建筑结构设计中BIM技术的应用

2018-02-15张磊

建材与装饰 2018年26期

张磊

（淄博市建筑设计研究院）

BIM技术在近期已被广泛应用于中国的建筑工程设计、施工和运营等领域。BIM技术可以在应用中实现不同的专业和部门之间的数据共享，因此在建筑结构设计中可以实现工程师、建筑师、设计师和用户共享和使用相同的数字设计信息，促进沟通。基于BIM技术而形成的视觉数字模型可以有效帮助用户对建筑结构进行模拟和分析，使施工单位可以加深对设计师设计理念和施工目标的理解，也有助于提高建筑产品的整体质量和生产效率设计。

1 BIM技术及其应用特征

BIM技术以信息化手段与技术为支撑，首先将建筑设计相关参数与数据存储到数据库中实现建筑数据的信息化存储、关联与共享，再以建筑构件作为基本组件，基于数据库中的建筑相关参数实现基本组件的立体组合，在建筑信息以及BIM建模技术的支撑下实现建筑三维仿真建模与可视化表达，改变了传统建筑软件以二维成图为主，以三维建模为辅、三维仅仅用于展示与可视化的应用现状，其以逼真的立体建筑构件，如柱子、台阶、梁、楼板等作为基本单元，而非传统二维建筑软件中的点、线、面或者传统三维建筑软件中的规则性圆柱、圆锥、立方体等，这种建模理念的突破极大地简化了建筑设计人员的工序，丰富了建筑设计人员的设计想象力，通过以逼近实物的三维建模场景为设计工作者营造出近乎真实、极富质感的设计环境，设计人员可以基于自身的专业知识与对BIM软件操作的熟练程度，充分发挥其主观能动性，在BIM技术的支撑下实现“所画即所得、所观即真实”的建筑设计。

2 建筑工程结构设计BIM技术主要优势

2.1 三维可视化

将三维实体模型作为设计的基础，对不同构件间保持的空间关系进行形象表达，为工程建设参与各方的技术交流创造便利。对规模较大的复杂结构而言，单纯依靠平面图和立面图一般难以找出自身专业和在与其它专业进行协作配合时潜在的问题。但通过对这项技术的应用，能对设备与结构两大模型开展动态演示，检查确认所有构件之间的空间关系能否达到要求，同时完成碰撞检查，最终确定最佳方案。

2.2 实体配筋

通过对BIM技术的实体配筋应用，能对部分复杂节点的钢筋布置实施模拟，通过模拟能提前找出并解决问题。此外，结合施工方面的要求，根据实体模型，还能为其它的工程量计算等工作提供参考，确保钢筋下料一次性准确完成。

2.3 参数化、协同设计

对模型而言，其参数化主要表现为两个方面：①构件定义实现参数化；②图元间保持的约束关系实现参数化。通过对这种关系的合理应用，能在保证可编辑性的同时提高建模工作效率。过去的二维图元组成要素，没有实际的物理意义，一处修改后不能达到处处更新的目的，而BIM给出的所有视图都将数据库模型作为基础，所以它能在一处修改以后达到处处更新的目的，从而大幅减少或直接避免人为失误。

3 建筑结构设计中BIM技术的应用分析

3.1 结构化建模与可视化

基于BIM技术的建筑结构设计通过构建结构信息数据库实现立体构件与属性数据库的关联，设计人员可以在结构数据库的支撑下构建建筑结构的形体，以大跨度建筑物中的常见的钢结构为例，设计人员在设计钢结构时会涉及到梁、柱、铰等基本构件单元，并将这些单元进行参数化与有效地组合连接，实现不同构件的有机集成，在整个设计过程中，设计人员可以基于BIM技术构建建筑三维实体模型，并直观观察建筑构件，分析建筑结构的功能布局，以对建筑结构的形态、尺寸等形成清晰的认识与把握。

3.2 优化建筑结构质量

建筑结构的质量关系到建筑工程施工的质量以及工程竣工后住户居住的安全性与舒适度，因此，对设计的建筑结构进行可行性、合理性检测具有重要的工程意义。传统的基于CAD等建筑软件设计的二维平面建筑结构设计图缺乏立体性，单单从二维平面图、侧视图、俯视图等方面设计人员无法直观地判断出建筑结构中个体与个体、个体与整体的碰撞性，极易忽略模型的碰撞问题，导致在后期建筑工程施工过程需要进行设计变更，影响工程施工进度，更有甚至会威胁到建筑工程的施工质量。BIM技术为建筑结构设计方案提供了直观立体的可视化呈现效果，设计人员可以对三维立体设计进行全方位浏览，消除建筑结构设计中的碰撞问题，同时，BIM技术中的自动化检测工具可以通过预先设置的规则自动检测建筑结构之间的不合理、不合规问题，设计人员可以以此为参考对设计方案加以调整优化。

3.3 协同设计过程

传统的建筑结构设计大多基于建筑软件进行单独设计作业，然后在由团队进行协商与分析，再由负责的设计师单独对设计方案中的不足进行调整与修改，这样的设计模式无法发挥设计团队的力量与协同工作能力，难以保证设计方案的科学性。基于BIS技术的建筑结构设计保证了建筑结构设计团队能够高度参与到同一设计项目中，通过建筑结构三维模型的展示与动态演示，设计团队中的所有人员均能够根据建筑结构模型进行设计任务的分配，设计师可以就其所给定的设计任务进行立体构件的新增、删除、修改以及内部设备的配置，最后再通过集成化手段将不同设计师所设计的内容进行有效汇总与整合，保障设计工作的正常有序开展，极大地提高建筑结构设计的工作效率。

3.4 建筑结构建模、分析应用

钢结构是建筑工程项目施工中需要应用到的一种常见施工材料，在建筑结构设计中占据一定比例。在建筑结构设计应用方面，设计人员可利用BIM技术进行钢结构建模，对钢结构加强件或者连接等可能存在的问题进行探讨。比如在进行加强件问题研究时，设计人员首先需要了解建筑结构制作流程，对加强件在工程项目施工中的应用、作用等进行了解，然后利用BIM技术控制加强件。在钢结构连接问题研究方面，设计人员首先需要对钢结构连接方式、连接主体与相关参数等进行了解。在实际钢结构连接难点问题解决方面，设计人员可通过螺栓间距、螺栓数量、连接形式等进行连接控制。在建筑结构分析过程中，建筑企业往往需要投入很多的人力与资金，且分析过程相对较长，分析结果可能会存在较大的误差问题。在建筑结构分析方面，BIM技术能够提高工作效率，降低建筑企业人力资源与资金成本。设计人员可以利用BIM技术对工程项目建筑结构功能、设计缺陷或者设计优化等进行分析，实现建筑结构设计方案的优化调整，提高工程项目设计质量。

3.5 简化设计交底

设计交底是设计结束阶段与施工准备阶段的过渡环节，在这一环节，建筑设计单位需要将建筑结构设计等详细设计资料提交给建筑工程的施工单位，施工单位需要领取相应的施工图纸，同时要负责对图纸和资料进行完整性检查，保证所拿到的资料是齐全的。同时施工单位需要组织专门的人员对设计图纸内容进行学习，在工程类图纸设计交底阶段，所有参与设计图纸的单位需要协同剖析并处理专业图纸之间的矛盾与不解之处，针对存在矛盾的地方可以充分利用本次机会加强沟通，针对标注有遗漏的地方需要落实到具体的单位予以补充修缮，如果图纸中的内容有矛盾和错误，需要及时提出并洽谈修改。现有的设计交底过程与工序相对繁杂，不利于建筑工程的进一步开展。