第3章 結構BIM應用內容與流程

第1節 設計階段BIM應用

1.1 設計階段BIM應用內容

根據住建部《建筑工程設計文件編制深度規定（2016版）》，建筑工程圖紙設計一般分為方案設計、初步設計和施工圖設計三個階段。

方案設計階段的成果主要用于對方案的評審及多方案比選。BIM技術應用后，可以更加直觀地通過BIM模型可視化功能完成方案的評審及多方案比選。方案設計階段的表達內容如圖3-1所示。

初步設計階段的成果主要用于確定具體技術方案和為施工圖設計奠定基礎。BIM技術應用后，通過BIM模型可以更高質量地完成建筑設計、結構分析、管線排布及綜合協調，提高工程設計質量。初步設計階段的表達內容如圖3-2所示。

施工圖設計階段的成果主要用于指導施工，最終交付成果包括BIM模型和達到二維制圖標準要求的圖紙。施工圖設計階段的表達內容如圖3-3所示。

BIM技術在設計階段的應用內容和優勢體現在：

1）可視化交底及聯動效果。BIM的可視化交底可以大大提高工作效率，降低施工中出問題的概率。同時，可視化還改善了溝通環境，讓設計方與業主或者施工方能夠在統一的環境下進行溝通，規避了理解偏差。此外，聯動的效果可以大大提高設計各專業之間的協同效率，降低因為專業之間的差異性對項目理解不同而造成的錯誤。并且，在聯動的效果下，模型可以一處修改，相關各處同時變動，解決了長期以來圖紙之間的錯、漏、缺問題，節省了人力、物力、財力以及時間，提高了工作效率。

2）構件的參數化設計。在建筑信息模型中，建筑構件并不只是一個虛擬的視覺構件，它可以模擬除幾何形狀以外的一些非幾何屬性，還可以對模型進行能耗分析，提高了建筑設計的效能。按照設定好的構件參數進行調整，讓構件按照設計人員的意圖進行改變，滿足設計上的要求、施工上的工藝展示以及業主方的觀賞效果要求。

3）專業間協同作業。利用BIM技術構建的協同設計平臺，各專業設計人員能夠快速地傳遞建筑項目各階段、各專業間的數據信息，對設計方案進行“同步”設計和修改。業主、設計、施工及運維等各方可以隨時從該平臺上任意調取各自所需的信息，通過協同平臺對項目進行設計深化、施工模擬、進度把控、質量監管、成本管控等，提升項目的管理水平、設計品質和建造質量。這不僅改變了建筑工程師、結構工程師、設備工程師等專業傳統的工作協調模式，而且業主、政府職能部門、制造商、施工企業等都可以基于同一個帶有三維參數的建筑模型進行協同工作。

1.2 BIM正向設計與傳統結構設計的比較

BIM正向設計主要是指直接采用三維協同設計，通過模型直接得到所需的圖紙、報表、視圖、數據等。它能夠提高設計效率，提高審圖質量和效率，優化各道工序，方便施工階段的交流溝通，方便運行維護階段的工作。

近年來，無論是行業政策還是技術需求方面，都非常重視信息化建設以及BIM技術的發展。由于設計在建筑工程全產業鏈中處于前端，是建筑工程最主要的信息來源，同樣BIM設計也是BIM應用的信息源頭。因此，應用BIM技術進行正向設計，對于工程全生命周期的BIM應用至關重要。目前，限于技術水平和設計人員掌握BIM技術的程度，還很難做到真正意義上的BIM正向設計。應用BIM進行正向設計的目標是能夠直接在三維環境下進行設計，即模塊化參數設計、方案優化、自動出圖、圖紙和模型相互關聯，甚至可以與計算分析模型結合，同步優化，這個過程才是BIM正向設計。

傳統結構設計主要依靠CAD技術的平面設計圖紙，常常造成彼此間信息傳遞錯誤和遺漏，不能直觀地表達相互間的方案意圖，各單位之間的協調工作較復雜耗時。所以，BIM和CAD相比，優勢在于設計成果不只是一張平面圖紙，而是一個實實在在與實際竣工成果相近的設計模型，該設計模型包含了眾多的設計信息，可進行讀取和提取，同時還可從模型中導出相應的圖紙。

結構專業與建筑專業不同的是：結構設計要先通過軟件（如PKPM軟件）建立一個計算模型，在該模型中計算好構件尺寸和配筋信息。傳統設計直接從該計算模型導出CAD平面圖后進行進一步設計；而BIM設計則是將計算模型導成BIM軟件可以識別的三維模型格式，同時保留了所有的計算信息，以便BIM正向設計中的信息讀取，進而用于計算、設計和注釋等。

1.3 專業間提資內容和表達方式

工程設計是一個復雜的系統工程，需要各專業間進行相互配合才能完成預定功能，專業間的提資要求和返資深度對做好BIM模型和信息交互與共享非常重要，結構專業關系到結構安全和功能實現，所以，與結構專業有關的專業都應重視專業間的提資及返資，避免后續的變更或返工。

1.一次提資及返資

1）建筑專業根據前期方案和功能要求向結構專業提供資料內容，見表3-1。

表3-1

2）結構專業對建筑專業提供的圖紙、BIM模型及相關技術資料進行確認，并確認荷載布置方案、結構體系及基礎形式，對影響外立面、室內凈高及使用空間的梁、墻、柱應提出修改建議。

3）機電專業提供影響結構荷載計算的設備布置范圍及荷載大小，樓板及結構墻上大于800×800的洞口、特殊的降板要求等。

2.二次提資及返資

1）建筑專業接收到各專業反饋的資料后，對設計過程各專業所需要的設計參數、設計要求給予確定，調整和補充相關設計資料和圖紙，再次向各專業提資，見表3-2。

表3-2

2）結構專業認真核對，并對提供的圖紙、BIM模型及相關技術資料進行確認，將設計圖紙和BIM模型中主要功能用房等技術資料反提給建筑專業，作為建筑專業第二時段的接收資料。

3.三次提資及返資

1）建筑專業接收到各專業反饋的資料后，對各專業反饋資料認真研究并及時給予溝通和確定，調整和補充相關設計資料和圖紙，再次向各專業提資，見表3-3。

表3-3

2）結構專業認真研究，并對提供的圖紙、BIM模型及相關技術資料進行確認，將細部構造和做法以及需要進一步完善部分等技術資料反提給建筑專業，作為建筑專業第三時段的接收資料。

1.4 基于BIM應用的設計流程

1.基于BIM技術的協同設計總體流程

初步設計階段BIM應用流程圖如圖3-4所示，施工圖設計階段BIM應用流程圖如圖3-5所示。

建筑項目全生命周期的BIM應用總體流程如圖3-6所示。

2.基于BIM應用的結構設計流程

工程設計需要多專業相互配合共同完成，各專業間既相對獨立又相互依存，結構設計是確保整個項目安全的關鍵環節，基于BIM協同的結構專業工作流程如圖3-7所示。