汉嘉设计集团股份有限公司 310005
摘要:为实现建筑业信息化,加快发展现代建筑产业新体系,国家将BIM 应用推广列入“十三五”规划纲要。特别是在大型建筑、绿色建筑和环保项目的得到了广泛的应用。结合工作实践及实例,探讨BIM 技术在建筑结构设计中的应用及实践,为BIM 技术在建筑设计中拓展应用做有益的铺垫。
关键词:建筑结构;BIM 技术应用;协同设计;三维模型
为贯彻落实国家推进BIM 技术推广应用的方针政策,建筑行业各个单位都在积极开展BIM 研究和推广应用,随之BIM 技术应用成为建设、勘察、设计、施工企业和科研单位研究和实践的热点。建立以BIM 应用为载体的建筑结构设计体系,有利于提升建筑结构设计水平、缩短结构安装时间和降低结构投资成本。而将BIM 技术的应用引入在建筑工程结构设计过程中,
可加强建设人员之间的协作,以建造出经济合理、安全高效的建筑。
1 BIM技术概述
建筑信息模型(BIM)作为一种应用于工程设计建造管理的数据化工具,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息,在建筑项目策划、运行和维护中实现信息的共享和传递,
使设计人员能够高效应对各种建筑信息,提高设计工作效率,节约投资成本,缩短建设工期。
而BIM 技术应用在结构设计方面,主要是将建筑结构设计的信息构建三维模型,从中查找设计缺漏和专业间冲突、优化和完善结构设计,在造价控制和施工模拟中检验校核设计,提高建筑工程设计质量和水平,降低设计中存在的风险。
2 BIM技术的应用现状
2.1 国外应用现状
2003 年,BIM 技术首次应用于美国,美国第一次颁发了BIM 使用指南,斯坦福大学深入研究了BIM 技术在建筑项目中应用,并总结出了BIM 技术在工程项目中的应用优势。
目前,BIM 技术在国外得到了广泛的应用,且成为国际企业承接项目的重要条件。在国外,工程技术人员抛弃了传统的设计、施工、管理模式,广泛引进了BIM 技术,应用于建筑生命周期内不同阶段。
2.2 国内应用现状
在国内,BIM 技术在香港地区建筑行业中得到了广泛的应用,直至目前,香港大部分建筑企业均采用了BIM 技术进行建模,取得了一定的成效。在我国,BIM 技术得到了大力推广,其应用范围不断扩大,不仅适用于示范性和地标性建筑物,且适用于各个领域。近年来,BIM 技术在建筑结构设计中的应用,具有明显的优势。下面就BIM 技术在建筑结构设计中的应用进行阐述。
3 BIM技术在建筑结构设计中的应用
3.1 BIM建模应用
3.1.1 基于IFC标准的BIM模型构建
针对BIM 结构模型要涉及计算、作图、工程量及造价分析等多种软件的问题,利用IFC(Industry Foundation Classes)标准格式是较好的解决途径。在BIM 结构模型中,用IFC 标准格式定义最小结构单元的几何尺寸、材料属性和组织形式,建立模型的材料族库。以砖墙来说,先建立砖块基于IFC 标准的模型,包括砖块的几何尺寸、力学性能和物理性能、空心还是实心等信息构建,再利用材料关联实体来实现墙体和墙体材料的关联。
3.1.2 BIM结构模型的构建
在应用BIM 技术建立材料族库后,利用材料模型关联和组建建筑结构构件模型,如结构的梁、板、柱和楼梯。如在建筑墙体结构构件设计中,应做好建筑实体的定义,再通过集合关联实体,体现出建筑各个实体和楼层的联系,再通过空间结构关联实体,较为直观地显示出墙体实体和楼层实体的联系。
3.1.3 关联性结构模型的构建
在建筑结构设计过程中,应充分考虑到结构各构件间的联系。利用BIM 技术实现建筑模型的建立,可直观地分辨建筑的关联性,一般分为对称性关联和非对称性关联两种。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中,非对称性关联是指两个建筑之间存在主要和次要关系,在修改实体时,主实体的本质将不会发生改变。就墙体和洞口的关联性而言,洞口主要存在于墙体上,若将墙体删除掉,洞口也会被删除,而删除洞口时,墙体仍然存在。
3.2 具体应用
3.2.1 建筑结构方案设计
在建筑结构设计中,可利用BIM 模型进行建筑预估投资和建造成本分析,以便在工程建设初期,决策人员对设计方案作出合理的决策,避免后期出现返工,减少不必要的投资浪费。如某公共建筑,总建筑面积为3 000 m2,在平、立面结构绘制完毕后,在工程造价进行概算中发现,造价超出预算,故对设计方案进行优化,局部调整采用轻钢结构并缩减部分空间和面积,完善设计方案。
3.2.2 结构可视化设计
在建筑结构设计过程中,通过BIM 技术中的三维技术,可展示建筑结构及相关构件的立体效果。另外,利用BIM 技术建立的实体模型,用户可根据需要从不同的角度观察到建筑构件的大小,方位和所用材料等。在建筑结构可视化设计过程中,通过BIM 技术可使得设计师能够精确地查看整个建筑的布局及细节,以便能迅速查找出建筑建设中的缺陷,如楼梯是否碰头、梁尺寸是否影响建筑净空、梁柱是否与水电管线发生碰撞等。可见,BIM 技术在建筑结构可视化设计中的应用,不仅能提升结构设计工作效率和质量,且可减少结构设计上的误差。
3.2.3 主体结构受力复核
随着建筑结构越来越复杂化,故对建筑结构设计技术提出更高的要求。尤其是主体结构受力复核方面。如某高层综合大楼,为了将两栋塔楼连成一个整体,在塔楼之间采用高区、中区和低区3 道连体。其中,高区连体一共有4 层,最高处与地面之间的距离为170 m,中区连体5 层,最高处与地面之间的距离为120 m,经综合考虑,为降低3 道连体的施工难度,决定采用利用BIM技术进行3 道连体起吊过程进行模拟。首先,在起吊过程模拟时,先对高区连体部分下2 层进行模拟,再采用塔式起重机对上2 层安装进行协助。在中区连体部分模拟时,在地面进行拼接,拼接完成后再起吊。待设计方案确定以后,再利用BIM 模型对各起吊点荷载进行统计,并将统计结果提交设计院,为主体结构受力的复核提供一定的参考依据。
3.2.4 建筑场地分析
建筑结构设计的合理性直接影响到建筑结构的安全性和稳定性。因此,为做好建筑结构设计工作,提升建筑结构的设计质量,确保建筑结构的可靠性,需重视建筑工程场地周围的环境及地质条件。而通过使用BIM 建筑系统中的地理信息系统,能对建筑工程的场地进行模拟,并利用BIM 技术建立建筑模型,实现建筑场地的全面分析,且可选择最优的建设地点,以方便建筑结构施工。
3.2.5 建筑结构性能分析
在建筑结构设计时,要合理布置结构格局,且要提升结构抗震性能。在开展建筑结构性能分析时,有些设计师仍缺乏一些分析意识,且这项工作将会投入大量的人力、物力等。而BIM 技术在结构设计分析中的应用,可实现建筑结构性能的数据进行自动分析,并能及时发现建筑结构设计中存在的缺陷,以便做出正确的调整,不断优化建筑结构的设计方案。
3.2.6 建筑结构的协同设计
在BIM 建筑模型中,可实现建筑结构数据信息的自动更新,在确保建筑结构质量的前提下,保证建筑结构模型数据的真实性,并能对结构作出合理的统计,在建筑结构统计时,
应注意以下几点:
(1)在建筑结构模型制作时,需要依靠过渡文件来完成;
(2)确保建筑结构数据的合理性,加强与各个专业之间的协调,且通过结构数据的处理,确保建筑结构设计的协调性。
4 结束语
综上所述,本文探讨了BIM 技术在建筑结构设计中的应用,此技术的应用改变了二维结构设计模式,转向为三维结构设计模式,抛弃了几何图型的表现方法,全面采用信息模型来表现,对于不同专业,可采用建筑结构的协同设计方式来完成项目。目前来说,大部分设计单位在建筑结构设计过程中引入了BIM 技术,大幅提高建筑结构设计水平,不断优化结构,降低建设成本。BIM 技术在建筑领域将会得到推广,具有较为广阔的应用前景。
参考文献
[1]周佳燚,冷现伟.BIM 技术在建筑结构设计中的应用探讨[J].工程技术:全文版,2016(11):271.
[2]主宝皆,马树然.论剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用研究[J].门窗,2014(1):152.
[3]林嵩.基于性能的设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用研究[J].房地产导刊,2014(35):98–103.
[4]高萍.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用研究[J].城市建设理论研究:电子版,
论文作者:胡欣
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/7
标签:建筑论文; 结构设计论文; 建筑结构论文; 技术论文; 模型论文; 结构论文; 实体论文; 《建筑学研究前沿》2018年第24期论文;