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关于BIM在工业建筑中结构设计的应用研究付继亮

发表时间：2020/5/15 来源：《基层建设》2020年第3期作者：付继亮

[导读] 摘要：BIM技术在工业建筑结构设计中的应用，打破了以往建筑结构设计生命周期中信息传递有限的问题，有效提高了结构设计的信息集成度，在建筑结构生命周期中具有明显的信息透明优势科学管理建筑工程，实现工程信息化管理，有效提高建筑结构的施工秩序和材料管理的合理性。

        山东省轻工业设计院山东济南 250014
        摘要：BIM技术在工业建筑结构设计中的应用，打破了以往建筑结构设计生命周期中信息传递有限的问题，有效提高了结构设计的信息集成度，在建筑结构生命周期中具有明显的信息透明优势科学管理建筑工程，实现工程信息化管理，有效提高建筑结构的施工秩序和材料管理的合理性。
        关键词：BIM；工业建筑；结构设计；应用
        1BIM技术概述
        BIM技术是一种工程数据模型，以三维数字技术为基础集成了建筑工程项目的各种信息，因此，可以为建筑工程的设计和施工提供协调一致的信息，其中核心信息是建筑信息，具体内容包括参数化的图元和参数化修改。与传统技术相比，BIM技术可协调多个专业，将各专业的信息集成到一个平台上，并能实现多专业之间的信息共享，具有可视化、模拟性和协同化的典型特征。
        2工业建筑的概念与特点
        2.1工业建筑基本概念
        众所周知，工业建筑是为各类工业生产活动提供场所的建筑。最常见的工业建筑形式就是工厂厂房。按照厂房功能差异，可划分为通用型工业厂房与特定型工业厂房2类。
        2.2工业建筑特点
        工业建筑作为工业生产场所，具有以下特点：（1）工业建筑必须为工业生产活动提供足够的空间；（2）工业建筑必须为工业生产活动提供足够的空间；（3）工业建筑对施工技术要求高；（4）工业建筑具有特殊的空间布局和结构形式；（5）工业建筑系统的结构形式应满足工业生产活动的照明、通风、供水、污水等多种需求。
        3BIM技术应用流程
        BIM技术的基础是三维数字技术，通过虚拟平台的建设可使各个专业集成到同一个平台上进行信息共享和交流，实现各专业之间的协调配合。本工程采用Revit设计软件和YJK软件，两种软件互相协调与配合可达到理想的设计效果。设计第一步，将建筑结构输入到Revit软件中，然后输入需要设计的内容。因为BIM系统每一个构件都有自己独立的信息，且具有工作集与可见性，不同的构件放入不同的工作集中，不同的工作集又由不同设计人员负责，从而可实现细化分类，提高了设计的效率和质量。在Revit软件中进行工作集的分配，然后建立结构构件并归类到相应的工作集中，这些可以利用BIM可视化的特点表达出来。因为项目需要设计的层数多，且需要对杂乱的视图进行整理，利用BIM技术可有序表达不同楼层的施工状态。设计完成后利用Revit软件将视图导出转存到DWF文件，接着将模型传入到YJK软件中进行结构计算，根据计算结果对设计方案进行调整，注意在模型传入到YJK软件前要做好对构件截面的匹配。同时在建立模型时可以在Revit平台上和其他专业人员进行讨论，进一步完善设计方案。在设计后期利用三维立体技术对工程项目整体进行检查，在工程施工开展前和开展中都可以利用BIM技术进行工程模拟。
        4BIM技术在工业建筑结构设计应用中需要注意的问题
        4.1结构构件的应力分析
        工业建筑的结构规划直接影响到工业建筑的全体稳定性。BIM技能在结构规划中的使用不同于传统的建筑结构规划，它打破了平面规划的结构，使高层建筑、杂乱建筑等工业建筑规划中的深基坑和地下室等建筑得以深入剖析。BIM技能能够例如在规划之前，将BIM技能用于三维建模，以了解根底结构对工业建筑中建筑物的支撑效果，并对根底结构的相关结构构件进行拆分和测试，以模仿应力状况。

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在不同的条件下结构中的不同组成部分。BIM技能不仅能够根据计算机仿真平台计算工业建筑结构构件的应力，还能够通过三维模型动态显示计算数据，充分发挥其可视化的使用优势。使用BIM技能对工业建筑结构构件进行应力剖析时，相关人员还能够验证结构构件应力规划的正确性，然后对不合理的规划部位进行调整，以到达工业建筑结构规划标准的目的。在工业建筑结构规划规划、建筑规划建模阶段，Revit具有强壮的体积创建和自适应的家庭建筑杂乱建模功能。相关人员可采用Revit国产插件的方法制作模型，输出符合国家标准的结构施工图。在BIM建模后，使用接口插件导入PKPM结构规划软件等剖析软件，剖析零件的结构受力状况。
        4.2钢结构建模
        钢结构是工业建筑的主要结构方式之一。BIM技能在钢结构建模中的使用，不仅能够经过对建筑模型的分析，明确由外力对整个建筑结构形成的损伤程度和比应力分布，同时还依据相关应力信息分析了物体对工业建筑内部结构和钢结构的冲击力对结构微变形的影响。在工业建筑中，钢结构规划包含梁柱衔接、梁柱衔接、梁梁刚性衔接等衔接方式。衔接方式的挑选直接影响到工业建筑的整体性。使用BIM技能能够深入分析工业建筑的主要特点，进而合理挑选适宜的钢结构类型。经过三维仿真技能，对钢结构的每一个节点进行了专门的规划，将钢结构的每一个节点转化为可见的参数，收集到BIM虚拟体系中，完成参数的动态控制，然后进行可视化转化，准确定位钢结构薄弱环节，从而对其进行加固。将BIM技能使用于钢结构建模时，应挑选族并定义构件特点，包含钢结构构件族的相关内容。在此基础上，依据钢结构的不同功用和使用环境，挑选点图、矩形图、线图等图形绘制办法，进行各专业BIM模型集成，完成模型类型的碰撞检测、修改和改进。
        4.3中期设计
        中期设计时应该确定工业建筑结构设计中的一些细节方面的问题，包括混凝土框架结构的设计、各构件之间的关联性设计等。其中混凝土框架结构设计是本次工程结构设计的重点也是难点之处，在利用BIM建模前首先应根据混凝土建筑结构设计的相关规定合理选择截面尺寸，由于截面的尺寸关系着框架结构设计的质量，所以不仅要满足规定的取值范围要求，而且应该尽量保证柱和梁的线刚度比大于1，满足强柱、弱梁和强节点的设计原则，提高梁柱节点的抗震能力。此外，要加强对框架梁和框架柱配筋的设计，在满足设计规范要求的基础上选择最大或最小的配筋率，其中框架梁的最小配筋率和框架抗震等级有关，也和混凝土轴心抗拉强度以及钢筋的抗拉强度比有关。最后，利用这些参数数据建立数据库，并用数据库进行建筑结构的仿真模拟。在结构性能设计时主要利用BIM对建筑结构的保温隔热性能、抗震性能等进行综合分析，根据分析结果确定施工材料、荷载系数等。在构件之间关联性设计时利用BIM进行建筑结构模拟，反映施工各环节之间的关系。在中期设计时需要注意的是，模型创建时必须制定一个标准才能有利于各专业之间的协同设计，在施工图文件创建时如果制图标准和原来二维图的标准有矛盾，则需要及时制定三维制图的标准来满足出图的需要。此外，在各专业碰撞检查时若碰撞点较多，但有的碰撞是允许出现的，则也要对碰撞的规则制定标准。
        结论
        综上所述，经本文的分析讨论得出，BIM技术在工业建筑结构设计中的应用，可以实现对设计施工的全生命周期信息化管理，且因为BIM技术具有庞大的信息数据库，可以为工程设计、施工和未来运营管理提供可靠的参考依据。目前该技术已在多个领域得到了广泛的应用并取得了突出的效果，在工业建筑设计中，利用BIM技术不但提高了数据分析的准确性和设计的精确性，而且因为具有可视化、模拟和协同的特点，能帮助设计人员及时发现和解决问题，使设计方案更加科学合理，从而提高工程设计的质量。
        参考文献：
        [1]俞秋佳.论BIM技术下的预制装配式混凝土结构设计方法[J].居舍，2019（28）：92.
        [2]王晓辉，邓倩茹，陆苏亮，等.基于BIM技术的预制装配式混凝土结构设计方法探析[J].居舍，2019（24）：62+5.