莊彥春

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用管窺

莊彥春

（北京華茂中天建筑設(shè)計(jì)研究院，甘肅蘭州730000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們的生產(chǎn)和生活都已經(jīng)離不開現(xiàn)代信息技術(shù)，它已然被應(yīng)用于各個(gè)不同的領(lǐng)域，建筑行業(yè)也不例外。建筑工程的特點(diǎn)是施工工期長、影響因素既多又廣，且規(guī)模相對(duì)較大，在整個(gè)建筑工程的施工過程中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用，只有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既科學(xué)又合理，才能確保建筑工程的質(zhì)量達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，才能保證建筑的安全、穩(wěn)定性能。為了進(jìn)一步提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，BIM技術(shù)逐漸被人們認(rèn)可并采用，將BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不僅可以提高建筑設(shè)計(jì)的安全性、可靠性和舒適性，并且對(duì)整個(gè)建筑工程項(xiàng)目來說也更加經(jīng)濟(jì)，完工也更加迅速。

建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；BIM技術(shù)

近年來，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)都取得了很大的進(jìn)步，BIM技術(shù)也在不斷地完善，在工程界的應(yīng)用也越來越廣泛。BIM技術(shù)在國內(nèi)之所以被推廣到各個(gè)領(lǐng)域，是因?yàn)锽IM技術(shù)在運(yùn)用過程中可以使得不同專業(yè)、不同部門之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，保證了工程師、建筑師、設(shè)計(jì)人員等有關(guān)人員可以共同分享和使用同一個(gè)數(shù)字設(shè)計(jì)信息，這對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說非常關(guān)鍵。通過可視化數(shù)字模型，BIM技術(shù)可以協(xié)助相關(guān)人員對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和分析，這樣不僅能夠提高建筑工程的施工效率，對(duì)提高建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量也將起到十分重要的作用。

1BIM技術(shù)的特點(diǎn)

BIM技術(shù)簡單來說是一種施工方法，它是通過數(shù)字模型對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工等進(jìn)行管理，它具有信息集成、協(xié)同設(shè)計(jì)、工作傳遞等特點(diǎn)。

1.1信息集成

BIM技術(shù)具有信息集成的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)信息集成和設(shè)計(jì)過程集成這兩個(gè)方面，作為整個(gè)建筑工程中唯一的信息模型，建筑信息模型要完成很多專業(yè)的信息設(shè)計(jì)，因此，BIM技術(shù)的信息集成特點(diǎn)非常明顯。通過BIM技術(shù)信息集成的特點(diǎn)，為所有專業(yè)設(shè)計(jì)提供了平臺(tái)來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，使得整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程實(shí)現(xiàn)集成化。建立由計(jì)算機(jī)三維模型組成的數(shù)據(jù)庫是整個(gè)建筑信息模型的核心，數(shù)據(jù)庫包括很多信息，主要信息為建筑結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、空間信息、需要的施工材料等，相關(guān)人員可以通過數(shù)據(jù)庫查找到自己需要的各種信息，與傳統(tǒng)的CAD技術(shù)相比，局限性更小，更有利于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

1.2協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)為整個(gè)參與建筑工程的相關(guān)人員提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過這個(gè)平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員、施工人員、業(yè)主可以建立良好的溝通，根據(jù)需求，提供信息。另外，BIM技術(shù)還可以通過判斷不同專業(yè)的設(shè)計(jì)原則，自動(dòng)檢測建筑構(gòu)件之間的相互影響，對(duì)提高設(shè)計(jì)人員之間的溝通效率有非常大的幫助，而且還節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間。

1.3工作傳遞

BIM技術(shù)還有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是能夠?qū)⒏鞣N工作數(shù)據(jù)有機(jī)地關(guān)聯(lián)到一起。舉個(gè)簡單的例子，如果設(shè)計(jì)師對(duì)某項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了修改，BIM系統(tǒng)便立即將修改的信息傳達(dá)到有影響的結(jié)構(gòu)中，在此過程中，無需設(shè)計(jì)師更改連接或圖紙。與此同時(shí)，BIM技術(shù)還具有模擬施工的功能，大大節(jié)約了設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)時(shí)間，進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)效率。

2BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

2.1BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的可視化

BIM技術(shù)是以三維模型技術(shù)為基礎(chǔ)，真實(shí)地展示建筑構(gòu)件的新興技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑工程領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，CAD軟件無法將建筑結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息提供給用戶，而與傳統(tǒng)的CAD技術(shù)相比，BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)階段便可以實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體模型的構(gòu)建，從而為用戶對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和了解提供更為直觀的角度。很多大型的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用BIM可視化技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的演示，幫助用戶更深入地了解建筑結(jié)構(gòu)的尺寸、相符度等各項(xiàng)參數(shù)，確保設(shè)計(jì)單位選擇的設(shè)計(jì)方案是最優(yōu)的，符合用戶的需求和時(shí)代的發(fā)展。在觀測的過程中，還可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)中存在的設(shè)計(jì)漏洞，對(duì)提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量有非常重要的意義。

2.2BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

在建筑結(jié)構(gòu)信息模型中有一個(gè)數(shù)據(jù)庫，這個(gè)數(shù)據(jù)庫包含了所有的設(shè)計(jì)信息，且所有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)都是相互關(guān)聯(lián)的，設(shè)計(jì)人員可以通過查找數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息來構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)的形體，并且在設(shè)計(jì)的過程中約束不同的設(shè)計(jì)參數(shù)，確保BIM系統(tǒng)能夠及時(shí)有效地對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新和維護(hù)。BIM技術(shù)之所以被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，是因?yàn)樗軌蜉敵龈哔|(zhì)量、高安全性、高可靠性的設(shè)計(jì)信息，對(duì)數(shù)字化工作的開展有極大的幫助。

2.3BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)建模中的具體應(yīng)用

對(duì)于一個(gè)大跨度建筑物來說，鋼結(jié)構(gòu)是其主要的結(jié)構(gòu)形式，鋼結(jié)構(gòu)在建模的過程中需要面對(duì)多個(gè)方面的難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)鏈接、加強(qiáng)件布置等方面。鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中會(huì)涉及到多種連接形式，包括梁柱連接、梁梁鉸接、梁梁剛接等，因此，在設(shè)計(jì)中需要以梁的高度為依據(jù)，設(shè)計(jì)出各個(gè)連接件并將其參數(shù)化。在BIM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)是共享的，設(shè)計(jì)人員可以通過控制螺栓的數(shù)量和間距使得新的連接件得以形成，而設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)加強(qiáng)件和連接件時(shí)，也只需要畫出加強(qiáng)件和連接件的大樣，在鋼結(jié)構(gòu)的施工過程中施工人員通過對(duì)大樣進(jìn)行參考，再找出相應(yīng)的位置就可以順利地進(jìn)行施工，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率和施工效率。

2.4BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

作為城市運(yùn)動(dòng)會(huì)的主賽場，某城市的體育中心需要被建設(shè)成特大型體育場館，該建筑在設(shè)計(jì)施工過程中遇到了三大難點(diǎn)，其一是鋼罩棚網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不分主次桿件；其二是由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是彎扭的，因此，在安裝吊裝單元網(wǎng)架時(shí)需要附加彎矩；其三是由于該建筑屬于特大型建筑物，它需要更多的鑄鋼節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)格單元和使用設(shè)備。面對(duì)這三大難點(diǎn)，BIM技術(shù)給予了施工人員極大幫助，BIM技術(shù)本身具有仿真施工模擬的功能，通過仿真施工模擬，施工人員可以準(zhǔn)確有序地安排建筑施工，有效控制各個(gè)作業(yè)區(qū)的工序搭接，大大提高了施工人員的施工效率，使得施工任務(wù)快速高效地完成。

3　BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)

在應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)該考慮模型空間的真實(shí)性，還要重點(diǎn)關(guān)注BIM系統(tǒng)中的物理模型是否能夠自動(dòng)生成施工圖紙，其原因是BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)方式是通過結(jié)構(gòu)分析軟件將建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行一系列的分析計(jì)算，計(jì)算完成后將設(shè)計(jì)信息反饋出來，與此同時(shí)形成動(dòng)態(tài)的施工圖紙和建筑模型。建筑結(jié)構(gòu)的安全性能是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中首要關(guān)注的重點(diǎn)，影響建筑結(jié)構(gòu)安全的因素有很多，因此，設(shè)計(jì)人員在利用BIM模型進(jìn)行分析時(shí)需要面對(duì)的參數(shù)是非常復(fù)雜的。另外，BIM模型從理論上是可以實(shí)現(xiàn)BIM物理模型、結(jié)構(gòu)分析模型、施工圖文檔雙向無縫連接的，但在實(shí)際的運(yùn)用過程中，只能在建筑構(gòu)件簡單的情況下才能真正地實(shí)現(xiàn)雙向無縫連接，一旦建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)雜就會(huì)導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)丟失，無法達(dá)到預(yù)期的效果。因此，設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該高度關(guān)注這一問題，以便于通過BIM技術(shù)的不斷研究和改進(jìn)，使物理模型和結(jié)構(gòu)分析模型之間實(shí)現(xiàn)雙向無縫連接。

4　結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)建筑要求越來越高，為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，滿足人們對(duì)現(xiàn)代建筑生命周期長、建設(shè)周期短的要求，傳統(tǒng)的CAD技術(shù)已然無法滿足建筑工程的需求，建筑行業(yè)急需新興技參考文獻(xiàn)：

術(shù)的應(yīng)用，而BIM技術(shù)具有信息集成、協(xié)同設(shè)計(jì)、工作傳遞等顯著特點(diǎn)，且在幫助企業(yè)降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的成本投入方面也有很大的優(yōu)勢，勢必會(huì)被設(shè)計(jì)人員青睞，廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。另外，在現(xiàn)代建筑工程中，BIM技術(shù)在提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工效率方面也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

［1］董濟(jì)豪.探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用［J］.江西建材，2014（16）：645-646.

［2］李軾，王科亮，劉媛，等.探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用［J］.江西建材，2015（3）：121-122.

［3］劉海云，閆衛(wèi)金.探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（17）：374-375.

TU201.5；TU17

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.09.023

2016-6-14

莊彥春（1983-），男，漢族，甘肅蘭州人，大學(xué)本科，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。