文／陳朗道 金斯嘉 浙江省工業(yè)設(shè)計研究院有限公司 浙江杭州 310000

引言：

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所面臨的作業(yè)流程相對復(fù)雜，部分建筑現(xiàn)場所面臨的不穩(wěn)定因素較多，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計期間易出現(xiàn)缺漏問題，易引發(fā)后續(xù)設(shè)計變更問題。近些年來，為全面增強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，設(shè)計單位將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作當中。與傳統(tǒng)技術(shù)手段不同，BIM技術(shù)所具備的模擬化、可視化以及參數(shù)化功能可以消除傳統(tǒng)設(shè)計方式存在的信息共享效率不高等短板問題。最重要的是，基于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作可以提前識別施工風(fēng)險問題并加以應(yīng)對處理，有效減少施工風(fēng)險問題，保障建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工質(zhì)量安全。

1、BIM技術(shù)內(nèi)容及優(yōu)勢分析

BIM主要針對建筑信息模型而言，技術(shù)應(yīng)用過程中主要以建筑工程項目各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)為核心基礎(chǔ)，以數(shù)字信息仿真模擬以及相關(guān)技術(shù)為實現(xiàn)條件，通過科學(xué)構(gòu)建建筑模型，確保建筑物所具有的真實信息可以仿真模擬出來。與傳統(tǒng)CAD技術(shù)不同的是，BIM可以對建筑工程各個階段進行模擬分析以及完整表達，提前識別現(xiàn)場施工作業(yè)可能出現(xiàn)的風(fēng)險問題，采取切實可行的技術(shù)手段以及方法措施，全面調(diào)整與優(yōu)化設(shè)計方案，減少現(xiàn)場設(shè)計變更問題。結(jié)合實際應(yīng)用情況來看，BIM技術(shù)所表現(xiàn)出的優(yōu)勢特點主要如下。

1.1 可視化

可視化基本上可以視為BIM技術(shù)的重要特點體現(xiàn)。其中，所謂的可視化可以理解為所見所得的一種技術(shù)形式。對于建筑行業(yè)而言，實現(xiàn)可視化操作管理可進一步對建筑工程項目全過程流程進行梳理優(yōu)化，提前識別風(fēng)險，保障工程項目建設(shè)質(zhì)量安全。結(jié)合以往的管理經(jīng)驗來看，傳統(tǒng)建筑工程項目管理工作更加依賴于人工管理。在管理過程中，容易受到管理人員資質(zhì)能力以及專業(yè)素養(yǎng)的影響，可能會出現(xiàn)管理效率不高或者風(fēng)險問題。

通過依托于BIM技術(shù)的可視化管理功能，可將傳統(tǒng)二維平面設(shè)計轉(zhuǎn)化為三維立體實物圖形，讓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員以及施工人員可以在三維模型上對建筑各工序以及設(shè)計要點內(nèi)容進行可視化表達?？梢哉f，基于BIM技術(shù)的可視化功能可以滿足同構(gòu)件之間的互動性與反饋性可視要求。最重要的是，可視化反饋結(jié)果除了可以生成效果圖以及報表內(nèi)容之外，還可以在項目設(shè)計以及建造運營中發(fā)揮良好的功能作用，如建筑工程項目全周期都可以在可視化狀態(tài)下進行。

1.2 協(xié)同性

協(xié)同性作為BIM技術(shù)的重要特征表現(xiàn)，區(qū)別于普通的技術(shù)手段，BIM技術(shù)所具備的協(xié)同性特征可協(xié)調(diào)各類施工問題，并提出解決方法，保障建筑工程項目建設(shè)質(zhì)量安全。最重要的是，BIM技術(shù)所具備的協(xié)同性功能可以加強各參建部門之間的互動聯(lián)系。如各參建部門可以在BIM建筑模型中對各工種所涉及到的技術(shù)流程以及風(fēng)險問題進行提前掌握，并采取科學(xué)合理的措施手段提前規(guī)避風(fēng)險并加強應(yīng)對。

在前期規(guī)劃設(shè)計過程中，專業(yè)設(shè)計師可通過利用BIM技術(shù)所具備的協(xié)同性功能特征，對建筑工程項目施工作業(yè)流程所涉及到的專業(yè)矛盾問題以及碰撞問題進行提前把握。以暖通專業(yè)管道布置優(yōu)化為例，可利用BIM技術(shù)的協(xié)同性特征提前識別暖通專業(yè)管道布置期間可能遇到的風(fēng)險問題，如識別當前結(jié)構(gòu)位置是否存在梁等構(gòu)件的碰撞問題。除了可以解決各專業(yè)間的碰撞問題之外，BIM技術(shù)的協(xié)同功能還可以加強各專業(yè)設(shè)計之間的協(xié)調(diào)性與關(guān)聯(lián)性，如保障地下排水布置與其他設(shè)置布置協(xié)調(diào)等。

1.3 模擬性

BIM所具備的模擬性特征基本可以實現(xiàn)對建筑工程項目全周期運作流程的模擬分析，管理人員可根據(jù)模擬分析反饋結(jié)果，對建筑工程項目各階段流程所涉及到的重難點問題以及風(fēng)險管控問題進行重點強調(diào)與科學(xué)部署。在前期規(guī)劃設(shè)計階段，設(shè)計人員可利用BIM技術(shù)對重點設(shè)計內(nèi)容進行模擬實驗。如可以通過開展節(jié)能模擬以及緊急疏散模擬等，對設(shè)計關(guān)鍵點問題進行重點把握。

在招投標以及施工階段，可通過利用4D模擬技術(shù)手段對當前施工方案所存在的不足之處進行及時改進。在具體實現(xiàn)過程中，需要利用施工組織設(shè)計對實際施工情況進行模擬分析，根據(jù)分析結(jié)果，適當改進施工方案以及管理內(nèi)容。在此過程中，也可以通過利用5D模擬技術(shù)完成對工程項目造價成本的控制管理。除此之外，在后期運營階段，可通過利用BIM技術(shù)的模擬化功能對日常緊急情況處理方案以及具體流程進行動態(tài)模擬分析。如可重點針對消防人員疏散模擬問題進行動態(tài)模擬與分析。

1.4 優(yōu)化性

從客觀角度上來講，建筑工程項目全周期階段基本上可以理解為一個不斷優(yōu)化、不斷改進的過程。其中，通過合理運用BIM技術(shù)可以達到更好的優(yōu)化效果。舉例而言，BIM模型可以為相關(guān)人員提供建筑物幾何信息、物理信息以及規(guī)則信息等重要參數(shù)信息。在具體拓展應(yīng)用過程中，相關(guān)人員可利用BIM及其配套的優(yōu)化工具完成對復(fù)雜項目流程的優(yōu)化調(diào)整。同時，基于BIM技術(shù)的優(yōu)化功能可初步完成下述工作內(nèi)容：

（1）完成項目方案優(yōu)化工作。在具體優(yōu)化改進過程中，相關(guān)人員可利用BIM技術(shù)的優(yōu)化功能，結(jié)合項目設(shè)計與投資回報分析內(nèi)容。其中，相關(guān)人員可結(jié)合重要參數(shù)信息對設(shè)計變化所產(chǎn)生的影響內(nèi)容進行實時計算，尤其是對于投資回報的影響。這樣一來，業(yè)主可以更加明確設(shè)計方案是否可行，并通過多方對比與研究，選擇更符合實際情況的項目設(shè)計方案。

（2）完成特殊項目設(shè)計優(yōu)化工作。近些年來，隨著高層建筑以及超高層建筑的深入發(fā)展，異型設(shè)計屢見不鮮，像某些裙樓、幕墻等均可以看到異型設(shè)計內(nèi)容。與常規(guī)建筑相比而言，異型設(shè)計所表現(xiàn)出的施工難度以及施工問題更多。如果單純利用傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，則難以達到預(yù)期效果，建議設(shè)計人員可通過利用BIM技術(shù)的優(yōu)化性功能，對施工方案以及設(shè)計方案進行全方位優(yōu)化調(diào)整，保障最終設(shè)計效果達到預(yù)期。

1.5 可出圖性

BIM所具備的可出圖性特征并不是傳統(tǒng)意義上理解的建筑設(shè)計圖紙或者某些構(gòu)件加工圖紙。而是通過利用BIM技術(shù)所具備的功能優(yōu)勢實現(xiàn)可視化展示以及協(xié)調(diào)模擬過程，保障建筑設(shè)計圖紙更具真實性、動態(tài)化特征。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，基于BIM技術(shù)的可出圖性特征可以幫助業(yè)主出如下圖紙內(nèi)容：

（1）綜合管線圖。利用BIM技術(shù)的碰撞檢查以及設(shè)計修改等功能可對最初綜合管線圖所存在的錯誤問題進行有效消除，減少現(xiàn)場可能出現(xiàn)的設(shè)計變更問題。

（2）綜合結(jié)構(gòu)留洞圖，也就是預(yù)埋套管圖。

（3）碰撞檢查偵查報告以及相關(guān)建議改進方案。

與常規(guī)出圖方式不同，傳統(tǒng)以人工繪制為主的出圖方式所表現(xiàn)出的錯誤性以及風(fēng)險性特征明顯。而通過基于BIM技術(shù)的可出圖性特征可通過融合各項參數(shù)數(shù)據(jù)，繪制出安全可靠的施工圖，進一步為后續(xù)施工作業(yè)提供安全保障。

2、BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用可行性分析

2.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計重難點問題分析

建筑工程項目建設(shè)期間容易受到人為操作因素、管理因素以及氣候因素等條件影響，導(dǎo)致現(xiàn)場施工作業(yè)期間出現(xiàn)風(fēng)險隱患問題。再加上現(xiàn)場施工工序流程較多，如果協(xié)調(diào)不當，就很容易出現(xiàn)專業(yè)施工矛盾、安全隱患等風(fēng)險問題。其中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑工程項目建設(shè)的難點問題，因其所表現(xiàn)出的協(xié)調(diào)性以及專業(yè)性特點相對明顯，要求設(shè)計人員必須主動結(jié)合建筑工程項目特點以及設(shè)計要求，對設(shè)計圖紙進行合理調(diào)整與優(yōu)化。

在前期設(shè)計階段，設(shè)計人員必須加強對隱蔽問題的妥善處理，尤其要重點加強機電專業(yè)設(shè)備以及管線碰撞問題的嚴格把控，以防止各專業(yè)在后期運行使用過程中出現(xiàn)風(fēng)險問題。結(jié)合上述內(nèi)容不難看出，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所表現(xiàn)出的復(fù)雜性、專業(yè)性特點比較明顯。強調(diào)設(shè)計人員必須依托于建筑工程建設(shè)要求以及特點，做好協(xié)調(diào)設(shè)計工作，保障現(xiàn)場施工質(zhì)量安全。

2.2 應(yīng)用可行性分析

2.2.1 突破并解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息化難題

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計比較依賴于人工完成數(shù)據(jù)采集以及圖紙設(shè)計等一系列工作內(nèi)容。在這一過程中，所表現(xiàn)出的效率性以及精確性明顯不高。再加上相關(guān)因素的干擾影響，導(dǎo)致設(shè)計人員難以預(yù)測施工作業(yè)期間可能出現(xiàn)的風(fēng)險問題，甚至?xí)霈F(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷以及材料資源利用效率不高的問題。而BIM的推廣應(yīng)用無疑是顛覆了傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計局面，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可通過利用BIM技術(shù)的可視化以及虛擬化等特征優(yōu)勢，對設(shè)計圖紙進行三維化設(shè)計分析。如此可直接增強結(jié)構(gòu)設(shè)計完整化程度以及可視化程度，可有效規(guī)避傳統(tǒng)以人工為主設(shè)計理念存在的弊端問題。

2.2.2 增強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效能

傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加側(cè)重于強調(diào)以圖紙數(shù)據(jù)為設(shè)計標準，在對工程內(nèi)部缺陷以及施工過程能耗分析方面存在落實不到位的問題。因數(shù)據(jù)獲取有限，導(dǎo)致設(shè)計人員難以對建筑結(jié)構(gòu)碰撞承載力極限值進行科學(xué)計算。而一旦缺乏上述數(shù)據(jù)的支撐，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案所表現(xiàn)出的安全性以及效率性將會明顯降低，容易對后續(xù)現(xiàn)場施工作業(yè)實施過程構(gòu)成安全威脅。而通過高效應(yīng)用BIM技術(shù)基本上可以實現(xiàn)對各專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)的共建共享，并保障不同領(lǐng)域人員可以利用BIM技術(shù)的協(xié)同性特征優(yōu)勢，加強對各專業(yè)流程運作特點以及風(fēng)險問題的識別管控。對于設(shè)計錯誤或者矛盾問題，應(yīng)進行及時調(diào)整，以保障工程項目順利開展。

2.2.3 實現(xiàn)科學(xué)高效施工管理過程

依托于BIM技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可通過利用虛擬化以及可視化管理優(yōu)勢，對施工作業(yè)期間建筑結(jié)構(gòu)情況進行模擬分析，根據(jù)分析反饋結(jié)果對可能出現(xiàn)的問題進行提前識別，并通過預(yù)演以及計算等一系列操作方法對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行健全優(yōu)化。除此之外，BIM技術(shù)可通過利用計算機模擬以及三維模型分析等功能優(yōu)勢，對施工作業(yè)期間所涉及到的各類資源進行優(yōu)化配置與高效利用，保障建筑結(jié)構(gòu)施工作業(yè)水平得以全面增強。

3、BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用實踐及策略方法

3.1 輔助設(shè)計

在輔助設(shè)計期間，設(shè)計人員可利用BIM技術(shù)的模擬化以及可視化功能優(yōu)勢，對建筑結(jié)構(gòu)方案協(xié)同設(shè)計內(nèi)容進行全過程梳理與優(yōu)化調(diào)整。在此過程中，設(shè)計人員可利用BIM模型構(gòu)建特點完成對建筑本體的真實展現(xiàn)。同時，可利用3D立體模型實現(xiàn)對建筑物外觀以及框架結(jié)構(gòu)的真實分析。根據(jù)分析數(shù)據(jù)結(jié)果，對當前建筑物外觀以及框架結(jié)構(gòu)所存在的不足之處進行及時調(diào)整。關(guān)于建筑物建設(shè)環(huán)境以及施工方案的部署優(yōu)化問題，設(shè)計人員也可以利用BIM模型完成輔助設(shè)計操作。

在具體設(shè)計過程中，可根據(jù)BIM模型所反饋的數(shù)據(jù)信息以及模擬流程結(jié)果，對各施工工序以及操作節(jié)點、重難點問題進行科學(xué)把握。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計人員可對預(yù)先選定好的施工計劃進行模擬分析與綜合對比。經(jīng)流程模擬以及可視化管理之后，選擇最優(yōu)的方案進行施工建設(shè)。除此之外，設(shè)計人員也可以利用數(shù)字模型對具體參數(shù)進行調(diào)節(jié)優(yōu)化，確保參數(shù)數(shù)據(jù)可以控制在標準范圍之內(nèi)，避免后續(xù)施工出現(xiàn)設(shè)計變更問題。

BIM技術(shù)的輔助功能也體現(xiàn)在圖紙結(jié)構(gòu)修改過程中，由于建筑工程施工環(huán)境較為復(fù)雜，設(shè)計方案會出現(xiàn)參數(shù)及細節(jié)變動問題。傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作有修改一小部分內(nèi)容的情況，也需要在其他關(guān)聯(lián)地方修改環(huán)節(jié)投入大量的時間與精力，導(dǎo)致設(shè)計效率及質(zhì)量不能得到基本保障。借助BIM技術(shù)的輔助功能，自動更改相應(yīng)參數(shù)，切實提升了初試修改工作效率，節(jié)約工程設(shè)計時間。

借助BIM技術(shù)構(gòu)建起的建筑結(jié)構(gòu)三維模型，也可以從根本上提升圖紙修正效率，其他圖紙信息可在BIM系統(tǒng)的輔助下自動修正，使修正后的設(shè)計圖紙質(zhì)量及精準度更高。設(shè)計人員可以對圖紙內(nèi)涉及到的數(shù)據(jù)及信息進行細致分析，確保設(shè)計方案科學(xué)合理，切實滿足建筑工程后續(xù)施工及運行要求。

BIM系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)共享功能也可以輔助設(shè)計工作高效開展。如在建筑物內(nèi)螺栓數(shù)量與間距設(shè)計過程中，通過調(diào)節(jié)設(shè)置參數(shù)，可形成新的連接件。加強件及連接件的設(shè)計人員只需要繪制大樣，技術(shù)人員對相應(yīng)位置進行參考，就可以找到精準的構(gòu)件設(shè)置位置。

3.2 可視化設(shè)計

可視化功能基本上可以視為BIM技術(shù)的重要功能體現(xiàn)，應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作當中可實現(xiàn)對三維立體模式的構(gòu)建與傳達。與此同時，BIM技術(shù)可以主動與VR技術(shù)進行融合應(yīng)用，讓設(shè)計人員可以在三維立體模型中觀看管線設(shè)計情況以及管線碰撞情況，根據(jù)實際情況對當前施工建設(shè)方案進行適當調(diào)整與優(yōu)化。最重要的是，通過依托于BIM技術(shù)的可視化功能可以保障建筑工程項目整體建設(shè)流程都處于可視化狀態(tài)，除了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之外，還可以體現(xiàn)在施工建造以及運營管理等環(huán)節(jié)當中，能夠有效增強施工透明度。

以建筑給排水結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，可視化技術(shù)可以在消防泵房以及給水泵房中體現(xiàn)出良好的應(yīng)用優(yōu)勢。在具體應(yīng)用過程中，設(shè)計人員可利用可視化功能對未知區(qū)域管線布設(shè)情況進行可視化分析，根據(jù)分析反饋結(jié)果，對管線布設(shè)所存在的重難點問題進行提前掌握。并按照精細化布設(shè)原則，有效控制泵房層高，減少風(fēng)險隱患問題出現(xiàn)。除此之外，設(shè)計人員也可以利用可視化技術(shù)功能對給排水施工階段作業(yè)流程中的難點問題進行提前識別，通過布置科學(xué)合理的應(yīng)對方案，保障現(xiàn)場施工質(zhì)量安全。

3.3 碰撞檢測

實現(xiàn)碰撞檢測基本上可以視為BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計中的重要應(yīng)用表現(xiàn)。與傳統(tǒng)2D圖紙設(shè)計明顯不同，設(shè)計人員可通過依靠BIM模型對施工環(huán)節(jié)所隱藏的安全問題以及隱患問題進行重點識別。通過及時查找碰撞問題存在的不足，利用科學(xué)合理的方式手段加以排除。與此同時，設(shè)計人員可利用BIM模型的可視化特點對重要施工位置如工藝管線以及管道安裝等，提前開展碰撞檢測。根據(jù)檢測結(jié)果對當前所存在的缺陷問題進行完善處理，盡量將誤差控制在合理范圍內(nèi)。在管線結(jié)構(gòu)完善方面，設(shè)計人員可采取碰撞以及調(diào)節(jié)等技術(shù)方法，對當前管線結(jié)構(gòu)模型的可操作性進行深度研究與分析，盡量減少模型與實際存在的誤差問題。

為確保結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑專業(yè)方案匹配程度可以達到預(yù)期效果，設(shè)計人員也可以利用碰撞檢測功能進行檢測分析。在開展碰撞檢測工作期間，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合設(shè)計方案內(nèi)容，加強對機電專業(yè)設(shè)備以及管線布置沖突問題的關(guān)注程度。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，如果設(shè)計人員要在Revit環(huán)境下實行碰撞檢測工作，就必須利用Navisworks軟件作為應(yīng)用支持。在具體實現(xiàn)過程中，技術(shù)人員需要提前構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型機電模型。并將相對應(yīng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件當中，在軟件當中完成碰撞檢測操作。操作完成之后會自動生成檢測報告，根據(jù)檢測結(jié)果，對機電專業(yè)設(shè)備以及管線布置沖突問題進行詳細了解。

3.4 參數(shù)化設(shè)計

基于BIM技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計功能對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中所涉及到的要素內(nèi)容進行深度研究與分析。在具體分析過程中，可通過運用函數(shù)以及各類算法對全部設(shè)計要素所涉及到的參數(shù)數(shù)據(jù)進行整合應(yīng)用，并生成相應(yīng)模型。結(jié)合當前應(yīng)用情況來看，可通過運用Revit參數(shù)化建模插件方式選取節(jié)點，并利用可視化編程方式完成對操作模型各節(jié)點參數(shù)的控制管理。同時，也可以運用Dynamo軟件，實現(xiàn)對管道穿梁以及墻體開洞過程的控制管理，尤其要重點加強對開洞尺寸的嚴格控制。除此之外，在參數(shù)化設(shè)計過程中，還可通過運用RevitAPI二次開發(fā)功能，對管網(wǎng)損失情況進行重點研究與分析。根據(jù)分析結(jié)果合理布設(shè)管徑，保障管材利用效率得以全面增強。

結(jié)語：

總而言之，以BIM技術(shù)為核心健全優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系已經(jīng)發(fā)展成為當前建筑設(shè)計行業(yè)予以重點關(guān)注的問題。針對于此，在今后的發(fā)展過程中，建筑設(shè)計行業(yè)內(nèi)部人員應(yīng)加強對BIM技術(shù)以及相關(guān)軟件的深度開發(fā)與利用強度，保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平以及管理決策效果得以深化加強。與此同時，建筑設(shè)計人員應(yīng)該主動立足于建筑智慧建造目標要求，對當前BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所存在的短板問題進行及時補齊。并主動結(jié)合BIM技術(shù)的前沿發(fā)展趨勢，積極將最新技術(shù)以及理論方法應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當中。相信在建筑設(shè)計行業(yè)人員的不斷努力下，BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中所發(fā)揮的功能作用將會越來越強。