關(guān)于BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的研究與實現(xiàn)

　　摘要：我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，越來越多的先進(jìn)技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到應(yīng)用，如在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)應(yīng)用的趨勢是實現(xiàn)實用的應(yīng)用流程，使BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢得以凸顯，這也就要求相應(yīng)的技術(shù)人員能夠找出BIM技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在的結(jié)合點，使BIM技術(shù)能更有效地應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效率的全面提高。另外，一個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣，直接決定了建筑在施工階段及以后使用階段的安全系數(shù)，因此，將BIM技術(shù)引入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，是企業(yè)發(fā)展、建筑安全建設(shè)的重要保障措施。

　　關(guān)鍵詞：BIM;建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;研究;實現(xiàn)

　　1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效率低的主要原因

　　目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常采用結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)來描述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)據(jù)參數(shù)，這也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，而所有設(shè)計工作的開展都需要依靠結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程，從實際出發(fā)，包括方案設(shè)計階段、結(jié)構(gòu)計算階段、施工圖制作階段和碰撞檢驗階段，每一階段都需要四套結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型來支持，這四套模型往往具有一定的獨立性，這也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效率低下的主要原因[1]。

　　2BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程分析

　　隨著BIM技術(shù)的應(yīng)用，參與BIM的人員的專業(yè)分工也發(fā)生了變化。整個設(shè)計單位要有專門的BIM技術(shù)管理部門，其他專業(yè)人員要各司其職，共同完成建筑結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計。就目前BIM的應(yīng)用情況而言，專業(yè)協(xié)同的效率較低，而計算機技術(shù)的發(fā)展又不能滿足協(xié)同設(shè)計的基本要求，無法全面實現(xiàn)BIM技術(shù)的全面應(yīng)用。

　　在當(dāng)前階段下，應(yīng)從現(xiàn)有技術(shù)條件出發(fā)，實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的信息集成，徹底解決設(shè)計中依賴CAD手工繪圖的問題，在充分利用BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，更全面地運用計算機技術(shù)，把BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中[2]。當(dāng)前階段之下，想要將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中。應(yīng)先建立建筑物的結(jié)構(gòu)模型，再對建筑物的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計算，從而確定建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，再生成相應(yīng)的模板圖，在模板圖生成后，對修改過的建筑物模型進(jìn)行自動的更新和計算，從而實現(xiàn)施工圖自動生成，并將建筑物的結(jié)構(gòu)模型發(fā)送到Revit軟件進(jìn)行碰撞檢測。這樣既能滿足當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，又能使BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計流程得到全面實施。

　　3AutoCAD自動成圖技術(shù)

　　從以往建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中產(chǎn)生低效的原因分析，AutoCAD的自動成圖功能是目前提高結(jié)構(gòu)設(shè)計效率的關(guān)鍵，通過AutoCAD自動成圖技術(shù)，可以減少在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所需的人力、物力，提高設(shè)計效率，實現(xiàn)BIM技術(shù)的全面應(yīng)用。目前，許多設(shè)計者仍采用AutoCAD手繪圖紙的形式進(jìn)行圖紙繪制，而要實現(xiàn)AutoCAD的自動成圖，則需要通過設(shè)計軟件的快速成圖技術(shù)，加入聯(lián)機修改功能，從而使AutoCAD自動成圖技術(shù)能夠滿足施工設(shè)計的基本要求。借助BIM技術(shù)，高層建筑結(jié)構(gòu)計算完成后，可以在AutoCAD系統(tǒng)下實現(xiàn)十幾組標(biāo)準(zhǔn)圖層模板和配筋圖的生成。為了使這些圖形的標(biāo)準(zhǔn)與使用要求相一致，需要從以下方面完善自動成圖技術(shù)[3]。

　　3.1建立描述墻柱梁板的通用結(jié)構(gòu)模型

　　應(yīng)用AutoCAD自動成圖技術(shù)，要實現(xiàn)快速自動成圖，就必須建立相應(yīng)的墻柱梁板通用結(jié)構(gòu)模型，有效地解決混凝土結(jié)構(gòu)施工構(gòu)件的數(shù)學(xué)描述問題，從而提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效率。我國自1993年就開始著手建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從實際情況來看，目前的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)能夠在一天之內(nèi)完成一個廠房的設(shè)計，能達(dá)到較好的設(shè)計效果[4]。

　　3.2使規(guī)范要求與設(shè)計方案進(jìn)行有機結(jié)合應(yīng)用自動成圖技術(shù)時，其設(shè)計成果既要能滿足我國現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，又要能體現(xiàn)設(shè)計的智能化和個性化，從而使設(shè)計者的繪圖過程完全模仿。它還要求相應(yīng)的技術(shù)人員能將多名工程師的繪圖思路和操作流程進(jìn)行集成，并輸入到專業(yè)的繪圖系統(tǒng)中，從而使繪圖結(jié)果更能符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體要求。

　　3.3設(shè)計習(xí)慣要具有選擇性因為不同的設(shè)計者有不同的設(shè)計習(xí)慣，所以在AutoCAD的自動成圖技術(shù)中，施工圖的表示應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計習(xí)慣而定，在數(shù)學(xué)模型的建立和描述上要更加完善和開放，能滿足不同設(shè)計院的基本需要。

　　3.4符合手工制圖的習(xí)慣AutoCAD的自動成圖技術(shù)基礎(chǔ)在于手工成圖，而自動成圖技術(shù)的目標(biāo)是獲得相應(yīng)的施工圖，從而減少手工繪圖中存在的諸多問題，提高成圖的效率和質(zhì)量，因此，應(yīng)使手工成圖和自動成圖結(jié)果保持一致，否則，涉及人員的基本需求將難以滿足。AutoCAD自動化制圖技術(shù)中，包含了兩個不同的技術(shù)路線，一個是基本圖元繪圖，另一個是自定義實體繪圖，兩個繪圖技術(shù)路線應(yīng)滿足施工對技術(shù)性和靈活性的要求，使之符合設(shè)計者手工制圖的習(xí)慣。

　　3.5一次性生成所有的構(gòu)件圖樣一次生成所有組件圖樣是保證AutoCAD自動化成圖技術(shù)效率的關(guān)鍵，在相應(yīng)的Dwg文件下，要包括所有標(biāo)準(zhǔn)的組件模板的組件圖形，同時組件圖樣必須符合設(shè)計規(guī)范和要求，以使設(shè)計過程更簡單、更方便，同時還能降低出現(xiàn)設(shè)計錯誤和問題的機會。

　　3.6智能化的字符標(biāo)記

　　利用自動成圖技術(shù)，在AutoCAD中，每個圖元的位置和大小都能被標(biāo)注出來，并考慮到它們之間存在的聯(lián)系，使每個圖元素能智能的移動到不重疊的位置，從而使圖元更直觀、更清晰，可以直接應(yīng)用于設(shè)計方案中。

　　4建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的聯(lián)動修改

　　應(yīng)用BIM技術(shù)后，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要能夠協(xié)同設(shè)計，對模型中的內(nèi)容進(jìn)行修改后，模型中的其他內(nèi)容也會隨之修改，這也要求成圖技術(shù)中引入聯(lián)動修改機制，以提高修改效率。舉例來說，當(dāng)兩個邊緣構(gòu)件合并時，能夠合并構(gòu)件的編號，并將相應(yīng)的信息、參數(shù)和數(shù)據(jù)傳遞給兩個邊緣構(gòu)件，這樣可以使邊緣構(gòu)件合并過程更快，同時減少產(chǎn)生多種錯誤的可能性，提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。并且在BIM下的GSPLOT軟件中，與之相對應(yīng)的部件數(shù)據(jù)信息和人工編輯命令就有50多個，全部包含了聯(lián)機修改功能，可以使圖形修改的效率得到全面提高。

　　5Revit轉(zhuǎn)換接口

　　目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，BIM技術(shù)通常是通過Revit軟件實現(xiàn)的。但直接在建筑結(jié)構(gòu)模型中建立結(jié)構(gòu)模型往往需要耗費大量的人力、物力，因此，在常用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中，可以通過三維分析模塊，快速地將模型轉(zhuǎn)換為Revit軟件，將其歸納總結(jié)，使建筑結(jié)構(gòu)模型的建模效率得到全面提高。一般而言，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，比較常用的構(gòu)件類型都有相應(yīng)的Revit柱類型，這些界面類型都可以自動生成到軟件中，通過轉(zhuǎn)換接口的應(yīng)用，還可以使建筑結(jié)構(gòu)的效率得到有效地提高，模型構(gòu)件的精確度更高，誤差和缺陷的問題更少，是目前比較有效的應(yīng)用BIM技術(shù)的方式。

　　6在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用BIM技術(shù)

　　6.1運用BIM進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)建模

　　傳統(tǒng)的CAD建模方法，在建筑工程設(shè)計過程中，只能對建筑物進(jìn)行簡單的二維造型，在需要三維造型的階段，設(shè)計者往往是用泡沫、紙殼等實體材料進(jìn)行造型，而且后續(xù)的結(jié)構(gòu)修改、參數(shù)修改都要以此為基礎(chǔ)，因此，有工作量大，設(shè)計工作復(fù)雜的問題。同時，當(dāng)BIM技術(shù)被引入到建筑設(shè)計領(lǐng)域之后，突破了傳統(tǒng)建模方法的限制，可以將建筑作為一個三維實體模型，并展示出所設(shè)計建筑的所有結(jié)構(gòu)的真實信息，也能有效地突出各部分結(jié)構(gòu)與整體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系[5]。將BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，不僅能實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的可視化，而且能快速有效地發(fā)現(xiàn)所展示的設(shè)計模型中的缺陷。以我國西部某中心體育場為例，體育城外形結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用了花瓣狀的設(shè)計思想，體現(xiàn)了典雅、高端的大氣，但由于體育場主體花瓣狀結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的CAD建模和實體材料建模，難度很大，且與結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)有關(guān)的修正也比較復(fù)雜。

　　將基于BIM技術(shù)的軟件引入CCDI設(shè)計工作中，對體育場工程主體部分進(jìn)行了三維建模，同時將專業(yè)結(jié)構(gòu)所建模型與主體結(jié)構(gòu)模型相融合，有效地對結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)造、數(shù)據(jù)修正，成功地消除結(jié)構(gòu)中的各種隱患，避免設(shè)計返工現(xiàn)象。設(shè)計人員往往只有設(shè)計專業(yè)的相關(guān)知識，沒有現(xiàn)場施工的經(jīng)驗，因而會出現(xiàn)在設(shè)計階段忽視施工的具體難易程度，導(dǎo)致設(shè)計方案的施工難度很大，而且建設(shè)方無法按圖紙要求完成施工。對此，利用BIM技術(shù)可以直觀地展示設(shè)計方案的優(yōu)點，讓建設(shè)方也參與到設(shè)計工作中來，這樣，在體育場的設(shè)計過程中就能充分考慮到實際施工的難度，有效地提高設(shè)計方案的可實施性。

　　6.2運用BIM進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建模

　　鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑模型設(shè)計中最復(fù)雜的工作之一，在加強件布置及連接鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，涉及到多個相關(guān)專業(yè)，同時工作量也很大，設(shè)計者在設(shè)計時很容易出現(xiàn)錯誤問題。對于這一問題，可以采用BIM技術(shù)對鋼結(jié)構(gòu)中的梁高進(jìn)行計算，并專門設(shè)計出連接件。對于鋼結(jié)構(gòu)連接件，BIM技術(shù)能夠以鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)為基礎(chǔ)，有效地處理連接件，并通過參數(shù)數(shù)據(jù)有效地控制連接件的間距和數(shù)量，在此過程中，只需由設(shè)計人員對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，就可以設(shè)計出新的連接件。同時，為了保證鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工過程的準(zhǔn)確性，設(shè)計者可以采用BIM技術(shù)繪制強化件樣圖，以判斷強化件在工程中的具體位置。

　　6.3運用BIM進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)性能分析

　　跨專業(yè)交叉應(yīng)用，是當(dāng)代建筑設(shè)計領(lǐng)域中大多數(shù)建筑設(shè)計師采用的主要設(shè)計原則，所謂跨專業(yè)交叉應(yīng)用，就是在建筑設(shè)計過程中，將建筑中的一個結(jié)構(gòu)設(shè)計所牽扯到的專業(yè)進(jìn)行集中，通過建立建筑的虛擬模型，使整個建筑中的個體形成相互支持的關(guān)系。采用BIM技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行高效、科學(xué)的分析，其分析過程相對于傳統(tǒng)的性能分析更為方便、準(zhǔn)確，只需將已建立好的BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到性能分析軟件，再用相關(guān)軟件對模型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，即可確定該建筑模型設(shè)計的牢固性、舒適性、穩(wěn)定性是否符合設(shè)計規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，同時對設(shè)計結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行快速解決，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計得到良好的優(yōu)化，從而提高建筑設(shè)計的質(zhì)量。

　　7結(jié)束語

　　總而言之，伴隨著國內(nèi)科技水平的持續(xù)提高，也進(jìn)一步推動了建筑工程領(lǐng)域的全面發(fā)展，尤其是隨著人民生活水平的不斷提高，對建筑工程質(zhì)量也提出了更高的要求。因此，相關(guān)規(guī)劃工作者必須進(jìn)一步加強BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃中的應(yīng)用，以進(jìn)一步提升建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)劃品質(zhì)，全面推動國內(nèi)建筑工程領(lǐng)域的良性發(fā)展。 BIM技術(shù)在建筑工程行業(yè)的全面應(yīng)用，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域引發(fā)了一場全面的技術(shù)變革，在BIM技術(shù)的應(yīng)用之下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也擺脫了過去二維的制圖形勢，走入了三維設(shè)計的全新時代。

　　建筑工程論文范例： 建筑工程中高層建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

　　然而我國BIM技術(shù)的研究起步較晚，計算機技術(shù)也無法滿足BIM技術(shù)全面應(yīng)用的具體需求，這也就要求了相應(yīng)的人員能夠?qū)υO(shè)計的過程進(jìn)行全面的優(yōu)化，從而使BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計流程更具有操作性和便捷性，提升BIM技術(shù)的應(yīng)用效力。從當(dāng)前來看，AutoCAD自動成圖技術(shù)和Revit轉(zhuǎn)換接口技術(shù)比較符合BIM技術(shù)應(yīng)用的基本要求，而本文也對這兩種技術(shù)進(jìn)行了深入的論述，希望能對BIM技術(shù)的全面推廣起到一定的積極作用。

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　　作者：舒鵬

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