BIM 技术在建筑结构设计中的运用研究*

丁 聪

(内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 呼和浩特 010010)

结构设计贯穿了建筑工程的全生命周期,配合BIM 技术能够实现立体化以及协同化,找出结构设计中的不足,避免出现与设计方案不符的问题。在以往的建筑结构设计过程当中,结构基本依靠CAD 软件进行二维化设计,存在的隐患问题难以直接发现,通过BIM 技术进行设计、检测与绘制,能够开展协同设计、碰撞检测,有效保证建筑工程的整体质量,避免后续工程与实际出现偏差。

1 BIM 技术在建筑结构设计中的概述

1.1 BIM 技术

BIM 是建筑信息模型的简称,是当前世界广泛认可的数据化工具,其能够贯穿于建筑全寿命周期,使用三维模型数据库进行信息共享与传递,进而更好的实现工作的协同。当前我国建筑工程行业已开始广泛应用BIM 技术开展工作,有效减轻设计人员劳动强度,完善方案设计、结构设计、施工绘制等方面,各个阶段相互独立而又能协调配合,承载建筑结构的各类复杂属性,据此创建三维空间模型,采用自动化灰土方式进行标注,避免因偏差而对后续施工造成不良影响。

在BIM 技术应用中,可以综合管理学、经济学知识进行预测,以此确保给结构处理的效果,使后续的管控能够得到进一步的提高,降低各类隐患问题的概率。

1.2 结构设计

建筑工程结构设计要根据施工的地区的地质勘测报告进行确认,配合相应的结构形式做好抗震防裂、建筑防火等方面工作,随后组合系数标准值确定施工参数。在设计时应遵循相关准则,考虑全过程控制方面,分析建筑物整体的美观性、合理性和安全性,并结合实际进行相应优化,确保能够符合实际需求。结构设计管理中要从标准规范入手执行工作,避免出现管控不当出现结构缺陷问题,从而不断提高项目建设的整体质量。结构设计也是决定后续投入使用寿命的基础保障之一,需要在保证住宅建筑质量和结构安全的基础上开展结构设计优化,从而大幅度提升施工中原材料利用率,提升建筑的使用性能,满足人们的实际需求[1]。

2 建筑结构设计的分析

现代建筑结构类型多种多样,为此需要详细了解和分析,避免因此而影响着建筑的施工质量和使用安全,具体包括以下几个方面:

2.1 建筑主要结构

建筑就结构体系而言一般分为混凝土结构体系、钢结构体系以及框架剪力墙体系,不同结构之间有着明显的差异。如混凝土结构体系,建筑物的墙、柱、梁等由钢筋混凝土制成的,是主要承重的结构,其抗震性、耐火性、耐久性以及抗腐蚀性都较强,以柱、梁为基本框架,空间设计较为灵活,适合于建造20层以下的中低层建筑;框架剪力墙融合了框架结构与剪力墙结构的优势,空间设计可根据实际情况进行调整和优化,能够有效避免单一结构的缺点。

2.2 建筑设计划分

由于建筑的作用有所不同,如综合建筑、高层住宅、商用办公楼、写字公寓等,要求功能也各不相同,因此在设计中需要注重设计划分,保证项目的质量。

2.2.1 上部结构

上部结构设计是建筑结构设计的主要内容,要求在实际设计中对结构材料进行明确,依照自身经验初步确定结构中各个构件的截面尺寸,并在此基础上详细分析荷载作用下的结构内力,最终得到合理的参数。

2.2.2 基础结构

基础结构设计要求设计人员结合地质勘察报告,并详细计算出上部结构的荷载效应,确定建筑基础形式。为了保证建筑结构自身的稳定性和安全性,还需要对建筑基础底面积、承载能力、基础内力、配筋进行计算。

2.2.3 结构施工优化

结构设计的作用在于为建筑本体提供支撑,根据当前项目需求进行选择,在建筑结构设计的过程当中,BIM 能够以数字的形式展现各类信息,集成包含建筑使用材料、性质、空间等多种信息,将过程当中的信息进行数字化与模型化,使相关人员能够更方便的进行资料的调阅。建筑设计中的各类图形与信息参数都可以借助BIM 技术进行呈现,按《建筑测量规范》(JGJ8-2016)规定执行,按照国家现行建筑结构施工质量验收规范、规程完工[2]。

3 BIM 技术在建筑结构设计中的分析

3.1 BIM 技术的特点

3.1.1 可视性BIM 技术的可视化特性,可以增加高层建筑给排水工程建设的互动性和反馈性,通过建立一个数据共享模型完善勘察、设计、施工,在建筑工程施工过程中应用清晰展示各类信息,不断提高管理效率和水平。BIM 技术能够做到“所见便是所得”,表现物体的真实感,便于管理人员了解施工进度和施工情况,需要对其执行方面加大关注力度,从而保证管理工作能够贯穿于项目全过程。

3.1.2 协调性

与传统的CAD 技术相比,BIM 技术可以动态化形式展示三维模型,各个部门还可将工程相关数据输入软件中,把不同专业的工种录入其中,各个专业的施工人员可以加强沟通与交流,为建设提供有利条件。同时,建筑设计单位、施工单位需要进行优化,促进各个部门之间的交流与合作,为各方参与设计提供技术支撑,清楚的了解施工重点以及与注意事项,有效避免建设难以同步的问题。

3.1.3 预见性

在建筑工程结构设计中合理应用BIM 技术,可以对结构设计各项参数进行调整,提升建筑结构设计效率,实现项目信息精准地定位,有助于工作人员对施工重点和难点进行全面掌握。利用模拟功能,可以对影响项目设计的各个方面因数进行分析,以三维的形式制作建筑中所需使用的各部分构件,以参数化形式驱动各部分实时调整,提高工程项目建设的安全性和稳定性[3]。

3.2 BIM 技术的优势

在建筑工程施工管理中应用BIM 技术,能够预测施工中可能因结构而出现的问题,并列出有效的应对方案做到提前预防,采取有效措施来解决问题,该技术能够将设计图纸转化为可视化的三维立体效果图,应用BIM 技术能够及时发现施工中存在的问题,制止各类安全隐患,以免造成不必要的经济损失。在建筑施工结构设计中应用BIM 技术,可以精细的控制每一步所需的时间和空间,充分利用虚拟技术,有效预估后续结构设计调整的具体方向,保证执行的效果。

4 BIM 技术在建筑结构设计中的作用

4.1 提高建设水平

在结构设计管理过程中,需要不断提高控制的意识,积极应用BIM 技术实施目标成本管理的方法,在执行中预先制定相关机制,认识到管控工作开展的重要性,为此可以大量开展调研工作,提高管理的整体水平,使得结构加固能够突出自身功能性。同时,BIM 技术应用中还需要与建设方进行有效的沟通,制定出优化方案,保证每一个环节工作完成后,及时将成本进度控制在标准限度内[4]。

4.2 增强执行能力

在BIM 技术下,结构设计管理中可以结合自身的实际情况制定相应机制,利用现代化手段对此进行综合性评估,在编制过程中保证与实际项目内容与需求一致,树立统一的项目施工方向,预算文件由各个部门共同参与讨论,随后进行上报工作,严格落实上级下达的意见,必要时深入到工程现场获取最新的数据与信息,进而将结构设计工作的全面加强,避免建设中出现偏差问题。

5 BIM 技术在建筑结构设计中的运用策略

5.1 建立技术融合制度

现如今我国多数地区的设计制度已经非常完整,大部分工程的BIM 系统已经建设完毕,使得各种设计审批手续更加简单。工程建设单位与各施工单位要统一方向,通过BIM 实现共享以此与各代理单位共同审核,并结合项目需求不断加强施工监控及跟踪检查,避免实际建设出现不达标的情况。在施工建设中可以用3D-BIM 参数化信息模型对方案和重工序进行模拟,根据工程数量统计做好合理的工程设计,利用Mi-cro Station 模块判断技术应用的合理性,保证了设计和施工各项信息的有效性,切实保证工程项目最终能够顺利完工。

5.2 建设过程动态监控

BIM 以通过甄别保留有效数据,提高后续建设工作的效率,在此基础上保证结构设计方案的合理性,如采用“搭积木”的方式快速建设参数模型,实现全专业整合与碰撞检查。建筑结构需要借助现代化手段,将BIM 模型结合搭建施工作业的4D 模型,提前模拟与处理施工关键阶段,充分体现了现代化信息技术应用的优势,虚拟情景让相关工作人员切身体验施工中的安全风险情境。为确保工程施工质量在可控范围内,在安全风险应急演练中也充分利用BIM 技术和VR 技术融合,借助视频监控技术监督现场作业,如出现不符合规定的情况立即叫停整改。

5.3 工程结构图纸绘制

建筑结构图纸绘制应用BIM 技术,可创建建筑工程三维模型,为后续设计提供大量数据资料,在可视化条件下提升立体感和层次感,在三维模型中进行相应的调整,通过优化细节设计,使各项细节能够符合预期要求,避免在后续施工中出现各类风险。在Revit环境中,对于结构模型以及机电模型等,可导入至Navisworks软件中,然后开展各类主体模型的自由检测,最后根据检测结果绘制检测报告,发现建筑结构设计所存在的冲突,对建筑工程结构设计方案进行优化调整,切实保证工程能够按照既定标准顺利实施后续建设工作。

5.4 建筑结构内力计算

在建筑结构设计中,针对框架结构需要进行内力计算,将各区格按双向板考虑,计算范围内的其余荷载通过纵梁以集中荷载的形式传给框架柱,要求杆端弯矩以绕杆件顺时针方向旋转为正。如为剪力墙结构,则在设计中需要考虑水平和垂直下的钢筋设计中结合计算的有关数据选择适宜的钢筋,使结构在不同方向上的受力均匀,通过BIM+建造管理平台在窗口中进行信息的浏览和管理,可以将模型中工序、要求等提前录入,通过手机APP进行现场数据采集,融合物联网、大数据、5G 通信等,最后在管理平台内处理数据,使设计实现深度优化。

6 结语

在工程项目建设中,结构设计是十分重要的内容,为此需要合理应用BIM 技术,对不同专业设计方案进行检测分析,提升建筑工程结构设计效率,为实际施工提供指导。加强对BIM 技术的研究与运用,才能更好的保证建筑结构的设计准确性,为后续建筑工程行业的发展奠定坚实基础。