談BIM技術(shù)發(fā)展及建筑設(shè)計運用
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【摘要】本文在闡述bim技術(shù)概念、發(fā)展歷程及特性基礎(chǔ)上，以具體工程案例為支撐探究BIM技術(shù)的實踐應(yīng)用，預(yù)測該技術(shù)的發(fā)展趨向。希望能與同行分享設(shè)計經(jīng)驗與方法，促進(jìn)BIM技術(shù)推廣，整體優(yōu)化建筑設(shè)計效果。
【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計；建筑信息模型；鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計實踐
進(jìn)入21世紀(jì)以來，信息技術(shù)高度發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)全球化趨勢持續(xù)推進(jìn)，信息化時代逐漸取代工業(yè)化時代，各個行業(yè)對信息化水平提出的要求有不斷提升趨勢。建筑行業(yè)產(chǎn)值在國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值中所占比例很高，屬于我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，對建材、冶金、化工等數(shù)十個相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有強(qiáng)大的驅(qū)動性作用，提升其信息化水平是行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要任務(wù)之一[1]。CAD二維模型在處理結(jié)構(gòu)復(fù)雜建筑時暴露出很多不足，不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享率偏低，系統(tǒng)拓展性偏差，難以為項目設(shè)計施工提供整體度高、集成性強(qiáng)的信息支撐。BIM（建筑信息模型）提出以后有效彌補傳統(tǒng)設(shè)計方法的不足，明顯提升了建筑在整個生命周期內(nèi)的質(zhì)效，強(qiáng)化了本行業(yè)的生產(chǎn)能力。
1.BIM技術(shù)發(fā)展分析
1.1概念發(fā)展
有資料記載，早在1975年，美國佐治亞理工學(xué)院建筑與計算機(jī)系教授查克•伊士曼于《AIA雜志》上“BuildingDescriptionSystem（建筑描述系統(tǒng)）”一文內(nèi)提出BIM概念，查克•伊士博士被世界各個國家公認(rèn)是“BIM之父”，在后續(xù)的十余年間，歐美陸續(xù)開展了類似研究，美國、歐洲把研究時取得的成果分別叫做建筑產(chǎn)品模型、產(chǎn)品信息模型。追溯“BuildingModeling”，發(fā)現(xiàn)其首次被用于1986年美國學(xué)者羅伯特•艾什發(fā)表的一篇論文內(nèi)，這篇論文闡釋了當(dāng)下我們熟知的BIM論點與有關(guān)執(zhí)行技術(shù)：三維立體建模、智能成圖、相關(guān)性數(shù)據(jù)庫、模擬化工程施工進(jìn)度計劃等[2]。在1999年，查克•伊士曼把“建筑描述系統(tǒng)”發(fā)展為“建筑產(chǎn)品模型”，指出該模型在建筑整個生命周期內(nèi)，均能提供建筑項目相關(guān)的充足、整合式信息。2002年，Autodesk并購RevitTechnology公司后正式提出業(yè)界所熟知的BIM技術(shù)。
1.2技術(shù)特性
BIM不是單個軟件也不是多個軟件，其屬于一個系統(tǒng)，可以提升建筑行業(yè)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈條各流程質(zhì)量與效率，三維模型形成的數(shù)據(jù)庫是本技術(shù)的核心。BIM技術(shù)滲透于建筑項目的整個生命周期，涵蓋了策劃與規(guī)劃、勘探設(shè)計、施工運營與維管階段。針對技術(shù)價值，可以通過匯總建筑模型運用于項目全生命周期不同時段價值總和來表示。針對BIM的特性，可以做出如下闡釋[3]：（1）可視化：傳統(tǒng)二維設(shè)計中，利用線條將不同構(gòu)件繪制在圖紙上，需要建筑施工人員通過主觀聯(lián)想設(shè)計現(xiàn)實的構(gòu)造樣式。而利用BIM技術(shù)的可視化，能把傳統(tǒng)的線條式構(gòu)件進(jìn)行三維處理，實現(xiàn)三維直觀化，無須人工再行處置。（2）可優(yōu)化：建筑項目設(shè)計、施工與運營的完善，是一個循序漸進(jìn)的過程，基于BIM技術(shù)建模，能夠在繁雜環(huán)境條件下，為相關(guān)人員調(diào)整參數(shù)信息創(chuàng)造便利條件，促進(jìn)項目持續(xù)改進(jìn)、優(yōu)化進(jìn)程。（3）可分析性：在計算機(jī)協(xié)助下能完成各種分析工作，分析日照時數(shù)、作業(yè)量等指標(biāo)。（4）可共享性：利用計算機(jī)提升信息共享效率，比如設(shè)計階段多個成員、專業(yè)、系統(tǒng)之間共同分析過往處于獨立狀態(tài)中的設(shè)計成績，減少或規(guī)避設(shè)計偏差，整體提升項目設(shè)計效果。
2.BIM技術(shù)在建筑設(shè)計實踐中的應(yīng)用
本文利用revit2018軟件設(shè)計某多層住宅樓模型，進(jìn)而闡述BIM技術(shù)在建筑設(shè)計實踐中的應(yīng)用情況。工程概況：本住宅樓高22.0m，已知建筑體耐火等級是II級，地上共計有5層，鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計本建筑使用年限是50年（見圖1）。
2.1空間規(guī)劃
空間規(guī)劃是建筑設(shè)計的首個步驟，在確定建筑地點以后，可以對建筑工程所在地空間進(jìn)行地形分析，特別是針對地形相對復(fù)雜的建筑基地，開展地形分析是設(shè)計工作中不可缺少的內(nèi)容[4]。利用BIM技術(shù)對建筑基本的空間進(jìn)行分析，常見指標(biāo)有坡高、斜率、坡向等，進(jìn)而為施工設(shè)計提供更可靠的數(shù)據(jù)支持，拓展設(shè)計思路。在分析坡度時（圖2），可以采用BIM構(gòu)建模型，模擬化其包括的各種參數(shù)信息，設(shè)計人員可以立足工程實況從不同維度出發(fā)加以探究，進(jìn)而闡述多種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為后期工程設(shè)計提供憑據(jù)。地形探索結(jié)束后，便可以進(jìn)行建筑物空間規(guī)劃。通常基于BIM技術(shù)可視化分析功能完成空間規(guī)劃任務(wù)基于3D技術(shù)立體化呈現(xiàn)建筑樣態(tài)，并完成室內(nèi)視野、規(guī)劃可視度、道路可視性分析等諸多任務(wù)，建設(shè)相關(guān)模型是開展各項分析活動的基礎(chǔ)，輔助使用BIM技術(shù)加以調(diào)試，在綜合多種因素的基礎(chǔ)上，建設(shè)出最佳的建筑空間規(guī)劃模型。
2.2構(gòu)建建筑模型
（1）構(gòu)建建筑模型：依照現(xiàn)實建筑工程從低至高逐層施工次序建設(shè)該模型，基于多樣化構(gòu)件族、圖元建設(shè)BIM三維模型。本住宅項目隸屬于鋼筋砼結(jié)構(gòu)，BIM技術(shù)通過利用墻、結(jié)構(gòu)柱、建筑樓板等諸多元素實現(xiàn)建設(shè)結(jié)構(gòu)模型的目的。（2）構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型：利用Rev軟件內(nèi)結(jié)構(gòu)分析模型與結(jié)構(gòu)幾何模型兩者是同步形成的。建設(shè)結(jié)構(gòu)模型同樣是基于現(xiàn)實建筑按由低至高次序推進(jìn)的，結(jié)構(gòu)三維模型的構(gòu)成要素以不同構(gòu)件族、圖元為主，以其為基礎(chǔ)建設(shè)出具有結(jié)構(gòu)構(gòu)件特性的信息模型。梁、結(jié)構(gòu)柱、結(jié)構(gòu)板等是結(jié)構(gòu)模型的基本構(gòu)件。revit2018軟件采用模數(shù)化和等分拆分兩種形式完成本項目中樓板的拆分任務(wù)，不管采用哪種拆分方法，針對拆分后的疊板均要做出優(yōu)化整理。見圖2（a所示，采用等分拆分處理后，依照他類樓板的規(guī)格對模數(shù)化加以整理，獲得圖2（b）所示的方案，圖2（b）內(nèi)兩塊雙向板和他類疊合板規(guī)格統(tǒng)一，以上設(shè)計形式有益于減少兩類疊合板的使用數(shù)額。工程建設(shè)階段，若采用同種疊合板不僅需要維持砼構(gòu)件規(guī)格一致，疊合板內(nèi)部鋼筋布設(shè)、吊鉤件方位參數(shù)也一定要等同。這就提示在鋼筋碰撞仿真模擬中，針對同類疊合板全部鋼筋參數(shù)均要做出調(diào)整[3]。
3.BIM設(shè)計前景與發(fā)展趨向
如今，廣大社會群體對建筑體自身的認(rèn)識水平不斷提升，建筑物不管是外部形態(tài)，還是內(nèi)部組成上均體現(xiàn)出較高復(fù)雜度。在面對規(guī)則性偏低、復(fù)雜抽象的建筑體時，傳統(tǒng)CAD二維設(shè)計方法表現(xiàn)力不從心，但是BIM設(shè)計能從容、直觀、全面地闡釋抽象空間構(gòu)件，明顯降低了設(shè)計表達(dá)的難度系數(shù)，也為建設(shè)方、施工方在認(rèn)識理解層面上創(chuàng)造了諸多便利性。BIM技術(shù)不僅能建設(shè)出可視化的模型，而且可以作為參與工程全周期的綜合性技術(shù)，有初期設(shè)計方案、多媒體效果呈現(xiàn)；設(shè)計階段不同專業(yè)之間交互設(shè)計、仿真擬化；后續(xù)施工進(jìn)度計劃擬化、施工節(jié)點立體呈現(xiàn)；項目完工后的運營維管等。由項目籌劃到項目生命周期完成，BIM技術(shù)在不同時期均能發(fā)揮一定作用。可見，BIM技術(shù)對于建筑行業(yè)發(fā)展及運作形成的影響是積極而深遠(yuǎn)的。設(shè)計單位是建設(shè)BIM模型的核心節(jié)點，在后續(xù)幾年將有更為廣闊的發(fā)展前景，在項目推進(jìn)過程中占據(jù)的地位也是不可取代的。未來幾年，建筑工程設(shè)計將朝著精細(xì)化、數(shù)字化方向進(jìn)軍，會采用BIM技術(shù)對建筑內(nèi)各個系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，粗略估算設(shè)計形式將整體退出建筑設(shè)計舞臺。比如，對于給排水設(shè)計而言，要判斷計算得出的水量水壓是否會造成浪費問題，是否能夠真正符合設(shè)計要求，設(shè)備選型的合理性等，均可以基于BIM設(shè)計平臺內(nèi)BIM模型實現(xiàn)仿真模擬，最大限度地提升工程項目的設(shè)計水平，為施工活動提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。
4.結(jié)束語
在建筑行業(yè)中，普遍認(rèn)為建筑模型是BIM技術(shù)核心，其實建設(shè)的模型內(nèi)囊括了建筑物的諸多信息。通過輸入建筑信息的形式完成建模任務(wù)，而后使不同專業(yè)之間共享信息與資源，協(xié)同合作，提升勞動效率，這也間接地表現(xiàn)出BIM技術(shù)強(qiáng)大的生產(chǎn)能力。盡管BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑領(lǐng)域中未全面普及，但在科學(xué)技術(shù)日新月異的時代，在國家大力扶持下，BIM將演變成建筑項目整個生命周期的核心技術(shù)，有廣袤的應(yīng)用空間。
參考文獻(xiàn)
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[3]黃偉.BIM技術(shù)在超高層復(fù)雜外框巨柱鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[J].智能城市，2020，6（08）：216-217.
作者：王奕杰 單位：甘肅省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司