基于BIM技术的建筑结构施工图的协同设计研究

黄展华

（滁州职业技术学院 安徽·滁州 239000）

近几年来，由于我国经济发展需要，建筑行业得到了高速发展，并已经成为拉动我国经济的支柱产业。人类活动的日益频繁给环境带来的破坏，使自然灾害的发生频率大大提高。地震、台风、洪涝等灾害频繁发生，特别是地震的发生，会使土体从固体状态转变为液体状态，进而使土体发生液化，给建筑物的结构带来极大危害，这不仅会给国家带来重大经济损失，也给人们的生命财产安全带来极大威胁。为此，采取措施来预防或消除土体液化给建筑物带来的不利影响是十分必要的。科学技术的发展，使依附于计算机技术的BIM技术在建筑工程领域中得到了广泛的应用，通过BIM技术的应用能够实现对建筑结构的协同化设计，进而提高建筑物结构设计的科学性。本文通过对BIM技术在建筑结构施工图协同设计中的应用进行分析，以此防范和消除土体液化给建筑结构造成的危害。

一、土体液化对建筑结构的影响分析

（一）造成土体液化的影响因素

所谓土体液化是指土体从原有的固体状态转变为液体状态时发生的现象，在土体液化后，会使土体的抗剪强度降至零，土体中的水压骤然上升，这时土体是处于失重状态的，就像水一样流动，从而危害土体之上的建筑。造成土体液化的原因有很多，如打桩作业、机器振动、地震灾害、爆破作业等都可能造成土体振动而产生液化现象，其中地震是造成土体液化的主要原因。土体液化的影响因素主要包括土体性质、土体初始应力状态、震动强度及持续时间、地下水位深浅等。

（二）土体液化的危害

土体液化对建筑结构的危害非常大，当土体发生液化时，会使土体中的粉土或饱和砂土趋于密实，进而使土体中的水压力骤然增加，这种骤然增加的压力会使土体的有效应力降低甚至趋近于零，当土体有效应力降为零时，此时的土体中砂粒是处于全部或局部县浮状态的，这时的土体抗剪强度已经完全消失，而土体中的建筑结构便会因土体抗剪强度的消失而发生应力失衡，建筑物的柱体、梁、墙体会在应力的作用下发生扭曲、倾斜、倒塌等问题，进而使原有的建筑结构受力特点彻底发生改变，甚至会因受力的不平衡而使建筑物坍塌。

二、建筑结构施工图协同设计中BIM技术的应用优势及难点分析

要想消除或减轻土体液压给建筑结构带来的危害，就必须对建筑结构进行科学的设计，而建筑结构施工图更是实现建筑结构科学设计的指导依据。因此，必须要确保建筑结构施工图的科学性与合理性，BIM技术的诞生，为建筑结构施工图的协同化设计创造了条件，以下便对BIM技术在建筑结构施工图协同设计中的应用优势及难点进行分析。

（一）应用优势分析

长期以来，人们在对建筑结构施工图进行设计时，主要是通过二维设计方法的应用，采用PKPM等软件对建筑结构进行分析计算，然后运用CAD软件对施工图进行绘制，这种传统的建筑结构施工图设计方法不仅需要大量的数据的反复输入来对分析模型进行构建，耗时耗力不说，数据的准确性、一致性也无法保证，在软件应用时，也极易发生设计不协调等问题，这无疑会给建筑工程的质量带来不利影响。而BIM技术的产生，则为上述问题的解决提供了思路，通过BIM技术在建筑结构施工图设计中的应用，能够使建筑项目的所有生产部门同时参与到同一个建筑模型设计工作当中去，使建筑结构能够在统一的技术平台中进行设计，此外，利用BIM技术来对模型进行构建，不需要工作人员进行大量数据的反复输入，在建筑物模型构建过程中就同时包含已经生成的大量设计信息与参数，设计人员只需要对这些设计信息与参数进行相应的调整与修改，就能完成建筑物的整体设计，实现建筑结构的参数化设计。最后，BIM技术在构建建筑模型时，其所具备的数据自动更新功能，能够实现建筑物整体关联数据的实时更新，从而大幅度提高了设计效率，有效解决了结构图设计工作中的信息偏差、遗漏等问题。

（二）应用难点分析

当前，建筑结构施工图协同设计中，BIM技术的应用仍旧存在一定难点，这主要体现在三个方面，其一，BIM技术需要通过3D工具软件的运用来实现建筑结构中所有设计参数的整合，这样才能构建出建筑物的建筑模型，正是由于这一特点，也使其和传统的2D软件有很大差别，这需要设计人员不仅要具备2D设计基础，还要熟练使用3D工具软件，这样才能使BIM技术的作用得到最大限度的发挥，而这便使建筑结构的协同设计难度增加。其二，在建筑结构的构造设计中，有时需要应用到特殊结构构件，如果不能确保构件设计的合理性，便会对3D建筑模型的某些细节造成严重影响。其三，在应用BIM技术时，设计人员主要是对3D建筑模型向2D平面图的转化问题、结构分析软件的认可问题及安全性问题进行关注。但由于BIM技术所构建的3D建筑模型是采用的数据库模式，从理论上分析，BIM技术能够实现结构分析模型和物理模型之间的双向链接，但在实际应用过程中却受到支座条件、荷载组合等问题的影响而造成双向链接机制的作用无法得到充分发挥，并且，如果仅采用常规的标准构件是很难使达到理想效果的，而采用特殊或较为复杂的构件，又会导致数据在导入到BIM软件结构中造成遗失，最后，目前所存在的构建分析软件中，缺少和BIM物理模型结构构件相互匹配的单元力学模型，这也使BIM技术的双向链接机制受到了很大限制。

三、基于BIM技术的建筑结构施工图的协同设计研究

（一）基于BIM技术的建筑结构施工图协同设计策略

为了确保BIM技术能够对建筑结构施工图进行科学设计，使建筑工程的施工质量得到保证，设计人员应对BIM技术在应用过程中的难点进行分析与优化，以此实现建筑结构施工图的协同化设计。首先，在项目样板创建中，应确保项目样板创建的合理性，以此提高设计效率，使设计内容得到相应简化，同时按照建筑工程的设计要求，结合建筑工程的施工特点与实际情况来重新设置软件，应确保视图结构清晰合理，这样能够更方便的对视图进行管理，并对视图结构中的各项参数及视图属性进行重新设置，在工程浏览器中显示，对于暂时用不到的内容应将其隐藏。其次，应确保BIM软件能够对常用构件与异型构件进行创新，应根据建筑工程的实际设计要求来对结构构件进行选择，并对项目的实施施工情况进行结合，将选择的结构构件加载到项目样板当中，以此减少文件字节的生成，使系统的运行效率得到提升。对于BIM技术难以应用又无法替代的异型构件，应加强BIM技术的开发与研究，使BIM技术的各项功能得到全面提升，使建筑结构的设计变得更加合理。最后，应结合碰撞分析结果来对建筑项目的结构设计方案进行相应的调整。同时，为了使建筑项目的所有专业模型能够实现高效整合，应采用Revit中的项目文件来对这些专业模型进行连接，同时，Revit还能够对这些模型进行碰撞检查，并根据建筑物的真实尺寸对以往设计图纸中隐藏的诸多问题进行清晰显现，进而极大程度的提高了建筑工程设计的精确度，避免了设计过程中产生的图纸不匹配问题。因此，在应用BIM技术对建筑结构施工图进行协同设计时，应通过Revit的应用进行碰撞检查，并根据碰撞检查结果来对设计方案进行调整与修改，以此实现建筑结构施工图的高效协同设计。

（二）基于BIM技术的土体液化问题解决策略

在利用BIM技术对土体液化问题进行解决前，应对造成土体液化问题的相关影响因素进行明确，从上文中可以了解到，土体液化问题的产生和土体性质、土体初始应力状态、震动特性及地下水位有关，对于土体性质来说，应区分出易发生土体液化的土质与不易发生土体液化的土质，如果桩基的土体为松软土、粉质黏土、黏土或是中等密度的饱和砂土，这类土质的含砂量在70%至80%以内，且砂料较为松散，易发生液化，因此应尽量选择压密的黏性土、干砂或饱和密实砂等相对密实度较大而又不易于发生液化的土质。对于土体初始应力状态来说，土体的初始液化时所需的剪应力是与初始上覆压力成正比的，应尽量加大土体的上覆压力。对于地下水位来说，水位在地下的深度越深，土体越不易发生液化，因此在进行建筑结构施工图设计时应对勘察报告进行详细分析，确定土体下部的地下水位，如果地下水位过高，应采取相应的降水措施。而BIM技术的应用不仅能够对建筑物的土体参数进行设置，还能通过相应的计算分析软件计算出建筑物土体的液化临界点，并根据实际液化判别结果进行相应的调整，同时，设计人员还可以利用BIM技术对建筑模型进行调整，改善建筑物的抗震性能，以此消除或减轻震动特性给建筑结构带来的不利影响。

结语

综上所述，要想消除或减轻土体液化给建筑物结构带来的影响，就必须实现建筑结构施工图的协同设计，而在建筑结构施工图协同设计中，BIM无疑是一项非常重要的工具。通过BIM技术的应用，以施工图作为实施依据来提高建筑物的抗震性能，并通过人工加密、盖重、桩基、围封等措施的应用来消除土体液化现象，这样才能保证建筑物的安全使用。

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