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        BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        2023-11-03 06:45:14龐潔
        江蘇建材 2023年5期
        關(guān)鍵詞:施工圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)件

        龐潔

        (山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,山西晉中 032000)

        0 引言

        對(duì)于建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)而言, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重點(diǎn),其是整個(gè)建筑穩(wěn)定與安全的關(guān)鍵性影響因素[1]。新形勢(shì)下,為能推動(dòng)建筑工程發(fā)展,建筑結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜, 對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的要求也日益嚴(yán)格。 引入BIM 技術(shù)開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種趨勢(shì), 該技術(shù)以信息模型構(gòu)建為基礎(chǔ),科學(xué)指導(dǎo)各單元設(shè)計(jì)工作,保證設(shè)計(jì)的連續(xù)性、科學(xué)性與系統(tǒng)性。

        1 BIM 技術(shù)概述

        BIM 技術(shù)是建立虛擬化三維立體模型, 模擬、直觀地呈現(xiàn)建筑工程實(shí)際情況[2]。其采用數(shù)字技術(shù),助力模型構(gòu)建, 其信息庫(kù)中包含了建筑物幾何信息、狀態(tài)信息等,并涉及了非構(gòu)建性對(duì)象的真實(shí)狀態(tài)。 以BIM 技術(shù)構(gòu)建三維立體模型,可集成性處理建筑工程相關(guān)信息,呈現(xiàn)出建筑工程的整個(gè)施工周期[3]。 可在三維立體模型中全面整合各信息,設(shè)計(jì)、施工、 運(yùn)營(yíng)的單位可利用BIM 開(kāi)展協(xié)同管理活動(dòng),實(shí)現(xiàn)高效率工作,獲取最大化的經(jīng)濟(jì)效益。

        2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

        2.1 可視化

        通常而言,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程方面,大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案會(huì)使用2D 平面設(shè)計(jì)軟件, 可全面呈現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)主體方案情況,然而也有很多特殊部位構(gòu)件的具體內(nèi)容、 空間位置等無(wú)法利用2D 平面圖紙實(shí)現(xiàn)清晰完整呈現(xiàn)。 引入BIM 技術(shù)后,在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中可構(gòu)建3D 立體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型, 在模型中將充分整合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各項(xiàng)參數(shù)與信息,并以空間領(lǐng)域的方式反映出來(lái),確保結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容得到更好的表現(xiàn)。 在建筑整體設(shè)計(jì)中發(fā)揮BIM 技術(shù)的作用,確保了方案達(dá)到直觀、清晰等方面的要求,使后續(xù)施工獲得良好條件,確保施工質(zhì)量和效率都得到大幅度提升。

        2.2 協(xié)調(diào)性

        在應(yīng)用BIM 技術(shù)時(shí)結(jié)合各項(xiàng)工程參數(shù), 確保有力調(diào)控相關(guān)作業(yè)流程,提高部門(mén)間的協(xié)調(diào)性。將BIM技術(shù)應(yīng)用到工程施工階段, 很多重要程序都可以模擬操作,特別是細(xì)節(jié)部分能采取模擬操作的方式。 在3D 立體數(shù)學(xué)模型生成后,也要制定科學(xué)合理的預(yù)算方案,遇到緊急狀況后也有應(yīng)對(duì)措施,確保后期環(huán)節(jié)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

        3 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

        3.1 工程概況

        該建筑工程總面積為4 136 m2,且要求耐火等級(jí)為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 同時(shí),該建筑上層結(jié)構(gòu)八層,下層結(jié)構(gòu)兩層,均為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

        3.2 BIM 技術(shù)應(yīng)用流程

        一是全面細(xì)致勘察工程現(xiàn)場(chǎng)情況, 充分掌握地質(zhì)、水文等方面的信息數(shù)據(jù)。

        二是明確工程施工的各項(xiàng)規(guī)定、分項(xiàng)目標(biāo),主要涉及建筑使用壽命、 荷載水平以及施工內(nèi)容, 要在BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)上述數(shù)據(jù)。其中,荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值計(jì)算如式(1)所示。

        式中:SGik表示根據(jù)第j 個(gè)永久荷載標(biāo)志值Gjk 計(jì)算的荷載效應(yīng)值;SQik表示第i 個(gè)可變荷載標(biāo)志值Qik 計(jì)算的荷載效應(yīng)值;ΨCi表示第i 個(gè)可變荷載Qi的組合系數(shù);m 表示參與組合的永久荷載數(shù);n 表示參與組合的永久荷載數(shù)。

        三是在項(xiàng)目建設(shè)中充分應(yīng)用BIM 系統(tǒng),做好分類與統(tǒng)計(jì)等工作,掌握各類構(gòu)件設(shè)計(jì)內(nèi)容、建設(shè)投入以及工藝措施等,讓后續(xù)工程管控有良好條件。 四是借助Revit 軟件構(gòu)建項(xiàng)目三維模型。 將BIM 技術(shù)應(yīng)用到本工程項(xiàng)目中,主要技術(shù)流程如圖1 所示。

        圖1 BIM 技術(shù)應(yīng)用流程

        3.3 構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型

        本項(xiàng)目采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重難點(diǎn)是各構(gòu)件的連接部位,在應(yīng)用BIM 技術(shù)后,先全面細(xì)致分析所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)、一般特性等內(nèi)容,對(duì)所有構(gòu)件進(jìn)行連接設(shè)計(jì)后,執(zhí)行相關(guān)參數(shù)。在BIM 技術(shù)支持下形成項(xiàng)目的三維模型后, 還要不斷調(diào)整不同構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù),調(diào)整結(jié)束后需自動(dòng)完成構(gòu)件距離等更新,這樣才能為設(shè)計(jì)精度與效率提供可靠保障。

        在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中, 借助BIM 技術(shù)形成三維模型后,在Revit 軟件中生成建筑結(jié)構(gòu)分析模型,全部構(gòu)件連接部位都當(dāng)作是一個(gè)節(jié)點(diǎn),利用節(jié)點(diǎn)使構(gòu)件之間可自動(dòng)完成連接。對(duì)于模型的構(gòu)建來(lái)說(shuō),需全面分析建筑工程的結(jié)構(gòu)柱、結(jié)構(gòu)板以及梁等因素,具體方法如下:①確定適合的樣板文件。②與項(xiàng)目BIM 模型完成連接。 ③形成軸網(wǎng),同時(shí)確定標(biāo)高等數(shù)據(jù)。④以上流程結(jié)束后,創(chuàng)建樣本文件、構(gòu)件族等。⑤科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土柱結(jié)構(gòu)。⑥創(chuàng)建混凝土結(jié)構(gòu)板。 ⑦全方位檢查模型的情況,要及時(shí)優(yōu)化改進(jìn)存在的問(wèn)題,形成模型后還要重視分析視圖顯示結(jié)果,最終獲得初步的模板圖。

        在創(chuàng)建工程結(jié)構(gòu)模型時(shí),在標(biāo)高相關(guān)數(shù)據(jù)上要達(dá)到科學(xué)性要求。 若調(diào)整一些構(gòu)件,應(yīng)該檢查并調(diào)整標(biāo)高,防止發(fā)生標(biāo)高差的現(xiàn)象。 軟件具備“族”的作用,然而也不能讓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各項(xiàng)規(guī)定都獲得滿足,對(duì)此創(chuàng)建與調(diào)整結(jié)構(gòu)模型時(shí),若創(chuàng)建異性構(gòu)件,還需創(chuàng)建專門(mén)的族文件,其各項(xiàng)數(shù)據(jù)也要有明確的定義。 面對(duì)著日益增多的建筑工程量,族庫(kù)儲(chǔ)存的內(nèi)容將越來(lái)越多, 當(dāng)初始模型創(chuàng)建結(jié)束后,很多時(shí)候易出現(xiàn)不能將建筑結(jié)構(gòu)全部屬性包含在內(nèi)的情況。 對(duì)此需體現(xiàn)結(jié)構(gòu)面板的功能,結(jié)合設(shè)計(jì)的規(guī)定對(duì)各項(xiàng)屬性、參數(shù)等進(jìn)行明確的定義。

        3.4 分析建筑結(jié)構(gòu)

        在分析建筑工程結(jié)構(gòu)相關(guān)性能的過(guò)程中,引入BIM 技術(shù)后將發(fā)揮出巨大的作用。在對(duì)數(shù)字化模型進(jìn)行創(chuàng)建后, 能保證模型結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。 在應(yīng)用BIM 技術(shù)軟件的過(guò)程中,要將參數(shù)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果分析等作用體現(xiàn)出來(lái), 優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,保證獲得更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。 同時(shí)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好安全防控管理,利用專門(mén)的軟件分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,如Revit2016、ETABS2013 等。 應(yīng)用這兩種軟件時(shí),為數(shù)據(jù)通信的雙向鏈接創(chuàng)造了條件, 在軟件運(yùn)行的期間能夠發(fā)揮出數(shù)據(jù)交互的功能。 完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確計(jì)算后,能對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)的安全性作出最終判斷。 分析建筑結(jié)構(gòu)模型時(shí),也可發(fā)揮出Revit2016 軟件的作用,確保各項(xiàng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息能自動(dòng)化生成。建筑三維模型內(nèi)包含了多個(gè)方面的構(gòu)件。 要結(jié)合具體定義完成轉(zhuǎn)換,針對(duì)不能轉(zhuǎn)換的構(gòu)件,要采取簡(jiǎn)化處理的措施,最后完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。

        3.5 施工圖設(shè)計(jì)

        將BIM 技術(shù)應(yīng)用到建筑工程施工圖設(shè)計(jì)中,能獲得所需的三維效果圖。在細(xì)致分析建筑工程結(jié)構(gòu)三維效果圖后, 相比于以往的二維設(shè)計(jì)方案,不僅在直觀性上更具優(yōu)勢(shì),也為科學(xué)評(píng)估施工圖設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件,并保證施工圖設(shè)計(jì)更高效,降低相關(guān)資金的投入。 不僅如此,BIM 技術(shù)也能提供施工圖設(shè)計(jì)有關(guān)的數(shù)據(jù),確保一些重要性指標(biāo)設(shè)定更加科學(xué),防止施工圖在設(shè)計(jì)中發(fā)生偏差。 在施工圖設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù),還可以優(yōu)化鋼筋參數(shù)配置,這需要利用結(jié)構(gòu)軟件評(píng)估其效果。

        基于該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,混凝土材料選擇適宜C30,其變系數(shù)為2,墻高為20.10。 對(duì)于柱與梁結(jié)構(gòu),選擇使用HRB335 帶肋鋼筋,對(duì)于箍筋材料最好選擇HPB 光面鋼筋。在接下來(lái)的施工過(guò)程中,若需調(diào)整配筋方案,需計(jì)算、對(duì)比與調(diào)整理論配筋、實(shí)際配筋。在繪制施工圖時(shí),最好創(chuàng)建共享參數(shù),如此可使用Revit 軟件, 這樣參建各方均能共享數(shù)據(jù)。 這里,文件格式選擇.txt 格式,若需在Excel 中查看文件,最好復(fù)制共享文件,再把.CSV 列為文件后綴,這樣便可進(jìn)行查看。

        4 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用難點(diǎn)

        4.1 成本高、系統(tǒng)不完善

        當(dāng)前BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)應(yīng)用非常廣泛,提高了建筑業(yè)發(fā)展的規(guī)?;蜆?biāo)準(zhǔn)化水平。對(duì)建筑企業(yè)來(lái)說(shuō)也增加了資金投入量,配置專門(mén)的軟件與協(xié)作平臺(tái),這增加了很多中小型企業(yè)的負(fù)擔(dān),特別是軟件購(gòu)置和維護(hù)成本上。 國(guó)內(nèi)的BIM 技術(shù)也發(fā)展起步較晚, 企業(yè)在軟件的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)上明顯不足,很多時(shí)候僅僅利用了其部分基礎(chǔ)功能。

        4.2 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的習(xí)慣不一

        在建筑領(lǐng)域引入BIM 技術(shù)后可借助專門(mén)的設(shè)計(jì)軟件獲得模型, 這些模型基本上為三維視圖,對(duì)模塊參變量、系統(tǒng)參數(shù)等應(yīng)用較多。 為與二維平面設(shè)計(jì)習(xí)慣保持一致,要改變模塊參變量、系統(tǒng)參數(shù)等, 設(shè)計(jì)中若是發(fā)生系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理等現(xiàn)象,將難以避免發(fā)生很多問(wèn)題。

        4.3 特殊結(jié)構(gòu)模塊表達(dá)不理想

        在以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用幾何圖形繪制方法,不能獲得柱、梁等構(gòu)件尺寸等數(shù)據(jù)信息,在BIM技術(shù)支持下提取對(duì)模型中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。 利用BIM技術(shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)模型進(jìn)行繪制,需要全面收集并存儲(chǔ)構(gòu)件相關(guān)信息數(shù)據(jù), 打造成專門(mén)的建筑數(shù)據(jù)模型。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也存在很多特殊結(jié)構(gòu)模塊,其三維視圖、剖面視圖等無(wú)法獲得較好的施工效果,此時(shí)會(huì)采用原始設(shè)計(jì)方法解決問(wèn)題。

        4.4 對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件性能要求高

        應(yīng)用BIM 技術(shù)構(gòu)建的建筑模型往往會(huì)生產(chǎn)較大的文件,在三維圖像方面也要進(jìn)行渲染,一般的計(jì)算機(jī)無(wú)法滿足BIM 軟件運(yùn)行要求。 現(xiàn)在的建筑工程不僅復(fù)雜,工程量也更大,對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求變得越來(lái)越高。 對(duì)Revit 軟件來(lái)說(shuō)可滿足CPU多核架構(gòu)的計(jì)算機(jī)渲染,不僅達(dá)到了快速處理的要求,也為BIM 模型建立與渲染創(chuàng)造了有利條件。

        5 結(jié)語(yǔ)

        在建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)中引入BIM 技術(shù), 可提高設(shè)計(jì)效率與精準(zhǔn)度,工程技術(shù)人員也可綜合分析相關(guān)問(wèn)題,并升級(jí)、創(chuàng)新與優(yōu)化相關(guān)解決方案。 目前,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 較為普遍,可為建筑行業(yè)創(chuàng)造最大化的經(jīng)濟(jì)效益,并有力促進(jìn)了建筑行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

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