龐潔

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西晉中 032000）

0 引言

對(duì)于建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)而言， 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，其是整個(gè)建筑穩(wěn)定與安全的關(guān)鍵性影響因素[1]。新形勢(shì)下，為能推動(dòng)建筑工程發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜， 對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的要求也日益嚴(yán)格。 引入BIM 技術(shù)開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種趨勢(shì)， 該技術(shù)以信息模型構(gòu)建為基礎(chǔ)，科學(xué)指導(dǎo)各單元設(shè)計(jì)工作，保證設(shè)計(jì)的連續(xù)性、科學(xué)性與系統(tǒng)性。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)是建立虛擬化三維立體模型， 模擬、直觀地呈現(xiàn)建筑工程實(shí)際情況[2]。其采用數(shù)字技術(shù)，助力模型構(gòu)建， 其信息庫中包含了建筑物幾何信息、狀態(tài)信息等，并涉及了非構(gòu)建性對(duì)象的真實(shí)狀態(tài)。 以BIM 技術(shù)構(gòu)建三維立體模型，可集成性處理建筑工程相關(guān)信息，呈現(xiàn)出建筑工程的整個(gè)施工周期[3]。 可在三維立體模型中全面整合各信息，設(shè)計(jì)、施工、 運(yùn)營的單位可利用BIM 開展協(xié)同管理活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高效率工作，獲取最大化的經(jīng)濟(jì)效益。

2 BIM 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 可視化

通常而言，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程方面，大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案會(huì)使用2D 平面設(shè)計(jì)軟件， 可全面呈現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)主體方案情況，然而也有很多特殊部位構(gòu)件的具體內(nèi)容、 空間位置等無法利用2D 平面圖紙實(shí)現(xiàn)清晰完整呈現(xiàn)。 引入BIM 技術(shù)后，在工程設(shè)計(jì)過程中可構(gòu)建3D 立體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型， 在模型中將充分整合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各項(xiàng)參數(shù)與信息，并以空間領(lǐng)域的方式反映出來，確保結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容得到更好的表現(xiàn)。 在建筑整體設(shè)計(jì)中發(fā)揮BIM 技術(shù)的作用，確保了方案達(dá)到直觀、清晰等方面的要求，使后續(xù)施工獲得良好條件，確保施工質(zhì)量和效率都得到大幅度提升。

2.2 協(xié)調(diào)性

在應(yīng)用BIM 技術(shù)時(shí)結(jié)合各項(xiàng)工程參數(shù)， 確保有力調(diào)控相關(guān)作業(yè)流程，提高部門間的協(xié)調(diào)性。將BIM技術(shù)應(yīng)用到工程施工階段， 很多重要程序都可以模擬操作，特別是細(xì)節(jié)部分能采取模擬操作的方式。 在3D 立體數(shù)學(xué)模型生成后，也要制定科學(xué)合理的預(yù)算方案，遇到緊急狀況后也有應(yīng)對(duì)措施，確保后期環(huán)節(jié)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

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

3.1 工程概況

該建筑工程總面積為4 136 m2，且要求耐火等級(jí)為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 同時(shí)，該建筑上層結(jié)構(gòu)八層，下層結(jié)構(gòu)兩層，均為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

3.2 BIM 技術(shù)應(yīng)用流程

一是全面細(xì)致勘察工程現(xiàn)場(chǎng)情況， 充分掌握地質(zhì)、水文等方面的信息數(shù)據(jù)。

二是明確工程施工的各項(xiàng)規(guī)定、分項(xiàng)目標(biāo)，主要涉及建筑使用壽命、 荷載水平以及施工內(nèi)容， 要在BIM 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)上述數(shù)據(jù)。其中，荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值計(jì)算如式（1）所示。

式中：SGik表示根據(jù)第j 個(gè)永久荷載標(biāo)志值Gjk 計(jì)算的荷載效應(yīng)值；SQik表示第i 個(gè)可變荷載標(biāo)志值Qik 計(jì)算的荷載效應(yīng)值；ΨCi表示第i 個(gè)可變荷載Qi的組合系數(shù)；m 表示參與組合的永久荷載數(shù)；n 表示參與組合的永久荷載數(shù)。

三是在項(xiàng)目建設(shè)中充分應(yīng)用BIM 系統(tǒng)，做好分類與統(tǒng)計(jì)等工作，掌握各類構(gòu)件設(shè)計(jì)內(nèi)容、建設(shè)投入以及工藝措施等，讓后續(xù)工程管控有良好條件。 四是借助Revit 軟件構(gòu)建項(xiàng)目三維模型。 將BIM 技術(shù)應(yīng)用到本工程項(xiàng)目中，主要技術(shù)流程如圖1 所示。

圖1 BIM 技術(shù)應(yīng)用流程

3.3 構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型

本項(xiàng)目采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重難點(diǎn)是各構(gòu)件的連接部位，在應(yīng)用BIM 技術(shù)后，先全面細(xì)致分析所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)、一般特性等內(nèi)容，對(duì)所有構(gòu)件進(jìn)行連接設(shè)計(jì)后，執(zhí)行相關(guān)參數(shù)。在BIM 技術(shù)支持下形成項(xiàng)目的三維模型后， 還要不斷調(diào)整不同構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整結(jié)束后需自動(dòng)完成構(gòu)件距離等更新，這樣才能為設(shè)計(jì)精度與效率提供可靠保障。

在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中， 借助BIM 技術(shù)形成三維模型后，在Revit 軟件中生成建筑結(jié)構(gòu)分析模型，全部構(gòu)件連接部位都當(dāng)作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，利用節(jié)點(diǎn)使構(gòu)件之間可自動(dòng)完成連接。對(duì)于模型的構(gòu)建來說，需全面分析建筑工程的結(jié)構(gòu)柱、結(jié)構(gòu)板以及梁等因素，具體方法如下：①確定適合的樣板文件。②與項(xiàng)目BIM 模型完成連接。 ③形成軸網(wǎng)，同時(shí)確定標(biāo)高等數(shù)據(jù)。④以上流程結(jié)束后，創(chuàng)建樣本文件、構(gòu)件族等。⑤科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土柱結(jié)構(gòu)。⑥創(chuàng)建混凝土結(jié)構(gòu)板。 ⑦全方位檢查模型的情況，要及時(shí)優(yōu)化改進(jìn)存在的問題，形成模型后還要重視分析視圖顯示結(jié)果，最終獲得初步的模板圖。

在創(chuàng)建工程結(jié)構(gòu)模型時(shí)，在標(biāo)高相關(guān)數(shù)據(jù)上要達(dá)到科學(xué)性要求。 若調(diào)整一些構(gòu)件，應(yīng)該檢查并調(diào)整標(biāo)高，防止發(fā)生標(biāo)高差的現(xiàn)象。 軟件具備“族”的作用，然而也不能讓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各項(xiàng)規(guī)定都獲得滿足，對(duì)此創(chuàng)建與調(diào)整結(jié)構(gòu)模型時(shí)，若創(chuàng)建異性構(gòu)件，還需創(chuàng)建專門的族文件，其各項(xiàng)數(shù)據(jù)也要有明確的定義。 面對(duì)著日益增多的建筑工程量，族庫儲(chǔ)存的內(nèi)容將越來越多， 當(dāng)初始模型創(chuàng)建結(jié)束后，很多時(shí)候易出現(xiàn)不能將建筑結(jié)構(gòu)全部屬性包含在內(nèi)的情況。 對(duì)此需體現(xiàn)結(jié)構(gòu)面板的功能，結(jié)合設(shè)計(jì)的規(guī)定對(duì)各項(xiàng)屬性、參數(shù)等進(jìn)行明確的定義。

3.4 分析建筑結(jié)構(gòu)

在分析建筑工程結(jié)構(gòu)相關(guān)性能的過程中，引入BIM 技術(shù)后將發(fā)揮出巨大的作用。在對(duì)數(shù)字化模型進(jìn)行創(chuàng)建后， 能保證模型結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。 在應(yīng)用BIM 技術(shù)軟件的過程中，要將參數(shù)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果分析等作用體現(xiàn)出來， 優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，保證獲得更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。 同時(shí)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做好安全防控管理，利用專門的軟件分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，如Revit2016、ETABS2013 等。 應(yīng)用這兩種軟件時(shí)，為數(shù)據(jù)通信的雙向鏈接創(chuàng)造了條件， 在軟件運(yùn)行的期間能夠發(fā)揮出數(shù)據(jù)交互的功能。 完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確計(jì)算后，能對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)的安全性作出最終判斷。 分析建筑結(jié)構(gòu)模型時(shí)，也可發(fā)揮出Revit2016 軟件的作用，確保各項(xiàng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息能自動(dòng)化生成。建筑三維模型內(nèi)包含了多個(gè)方面的構(gòu)件。 要結(jié)合具體定義完成轉(zhuǎn)換，針對(duì)不能轉(zhuǎn)換的構(gòu)件，要采取簡(jiǎn)化處理的措施，最后完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。

3.5 施工圖設(shè)計(jì)

將BIM 技術(shù)應(yīng)用到建筑工程施工圖設(shè)計(jì)中，能獲得所需的三維效果圖。在細(xì)致分析建筑工程結(jié)構(gòu)三維效果圖后， 相比于以往的二維設(shè)計(jì)方案，不僅在直觀性上更具優(yōu)勢(shì)，也為科學(xué)評(píng)估施工圖設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件，并保證施工圖設(shè)計(jì)更高效，降低相關(guān)資金的投入。 不僅如此，BIM 技術(shù)也能提供施工圖設(shè)計(jì)有關(guān)的數(shù)據(jù)，確保一些重要性指標(biāo)設(shè)定更加科學(xué)，防止施工圖在設(shè)計(jì)中發(fā)生偏差。 在施工圖設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)，還可以優(yōu)化鋼筋參數(shù)配置，這需要利用結(jié)構(gòu)軟件評(píng)估其效果。

基于該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，混凝土材料選擇適宜C30，其變系數(shù)為2，墻高為20.10。 對(duì)于柱與梁結(jié)構(gòu)，選擇使用HRB335 帶肋鋼筋，對(duì)于箍筋材料最好選擇HPB 光面鋼筋。在接下來的施工過程中，若需調(diào)整配筋方案，需計(jì)算、對(duì)比與調(diào)整理論配筋、實(shí)際配筋。在繪制施工圖時(shí)，最好創(chuàng)建共享參數(shù)，如此可使用Revit 軟件， 這樣參建各方均能共享數(shù)據(jù)。 這里，文件格式選擇.txt 格式，若需在Excel 中查看文件，最好復(fù)制共享文件，再把.CSV 列為文件后綴，這樣便可進(jìn)行查看。

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

4.1 成本高、系統(tǒng)不完善

當(dāng)前BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，提高了建筑業(yè)發(fā)展的規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化水平。對(duì)建筑企業(yè)來說也增加了資金投入量，配置專門的軟件與協(xié)作平臺(tái)，這增加了很多中小型企業(yè)的負(fù)擔(dān)，特別是軟件購置和維護(hù)成本上。 國內(nèi)的BIM 技術(shù)也發(fā)展起步較晚， 企業(yè)在軟件的應(yīng)用與開發(fā)上明顯不足，很多時(shí)候僅僅利用了其部分基礎(chǔ)功能。

4.2 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的習(xí)慣不一

在建筑領(lǐng)域引入BIM 技術(shù)后可借助專門的設(shè)計(jì)軟件獲得模型， 這些模型基本上為三維視圖，對(duì)模塊參變量、系統(tǒng)參數(shù)等應(yīng)用較多。 為與二維平面設(shè)計(jì)習(xí)慣保持一致，要改變模塊參變量、系統(tǒng)參數(shù)等， 設(shè)計(jì)中若是發(fā)生系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理等現(xiàn)象，將難以避免發(fā)生很多問題。

4.3 特殊結(jié)構(gòu)模塊表達(dá)不理想

在以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用幾何圖形繪制方法，不能獲得柱、梁等構(gòu)件尺寸等數(shù)據(jù)信息，在BIM技術(shù)支持下提取對(duì)模型中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。 利用BIM技術(shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)模型進(jìn)行繪制，需要全面收集并存儲(chǔ)構(gòu)件相關(guān)信息數(shù)據(jù)， 打造成專門的建筑數(shù)據(jù)模型。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也存在很多特殊結(jié)構(gòu)模塊，其三維視圖、剖面視圖等無法獲得較好的施工效果，此時(shí)會(huì)采用原始設(shè)計(jì)方法解決問題。

4.4 對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件性能要求高

應(yīng)用BIM 技術(shù)構(gòu)建的建筑模型往往會(huì)生產(chǎn)較大的文件，在三維圖像方面也要進(jìn)行渲染，一般的計(jì)算機(jī)無法滿足BIM 軟件運(yùn)行要求。 現(xiàn)在的建筑工程不僅復(fù)雜，工程量也更大，對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求變得越來越高。 對(duì)Revit 軟件來說可滿足CPU多核架構(gòu)的計(jì)算機(jī)渲染，不僅達(dá)到了快速處理的要求，也為BIM 模型建立與渲染創(chuàng)造了有利條件。

5 結(jié)語

在建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)中引入BIM 技術(shù)， 可提高設(shè)計(jì)效率與精準(zhǔn)度，工程技術(shù)人員也可綜合分析相關(guān)問題，并升級(jí)、創(chuàng)新與優(yōu)化相關(guān)解決方案。 目前，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 較為普遍，可為建筑行業(yè)創(chuàng)造最大化的經(jīng)濟(jì)效益，并有力促進(jìn)了建筑行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。