BIM技术在结构设计中的应用研究

来源:用户上传      作者: 汪建康

　　【摘要】本文主要阐述了什么是BIM、BIM的技术特点分析以及在结构设计中的应用研究，以供各位参考。
　　【关键词】BIM，结构设计，应用
　　一、前言
　　BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是指开放性的工业标准下设施的物理和功能特点。在欧美发达国家BIM已经逐渐普及，我国也纷纷成立了BIM研究小组。在科学的建模、管线设计、结构设计方面都有良好的应用。
　　二、BIM的技术特点分析
　　建筑信息模型作为一种利用数字模型进行设计、施工、管理的工作过程或方法，其具有如下特点：
　　1.信息集成。主要体现在设计信息集成化和设计过程集成化。建筑信息模型是整个建筑工程单一的、数字化的信息模型，所有专业的设计信息都往这一个模型里添加。因此，信息模型是信息集成的实体。在此基础上各个专业设计人员都可以参与工作的协同设计平台，进而实现设计过程的集成化。建筑信息模型的核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，涵盖了建筑结构空间关系、构件尺寸等几何信息，建筑材料、各种建筑构件的性质及数量等物理信息，以及构件连接方式、荷载、边界条件等结构分析信息。建筑师、工程师和物业管理单位提取建筑内的信息十分方便，这种设计方法突破了传统CAD方法，因此BIM技术被称之为设计产业的第二次革命。
　　2.工作可传递性。建筑信息模型应用程序的一个基本特性是，在工程数据之间创建实时的、一致性的关联。设计师无须自己处理图纸或更新链接。当修改了某项内容时，BIM系统会立即将修改反映到所有受影响的图元。另外，同一模型可以用于不同用途的分析，比如BIM模型可用于结构分析和施工模拟等。工程师无需为进行不同分析而建立多个模型，大大提高设计效率。
　　3.支持协同设计。作为一种全新的设计平台，BIM系统可以为设计、施工、业主、经营者之间建立沟通的桥梁，提供处理工程项目所需要的即时相关信息。基于三维模型的碰撞检测功能可以根据各专业不同的设计原则，BIM系统能够实现自动检测构件对象间的相互影响。大大提高设计团队中建筑师与结构工程师、设备工程师之间的沟通效率，从而缩短设计周期，提高设计质量
　　四、BIM技术在结构设计中的应用研究
　　1.结构工程师目前主流的设计方式是利用有限元结构分析软件（程序）进行结构建模计算和结构整体空间受力和变形分析，然后另外利用2D绘图工具来绘制传统的2D施工图文档。基于BIM技术的结构设计方式是：工程师将物理模型发送到结构分析软件，分析程序进行分析计算，随后返回设计信息，并动态更新物理模型和施工图文档。BIM技术就结构设计本身而言，其基本理念就是要达到结构计算分析和施工图文档两者相互统一，或者说实现两者间的无缝链接。
　　2.建筑师搭建BIM模型时，关注的是模型空间表达的真实性和外观视觉上的效果，以及物理模型能否自动生成2D施工图文档。与建筑专业相关的计算分析，比如日照分析和建筑能耗分析，对模型数据库的要求也往往仅限于模型的几何外观和空间尺寸，以及材料的物理特性。结构工程师搭建BIM模型时，除了关心物理模型能否自动生成2D施工图文档，同时也关心物理模型能否自动转化为可以被第三方结构分析软件认可的结构分析模型。毕竟结构的安全性分析计算是结构设计的首要环节和重要问题。由于结构分析模型中包括了大量的结构分析所要求的各种信息，如：材料的力学特性、单元截面特性、荷载、荷载组合、支座条件等等。所以结构工程师的BIM模型就会因繁多的参数而异常复杂。
　　3.BIM在结构设计中的可视化研究。建筑信息模型以三维模型为基础，用来表示真实建筑构件。对于传统计算机辅助绘图软件一般采用CAD技术，使用无抽象表达的几何图形来表示构件，难以表达更多的信息。在设计及初步设计阶段，建立三维实体模型，可以快速直观地观察建筑构造，推敲建筑体量，剖析功能布局等。在大型、复杂的结构体系设计过程中运用可视化技术，可对结构模型进行漫游动态演示，考察结构选型的建筑适配性及构件尺度在建筑空间中的表现效果，并以此来选择结构的最优方案。
　　4.BIM在结构参数化设计中的研究。在整个结构信息模型中，模型和全套设计文档存储在同一个数据库中，所有内容都是参数化的、相互关联的。作为BIM最重要的特点之一，此关联性可以实现高质量、一致、可靠的信息输出，有助于形成面向设计、分析和建档的数字化工作流程。
　　5.基于BIM的结构基础部分的实现。依据基础结构施工图纸，创建独立基础和双柱普通独立基础的混凝土部分，在创建前需提前设置混凝土的属性，包括强度名称、编号设置、位置、截面、等级、现浇或者预制等。
　　四、 BIM应用推广需要注意的问题
　　国内各设计院对BIM的接触时间并不算短，早在2004年就有不少设计院接触过Revit软件，并开始实际项目的设计应用。但是时至今日，为什么大部分设计院选择了放弃或者是尚还处于起步阶段或局部应用，始终无法转变为生产力，形成规模化应用呢？究其原因，主要是因为大多数设计院对BIM工具的理解还不够充分、期望值过高、准备不足，所以造成了最后应用推广的失败。
　　所以，我们在BIM的应用推广过程中需要注意以下几个问题：
　　1.结合自身情况，合理设定现阶段BIM的应用范围，再逐步寻求拓展BIM增值设计服务。不要在刚开始接触应用BIM，便想要求大求全，试图将revit用于各个专业，完美的实现三维协同设计及相关应用。
　　2.BIM启动的实验项目不宜选择难度过大的项目，导致BIM推进较为艰苦、困难重重，使整个团队失去信心。
　　3.Revit产品的本地化上还不完美，对初学者在实现本地化施工图出图上尚存一定难度，需要有对Revit全面了解的专业人士针对各个设计院的出图标准和各种相关应用进行定制和教授针对不同类型项目的应用方法，使得推广应用事半功倍。
　　4.BIM的应用推广是个长期的不断发展的过程，需要事先考虑BIM团队结构，人员梯次，如何实现逐步推广等问题，从而实现有计划，有步骤的逐步推广。一个合理实用的BIM实施规划很有必要。其中人才的问题最为关键。千军易得，一将难求。BIM团队的负责人也就是BIM经理的选择和培养至关重要。由于项目团队负责人对BIM理解及应用过程没有正确的判断和深刻的认识，无法得出恰当的执行方案，容易出现决策上的失误，直接导致公司决策层及项目团队设计人员对BIM的误解。在BIM团队的人员挑选上，也需要寻找学习热情高昂，有自我学习思考能力的设计师。此外，值得注意的是：BIM的出现将使得BIM制图员这样的角色有了一席之地。因为Revit三维设计的平立剖面图及大样详图与模型之间的相互关联，直观有效地避免了一些低级设计错误的出现，也能更快捷地实现建筑师与制图员之间的交流沟通。
　　5.Revit是三维的参数化设计，创建的是建筑信息模型，这与传统的二维设计有着本质的区别。工具的特点决定了我们针对不同类型的建筑项目，不同的设计阶段，不同的设计需求，我们需要不同的应用方法。
　　五、结束语
　　在大数据时代，科学技术是第一生产力，我国BIM的研究和应用体系也在逐步完善，相信BIM技术在结构设计中的应用研究也会取得更多成果。
　　参考文献：
　　[1]柏慕培训编著.Autodesk Revit MEP管线综合设计应用.电子工业出版社，2010.
　　[2J Chris Wilkins， Arto Kiviniemi. Engineering centric BIM. ASHRAE Jour-nal. 2008.12： 4448.
　　[3]龙辉元.结构施工图平法与BIM [J].土木建筑工程信息技术，2011.3 ：26-30.
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