李光輝

（水礦（集團(tuán)）貴州新建業(yè)工程有限公司　貴州　六盤水　553000）

BIM技術(shù)在輔助工民建設(shè)計(jì)中的應(yīng)用初探

李光輝

（水礦（集團(tuán)）貴州新建業(yè)工程有限公司貴州六盤水553000）

BIM（建筑信息模型）是數(shù)字化時(shí)代建筑工程行業(yè)發(fā)展的必然取向，BIM的出現(xiàn)，使建筑設(shè)計(jì)的管理工作告別了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模式，在豐富建筑設(shè)計(jì)管理形式的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了不同專業(yè)、不同領(lǐng)域的有效溝通，這就有利于在建筑設(shè)計(jì)管理工作打破傳統(tǒng)信息壁壘和行業(yè)信息孤島的限制，構(gòu)建出全新的系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)上下游工作系統(tǒng)、協(xié)調(diào)的同時(shí)，提升建筑行業(yè)從策劃、設(shè)計(jì)、施工到使用管理等整體的效率和質(zhì)量。本文重點(diǎn)就BIM技術(shù)在輔助工民建設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。希望通過該課題研究，能使得建筑業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、行業(yè)質(zhì)量安全水平的提升，能夠得到諸多建設(shè)性的意見和建議。

BIM技術(shù)；工民建設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

目前在中國大力推廣BIM技術(shù)應(yīng)用是非常及時(shí)和必要的，BIM技術(shù)對科學(xué)發(fā)展以及行業(yè)質(zhì)量安全水平的提升都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。希望通過該課題研究，能夠全面了解國內(nèi)外BIM技術(shù)的應(yīng)用狀況以及存在的問題，并對下一步如何深化課題、如何有效推廣應(yīng)用BIM技術(shù)，從管理和技術(shù)層面給出了諸多建設(shè)性的建議和意見。

引言

建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之所以越發(fā)重要，是因?yàn)槲覈慕ㄖ?shù)量不斷增多，同時(shí)樓層數(shù)量以及高度都在增加，這意味著建筑的抗震性能以及穩(wěn)定性必須要不斷加強(qiáng)，因此科學(xué)的進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確保建筑結(jié)構(gòu)能夠承受各種環(huán)境下的外力作用，這樣才能夠確保國家以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠有效提高設(shè)計(jì)的合理性、可行性，同時(shí)兼具經(jīng)濟(jì)性，最大限度提高建筑質(zhì)量，為國家和人們的利益提供保障。

1　BIM（建筑信息模型）技術(shù)概述

BIM是Building Information Modeling的縮寫，簡稱“建筑信息建?！?，最初發(fā)源于20世紀(jì)70年代的美國，由美國喬治亞理工大學(xué)建筑與計(jì)算機(jī)學(xué)院（Georgia Tech College of Architecture and Computing）的查克伊士曼博士（Chuck Eastman，Ph.D.）提出。因此，美國最早提出并應(yīng)用BIM，進(jìn)而在全球范圍推廣應(yīng)用到歐洲、亞洲等國家的建筑項(xiàng)目中。并且BIM在這些國家得到進(jìn)一步的發(fā)展，而且有些國家應(yīng)用和發(fā)展達(dá)到了一定的高度。BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展為工程各方的信息共享與協(xié)同作業(yè)搭建了廣闊的平臺(tái)，同時(shí)也為建筑結(jié)構(gòu)精細(xì)化管理提供了先進(jìn)的工具和手段。在國內(nèi)，隨著建筑業(yè)對信息化要求的不斷提高，國家科研投入不斷增多及大力推動(dòng)?；贐IM技術(shù)的軟件開發(fā)商宣傳下，相關(guān)機(jī)構(gòu)和各個(gè)部門已經(jīng)開始著手研究和應(yīng)用BIM技術(shù)。中國BIM標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)研究項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃將為由住房城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)立項(xiàng)的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（NBIMS-CHN）的最后制定和施行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在建筑形式和數(shù)量不斷增多的前提下，工程項(xiàng)目中所涉及的信息量也越來越大，這些信息如果得到及時(shí)收集并加以利用，那么對于其他建筑工程的建設(shè)將會(huì)具有極大的推動(dòng)作用。不但能夠縮短工期，還能夠加有效節(jié)約成本，提高施工質(zhì)量，除此之外還能夠更好的避免很多施工事故的發(fā)生，因此，信息技術(shù)在我國建筑工程中的優(yōu)勢非常顯著。但是現(xiàn)階段，我國還是應(yīng)該采取一定的措施更好的發(fā)展和推廣這項(xiàng)技術(shù)，這樣才能夠?qū)⒋渭夹g(shù)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，有效的節(jié)約成本，提高施工效率以及施工安全保障。在這個(gè)基礎(chǔ)之上，我國相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該全方面，高效率的對BIM技術(shù)的核心技術(shù)原理進(jìn)行研究，可以說，此項(xiàng)技術(shù)是我國建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的新起點(diǎn)，是一次革命性的開始，因此具有非常巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

2　BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的處理辦法

2.1建立完整的項(xiàng)目樣板

在建筑設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目樣板是所有設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)，而項(xiàng)目樣板設(shè)計(jì)所包含內(nèi)容很多，具體為標(biāo)準(zhǔn)化處理的線型、字體以及符號等方面。而BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠快速有效地建立完整的樣板，并且能夠避免很多沒有必要的重復(fù)，減少無用功，提高工作效率?，F(xiàn)階段，我國已經(jīng)建立了一套符合我國實(shí)際情況的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)ξ覈Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控并就擬建項(xiàng)目特征因素進(jìn)行針對性的指導(dǎo)，具有更能夠滿足不同用戶的需求。

2.2設(shè)計(jì)符合要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件

在建筑結(jié)構(gòu)中，梁、柱以及樓板等都是非常重要的基本受力構(gòu)件，因此這些構(gòu)件對于建筑來說，有著非常重要的支撐作用，通常來說，它們一般為預(yù)制構(gòu)件、現(xiàn)澆構(gòu)件以及各種更結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。設(shè)計(jì)的時(shí)候，要從建筑物的實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)不同需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這些結(jié)構(gòu)形式中，比較常用的就是現(xiàn)澆構(gòu)件。設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的選擇，構(gòu)件功能不同，澆筑的方式也不同，要最大限度減少不同因素之間的沖突反映。保障結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用能夠得以有效發(fā)揮。

2.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的平法表示

在鋼筋混凝土施工圖繪制中，通常采用平面方法進(jìn)行表示，在圖紙上采取特殊的標(biāo)點(diǎn)符號進(jìn)行標(biāo)注，施工技術(shù)人員通過工藝轉(zhuǎn)換形成樣圖。BIM技術(shù)可以使平面表示法的內(nèi)容多環(huán)節(jié)和多角度展示，BIM模型能夠更加輕松的提取出關(guān)鍵數(shù)據(jù)和核心信息，以滿足施工過程和放樣需求。

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

建筑設(shè)計(jì)工作在運(yùn)用BIM系統(tǒng)中需要將模型發(fā)送到分析軟件，結(jié)構(gòu)分析軟件利用算法來將建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)信息反饋出來，并根據(jù)用戶指令來形成動(dòng)態(tài)的施工圖與結(jié)構(gòu)模型，所以設(shè)計(jì)人員在使用BIM技術(shù)中要考慮模型空間的整體真實(shí)性，并要對BIM系統(tǒng)的物理模型能否自動(dòng)生成施工圖紙等方面進(jìn)行充分考慮。建筑結(jié)構(gòu)的安全性是設(shè)計(jì)工作中設(shè)計(jì)人員要充分考慮的因素，但是由于建筑施工材料自身力學(xué)特征、荷載類型、荷載組合以及單元截面特性等多種因素會(huì)對結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生影響，所以設(shè)計(jì)人員在使用BIM模型進(jìn)行分析過程中往往需要面對各項(xiàng)復(fù)雜參數(shù)。再者，BIM模型在本質(zhì)上是物理模型、建筑結(jié)構(gòu)分析模型以及施工圖文檔的完全數(shù)據(jù)模型，所以在建筑設(shè)計(jì)中只有采用完全符合標(biāo)準(zhǔn)或比較簡單的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，才能實(shí)現(xiàn)上述多種數(shù)據(jù)模型之間的雙向無縫連接，如果建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體設(shè)計(jì)沒有達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，或建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度復(fù)雜化會(huì)導(dǎo)致其在運(yùn)行中丟失大量數(shù)據(jù)。因此，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員要高度關(guān)注這一問題，力求可以有效實(shí)現(xiàn)物理模型與結(jié)構(gòu)分析模型之間的雙向無縫連接。

4　工業(yè)建筑改造實(shí)例

以某煤礦企業(yè)工業(yè)建筑實(shí)例作為本次研究對象，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）附錄A.0.21-2，本區(qū)的抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g（第二組）。本工程設(shè)計(jì)服務(wù)年限為50年。本礦井地面工程總的設(shè)計(jì)原則為：“安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、實(shí)用?！敝饕商嵘⑼L(fēng)、壓風(fēng)系統(tǒng)及與排矸系統(tǒng)組成。

（1）主要的建、構(gòu)筑物主要包括1#、2#主斜井聯(lián)合井口房，2#副斜井井口房，矸石翻車機(jī)房，連接各建、構(gòu)筑物之間的皮帶輸送機(jī)棧橋等。主、副斜井口房、矸石翻車機(jī)房、轉(zhuǎn)載點(diǎn)等均采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)根據(jù)場地情況采用人工挖孔樁或柱下獨(dú)立基礎(chǔ)；皮帶輸送機(jī)棧橋主要采用鋼桁架、鋼筋混凝土支架的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)棧橋高度的不同基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)。

（2）其它主要包括通風(fēng)機(jī)配電間、壓風(fēng)機(jī)房、瓦斯抽放泵站。壓風(fēng)機(jī)房、瓦斯抽放泵站等采用鋼筋混凝土框架或排架結(jié)構(gòu)，柱下單獨(dú)基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)；其余建筑物和構(gòu)筑物一般均為磚混結(jié)構(gòu)，毛石條形基礎(chǔ)。

（3）皮帶輸送機(jī)棧橋總長157m。說明：彩鋼夾芯板為單層彩色壓型鋼板，所有磚墻外墻厚度均為240mm。

5　建筑改造流程分析

BIM技術(shù)從實(shí)質(zhì)上來說是三維模型技術(shù)的拓展與延伸，在傳統(tǒng)三維模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)專業(yè)在同一平臺(tái)上的協(xié)同設(shè)計(jì)。本案例分析中所使用的BIM技術(shù)為Revit的參數(shù)驅(qū)動(dòng)所提供的設(shè)計(jì)軟件。設(shè)計(jì)的第一步在于查詢分析本建筑原有的結(jié)構(gòu)竣工圖，將圖紙中的相關(guān)內(nèi)容納入Revit軟件當(dāng)中（如圖1所示），然后分別納入第一次以及第二次改造后整體結(jié)構(gòu)的三維模型圖。

除這一內(nèi)容以外，BIM軟件設(shè)計(jì)期間還需要實(shí)現(xiàn)工作集以及可見性方面的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)決定了同一項(xiàng)目除了可以由多人完成以外，還可以實(shí)現(xiàn)改造期間相關(guān)構(gòu)件的分類需求。在Revit中，劃分好工作集后，就可以建立結(jié)構(gòu)構(gòu)件了。在哪個(gè)工作集下工作，建立的結(jié)構(gòu)構(gòu)件就歸到哪個(gè)工作集內(nèi)。然后根據(jù)不同的工作集，設(shè)置好可見性，就可以實(shí)現(xiàn)不同的圖紙表達(dá)和所需的相關(guān)信息。

需要重視的是：在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次改造的過程當(dāng)中，建筑原有結(jié)構(gòu)當(dāng)中的部分構(gòu)件需要被拆除，拆除的方案需要被反映在另一圖紙當(dāng)中并表達(dá)給施工單位。從BIM分析的角度上來說，由于已經(jīng)錄入了全部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息，且已經(jīng)按照工作集做好了分類，因此提取這些構(gòu)件并在圖紙上標(biāo)識(shí)是非常簡單的。在進(jìn)入可拆除階段后，除了需要進(jìn)行部分構(gòu)件的拆除以外，還需要完成對各個(gè)樓層的新建工作，在此期間可以通過設(shè)置二次改造可見性的方式，得到在二次改造前需要完成拆除的內(nèi)容（如圖2所示）。在此基礎(chǔ)之上，利用Revit和輔助軟件的互通功能，可以將建好的模型傳入輔助軟件進(jìn)行當(dāng)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示，原有混凝土柱配筋不足，須進(jìn)行加固。

圖1　既有結(jié)構(gòu)三維模型圖

圖2　二次改造后結(jié)構(gòu)三維模型圖

6　結(jié)束語

綜上所述，BIM技術(shù)對進(jìn)一步提高建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率有著重要意義，并可以幫助建筑企業(yè)在建筑產(chǎn)品生產(chǎn)過程中有效降低設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的成本投入，雖然BIM技術(shù)的各項(xiàng)功能基本可以滿足現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)工作的需求，但是BIM技術(shù)也對設(shè)計(jì)人員的整體素質(zhì)提出了更高要求。BIM技術(shù)的實(shí)施，為建筑企業(yè)進(jìn)行信息化管理、搭造ND信息化平臺(tái)、加快企業(yè)升級轉(zhuǎn)型提供了有力的技術(shù)支撐，對住宅產(chǎn)業(yè)化、城市數(shù)字化的實(shí)施提供了有力的保障，是建筑業(yè)的又一次信息化革命。

[1]龍輝元.BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討與案例[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010（4）：55～56.

[2]池宇翔.BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量，2013（11）：103～ 104.

[3]董濟(jì)豪.探析建筑設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].江西建材，2014（16）：37～ 38.

TU201.4

A

1673-0038（2015）29-0015-02

2015-7-4

李光輝（1962-），男，漢族，北京人，工程師，大專，主要從事工民建設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理方面的工作。