對設(shè)計過程進(jìn)行優(yōu)化控制，并將其與傳統(tǒng)模型相融合[2]。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中由于缺乏對BIM技術(shù)使用前相關(guān)工作流程和軟件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理與規(guī)范化操作，因此需要建立起以信息共享為基礎(chǔ)，并以此實現(xiàn)高效、便捷的管理手段。

3.3 信息共享

BIM技術(shù)的應(yīng)用可以有效地實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的模型數(shù)據(jù)共享，它可以將建筑物的結(jié)構(gòu)、功能和施工過程等信息進(jìn)行有效整合，使設(shè)計人員能夠快速地獲取與工程實際有關(guān)的數(shù)據(jù)，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定參考，為工程施工提供參考依據(jù)。在進(jìn)行BIM 設(shè)計時首先要模型與實際情況相一致，例如在對建筑物進(jìn)行建模后可通過三維空間模擬出其功能區(qū)、高度以及各部分尺寸等參數(shù)，而不同的構(gòu)件則需要根據(jù)具體情況選擇合適的裝配方案和連接方式以方便后期工作；其次，模型中使用的材料要符合工程要求；最后，需要對其進(jìn)行優(yōu)化與完善處理，而對于其他部分工程構(gòu)件還可以通過修改來實現(xiàn)相似的效果。

4 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化作用

BIM技術(shù)在設(shè)計過程中主要是通過建筑信息的模型化,將建筑物的結(jié)構(gòu)、功能等進(jìn)行合理配置，利用三維空間來模擬出各個構(gòu)件之間所產(chǎn)生聯(lián)系。例如在對風(fēng)洞口和朝向窗戶以及樓梯口位置進(jìn)行設(shè)置時需要考慮到不同樓層間相互影響造成不均勻分布，而對于樓板以及墻體則需要根據(jù)實際需求選擇合適材料，并設(shè)計好相關(guān)參數(shù)后再將其安裝起來，這樣才能有效避免建筑結(jié)構(gòu)的變形。

4.1 模型碰撞檢查

BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，不僅可以提高對數(shù)據(jù)信息的有效采集，還能為施工過程中進(jìn)行碰撞檢查提供依據(jù)，它能夠?qū)⒔ㄖ锱c計算平臺、構(gòu)件等相關(guān)構(gòu)件通過3D建模完成虛擬裝配，在實際安裝時遇到問題還可以及時反映給施工人員。而對于BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面應(yīng)用前需要對其數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性及完整性做進(jìn)一步地檢查。在BIM技術(shù)的應(yīng)用過程中我們可以通過模型結(jié)構(gòu)來進(jìn)行碰撞檢查，這樣就能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計圖紙上出現(xiàn)錯誤、漏掉或者是不正確操作等。但是由于傳統(tǒng)建筑行業(yè)對軟件功能和性能要求都比較高，因此需要工作人員不斷地完善和改進(jìn)圖紙信息管理機(jī)制、加強(qiáng)工程質(zhì)量安全意識以及提升施工人員素質(zhì)等方面來應(yīng)對各種復(fù)雜情況發(fā)生。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對建筑物模型的優(yōu)化，提高工作效率降低建筑施工成本，同時也可以避免因構(gòu)件修改而造成的返工。在傳統(tǒng)建筑工程中使用的是CAD 系統(tǒng)來完成工程圖紙和數(shù)據(jù)信息，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在BIM 技術(shù)的應(yīng)用過程中可以根據(jù)建筑物模型中各構(gòu)件之間的關(guān)系，將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、節(jié)點和梁板等三維空間信息導(dǎo)入其中。由于BIM軟件具有強(qiáng)大計算功能與可視化操作能力以及可模擬性強(qiáng)特點，因此在進(jìn)行施工之前需要對建筑主體進(jìn)行建模工作，并且利用該工具能夠快速準(zhǔn)確地完成工程量清單及鋼筋模型中各部分內(nèi)容的輸入和輸出。

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計的可視化

BIM 模型的復(fù)制是對結(jié)構(gòu)設(shè)計信息的有效傳遞，可以將數(shù)據(jù)直觀地展示出來。但是實際應(yīng)用中首先要注意在進(jìn)行構(gòu)件加工完成后一定要及時導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫；其次，如果需要修改或者改動的話也必須有相關(guān)專業(yè)人員簽字同意后才能重新制作；最后，對于模型圖紙上沒有標(biāo)注的構(gòu)件和尺寸參數(shù)等都會影響最終效果。在BIM 技術(shù)的應(yīng)用下通過模型建立、結(jié)構(gòu)構(gòu)件生成以及構(gòu)件圖紙繪制，可以為工程施工提供便利。但是，由于建筑信息量大且內(nèi)容多，所以需要利用三維可視化建模工具對設(shè)計進(jìn)行復(fù)制和打印工作，而如果不將其作為基礎(chǔ)來完成模型構(gòu)建的話，這樣就無法實現(xiàn)設(shè)計中的直觀性與實用性[3]。

4.4 設(shè)計協(xié)調(diào)應(yīng)用

BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中信息數(shù)據(jù)和工程模型進(jìn)行實時采集與反饋,為建筑行業(yè)、施工單位提供更科學(xué)合理化管理方式。在實際工作當(dāng)中還可以根據(jù)不同類型的建筑工程項目采用不同形式設(shè)計參數(shù)，例如對于鋼筋混凝土框架等大型復(fù)雜工程來說需要通過計算軟件來完成相關(guān)構(gòu)件尺寸以及標(biāo)高信息等。

BIM技術(shù)在設(shè)計過程中主要是對結(jié)構(gòu)設(shè)計的協(xié)同工作進(jìn)行了有效地應(yīng)用，并且能夠?qū)⒏魇┕るA段、安裝調(diào)試以及驗收后的所有工程量都同步計算，同時也可以通過軟件界面實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。因此在BIM模型建立之后，需要根據(jù)實際情況來分析和判斷是否滿足使用要求并作出優(yōu)化處理。通過對不同階段工程量信息的分析后確定出BIM模型所需參數(shù)及屬性，之后根據(jù)模型數(shù)據(jù)計算出各部分構(gòu)件尺寸與強(qiáng)度值以及構(gòu)件數(shù)量等指標(biāo)并繪制相應(yīng)視圖，最后將這些結(jié)果導(dǎo)入從而完成整個項目的三維建模工作。

4.5 設(shè)計難點

由于BIM技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時，需要對建筑物、管線等三維信息進(jìn)行有效地處理。但是當(dāng)前我國建筑行業(yè)中對于軟件功能和數(shù)據(jù)管理還存在一定問題。BIM技術(shù)在設(shè)計過程中需要進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，將各個構(gòu)件之間建立相應(yīng)關(guān)系，并通過建模完成相關(guān)數(shù)據(jù)交換。BIM 技術(shù)的應(yīng)用使設(shè)計人員能夠在模型中對建筑物進(jìn)行全面地了解，從而達(dá)到預(yù)期要求，但其過程是比較復(fù)雜且繁瑣的，在設(shè)計過程中會出現(xiàn)各種情況導(dǎo)致無法達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié)語

建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要將各方面信息進(jìn)行整合，以達(dá)到建筑模型與實際環(huán)境相一致。隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用越來越普遍，但是由于傳統(tǒng)建筑設(shè)計模式下存在著信息傳遞速度慢和易出錯等問題，在這種情況之下就要求設(shè)計師們能夠熟練掌握并運用BIM軟件進(jìn)行模型構(gòu)建工作。然而實際工程當(dāng)中很多建筑師都無法做到這一點，首先是不能對建筑物所處環(huán)境做出準(zhǔn)確合理地分析與判斷；其次則是因為沒有充分了解建筑結(jié)構(gòu)實際狀況，所以導(dǎo)致設(shè)計出的方案不具備可行性、可操作性差。但是隨著技術(shù)創(chuàng)新不斷發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬泛，BIM 模型的優(yōu)勢就顯得尤為突出，不僅可以提高建筑質(zhì)量以及縮短施工工期同時也能實現(xiàn)安全可靠地使用空間。