李旭升

（廣東新長(zhǎng)安建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 汕頭 515000）

1 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，很多先進(jìn)的工藝技術(shù)被廣泛運(yùn)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，其中就包括BIM技術(shù)。該技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)層面的運(yùn)用可以顯著提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，通過(guò)構(gòu)建三維虛擬模型的方式，便于設(shè)計(jì)人員開(kāi)展后續(xù)的分析和決策。不僅如此，基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體自動(dòng)化水平比較高，可以顯著降低人工勞動(dòng)力，同時(shí)避免人員設(shè)計(jì)存在的失誤情況，從而確保房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量效果[1]。

2 建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展十分迅速，很多建筑施工建設(shè)開(kāi)始朝著高層及超高層方向發(fā)展。為了確保高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，在實(shí)際進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要合理運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法和手段，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與成本管理二者的協(xié)調(diào)發(fā)展，在確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的基礎(chǔ)上最大限度地降低成本投入。

相關(guān)調(diào)查研究顯示，近幾年我國(guó)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，使得成本投入可以降低15%左右，這對(duì)于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提升是極為有利的。雖然設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的運(yùn)用可以達(dá)到降低成本的效果，但是在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中卻受到多方面因素的影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)運(yùn)用難度較大，例如，部分企業(yè)在實(shí)際開(kāi)展房屋建設(shè)以及設(shè)計(jì)中，為了有效縮短建筑施工周期，盲目重視施工進(jìn)度管理，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中即便是發(fā)現(xiàn)了不規(guī)范、不合理的問(wèn)題，也不采取相關(guān)的處理措施，在這種情況下繼續(xù)施工建設(shè)，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)也容易埋下安全隱患。不僅如此，很多設(shè)計(jì)人員由于專業(yè)素質(zhì)有待提升，加之缺乏相關(guān)的設(shè)計(jì)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際當(dāng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 BIM技術(shù)的特點(diǎn)

通常而言，將BIM技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及維護(hù)等管理水平高效提升，達(dá)到促進(jìn)企業(yè)快速發(fā)展的實(shí)質(zhì)性目的。具體而言，該項(xiàng)技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面所表現(xiàn)出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)如下。

第一，可視化。在以往的建筑結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的繪制一般都是通過(guò)CAD等二維技術(shù)工藝實(shí)現(xiàn)。其中，建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)大都根據(jù)工作人員長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)以及腦力判斷。在特殊復(fù)雜的工程建設(shè)當(dāng)中，單純依靠腦力和經(jīng)驗(yàn)顯然無(wú)法達(dá)到理想的效果，給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成巨大的阻礙。而B(niǎo)IM技術(shù)憑借可視化功能優(yōu)勢(shì)，可以將建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)以一種直觀立體的方式呈現(xiàn)給作業(yè)人員，給后續(xù)施工決策提供科學(xué)合理的指導(dǎo)，同時(shí)也大幅提升了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量水平。

第二，協(xié)調(diào)性。眾所周知，在建筑施工建設(shè)過(guò)程中尤其是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及諸多專業(yè)，各個(gè)專業(yè)配置相應(yīng)的部門開(kāi)展施工作業(yè)。實(shí)際施工當(dāng)中，如果各個(gè)部門之間協(xié)調(diào)和溝通不到位，那么不僅會(huì)導(dǎo)致施工進(jìn)度和效率受到影響，同時(shí)也會(huì)大幅降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工質(zhì)量水平，不利于結(jié)構(gòu)安全性和可靠性的提升，同時(shí)產(chǎn)生的碰撞問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)返工和變更問(wèn)題。而B(niǎo)IM技術(shù)的運(yùn)用可以有效彌補(bǔ)這一缺陷，其在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中可以協(xié)調(diào)各部門及專業(yè)實(shí)施針對(duì)性的設(shè)計(jì)，一方面降低碰撞問(wèn)題出現(xiàn)概率，另一方面也可有效提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

第三，模擬性。借助BIM技術(shù)可以模擬建筑結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)的日照、節(jié)能以及熱傳導(dǎo)等情況，便于制訂相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案。

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

4.1 鋼筋表達(dá)

鋼筋表達(dá)實(shí)際上就是指將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所使用的鋼筋水泥混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)BIM技術(shù)以三維立體化的形式呈現(xiàn)出來(lái)，如此一來(lái)，設(shè)計(jì)人員可以更加直觀地獲取鋼筋外形尺寸以及位置等參數(shù)，提升設(shè)計(jì)整體水平。同時(shí)，還可以結(jié)合工程實(shí)際科學(xué)合理地計(jì)算出鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)用量，避免出現(xiàn)材料的過(guò)度浪費(fèi)。

就目前而言，基于BIM技術(shù)下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋表達(dá)主要包括兩種形式，即實(shí)體詳圖表達(dá)和平法注釋表達(dá)。其中，前者可以實(shí)現(xiàn)三維立體形式的表達(dá)，一方面可以明確鋼筋結(jié)構(gòu)的所處位置以及外形尺寸等參數(shù)信息，另一方面對(duì)于一些建筑結(jié)構(gòu)施工當(dāng)中隱蔽性比較強(qiáng)的鋼筋參數(shù)信息，也可以結(jié)合該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行分析和明確。但是需要注意的是，該表現(xiàn)形式對(duì)于硬件條件的限制比較大，使用過(guò)程中還不可避免會(huì)占用較多的空間，相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作量顯著提升；而平法注釋表達(dá)的原理在于對(duì)建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)鋼筋部件進(jìn)行參數(shù)賦值，讓所賦值的參數(shù)信息與構(gòu)件相同，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)調(diào)取和互換操作，最終達(dá)到合理表達(dá)鋼筋結(jié)構(gòu)參數(shù)的效果[2]。相對(duì)比前者來(lái)說(shuō)，后者最大的優(yōu)勢(shì)在于可以從一張圖像中獲取多個(gè)鋼筋參數(shù)信息數(shù)據(jù)，但是缺陷在于表現(xiàn)形式比較單一，對(duì)于平面圖像的限制比較大。在實(shí)際當(dāng)中需要結(jié)合工程設(shè)計(jì)情況，對(duì)兩種表達(dá)方式進(jìn)行合理選擇。

4.2 實(shí)體模型的可視化

BIM技術(shù)在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中可以充分結(jié)合工程實(shí)際而建立3D模型，將建筑復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過(guò)立體化的3D模型呈現(xiàn)出來(lái)，讓設(shè)計(jì)人員可以更加直觀立體地觀察各部分結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，包括空間相對(duì)位置、各部件情況等，便于設(shè)計(jì)人員從多角度、多層面進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)合觀測(cè)結(jié)果做出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案調(diào)整，最終達(dá)到提升工程品質(zhì)的實(shí)質(zhì)性目的。就目前而言，BIM技術(shù)的可視化功能優(yōu)勢(shì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)揮出顯著的功能優(yōu)勢(shì)，但是行業(yè)中該技術(shù)的應(yīng)用深度卻存在顯著差異，具體如圖1所示。

圖1 BIM應(yīng)用深度分布

由圖1可知，建筑設(shè)計(jì)行業(yè)中17%的企業(yè)尚元BIM推進(jìn)計(jì)劃，基本開(kāi)始實(shí)施該項(xiàng)理念的企業(yè)占比為23%，對(duì)BIM技術(shù)實(shí)施廣泛推廣和運(yùn)用的企業(yè)占比56%，并且推廣過(guò)程中基本實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；囼?yàn)，而還有少數(shù)企業(yè)在實(shí)際當(dāng)中雖然對(duì)該技術(shù)有所運(yùn)用，但是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣，占比為1%～3%[3]。

4.3 碰撞檢查

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查，目的在于防止后續(xù)因?yàn)榕鲎捕a(chǎn)生返工和變更問(wèn)題。在實(shí)際進(jìn)行碰撞檢查中，可以結(jié)合BIM技術(shù)構(gòu)建實(shí)際的3D模型，對(duì)前期設(shè)計(jì)階段進(jìn)行碰撞因素模擬，結(jié)合該模型可以直觀立體地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)空間設(shè)計(jì)中是否存在相互干撫以及碰撞問(wèn)題，然后以此為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化和改良，最終消除前期設(shè)計(jì)中存在的碰撞問(wèn)題。在完成碰撞檢查和優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，工作人員可以直接利用這一設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工交底和工程模擬，以達(dá)到提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工質(zhì)量水平目的。

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

5.1 工程概況

某區(qū)域棚戶區(qū)改造項(xiàng)目中，結(jié)合BIM技術(shù)的應(yīng)用組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 BIM技術(shù)組織架構(gòu)

5.2 構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型

在該建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于整體建筑以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，設(shè)計(jì)工作的要點(diǎn)在于提升連接部位的強(qiáng)度。在對(duì)結(jié)構(gòu)連接部位進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化中，可以充分結(jié)合BIM技術(shù)的功能優(yōu)勢(shì)，推理和測(cè)算出各個(gè)連接射線之間的可靠性程度，以便于進(jìn)行合理有效的連接，提升結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。不僅如此，在實(shí)際開(kāi)展設(shè)計(jì)工作中使用BIM技術(shù)，還可以構(gòu)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)模型科學(xué)準(zhǔn)確地分析建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各項(xiàng)參數(shù)和指標(biāo)，然后結(jié)合實(shí)際的強(qiáng)度要求對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，同時(shí)對(duì)于相關(guān)部件還可以進(jìn)一步完善，讓整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量得到進(jìn)一步的提升。在本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首先利用BIM技術(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)的幾何模型，其中主要還運(yùn)用到Revit軟件，結(jié)合該軟件的強(qiáng)大功能，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行合理化分析，包括建筑結(jié)構(gòu)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)位置，都需要確保連接設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。與此同時(shí)，在進(jìn)行模型構(gòu)建中，需要充分分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、梁體、板體等要素，并且還需要做好以下幾方面工作：第一，結(jié)合該工程實(shí)際選擇合適的樣本[4]，然后結(jié)合BIM模型進(jìn)行可靠性連接；第二，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行軸網(wǎng)建立，同時(shí)精準(zhǔn)定位標(biāo)高；第三，科學(xué)合理地設(shè)置建筑結(jié)構(gòu)中的混凝土梁與混凝土柱，并且結(jié)合BIM模型進(jìn)行全面檢查，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要第一時(shí)間反饋和處理，防止隱患的進(jìn)一步擴(kuò)大；第四，對(duì)于一些特殊的結(jié)構(gòu)形式，在實(shí)際進(jìn)行測(cè)算過(guò)程中難度較大，所以只需要將構(gòu)建的荷載信息與分析模型進(jìn)行融合即可，無(wú)須進(jìn)行測(cè)算同樣可以達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果。

5.3 結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計(jì)

對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，需要圖紙有效展示出建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及內(nèi)部各方面要素信息，但是基于CAD技術(shù)設(shè)計(jì)的圖紙屬于二維信息，無(wú)法清晰展示出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的詳細(xì)情況，所以在本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中難以發(fā)揮出實(shí)質(zhì)性的效果。而將BIM技術(shù)運(yùn)用到本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以構(gòu)建三維立體模型。

相對(duì)比二維信息模型，三維立體模型更加直觀，可以清晰地展現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置以及其他的參數(shù)信息，設(shè)計(jì)人員通過(guò)直觀分析，可以有效明確結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件存在的問(wèn)題和弊端，然后及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，全面提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。不僅如此，在三維模型構(gòu)建完成后，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員還可以結(jié)合模型對(duì)建筑結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行調(diào)整，合理計(jì)算出建筑物體量，達(dá)到可視化設(shè)計(jì)的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM作為一項(xiàng)新型的技術(shù)工藝，同時(shí)也是信息化時(shí)代的主流產(chǎn)物，將其運(yùn)用到建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可以憑借其功能特點(diǎn)，顯著提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)構(gòu)建三維實(shí)體模型，可以有效將建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況進(jìn)行展現(xiàn)，便于設(shè)計(jì)人員更好地開(kāi)展后續(xù)工作，同時(shí)降低了人工設(shè)計(jì)層面存在的缺陷和較高的任務(wù)量，對(duì)于促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展意義重大。