建筑结构一体化协同设计探讨

 摘要：一体化协同设计是建筑结构设计发展的主要趋势，加强了各专业之间的衔接，使各方信息交流更畅通，能减少建筑结构设计缺陷，提高建筑结构设计和理性与经济性。本文从一体化协同设计的重要性入手，基于建筑信息模型及其特点，对建筑信息模型在建筑结构一体化协同设计中的应用进行了分析。

关键词：协同设计；建筑结构；建筑信息模型；特点；应用

所谓的一体化协同设计，就是建筑、结构、设备等各个专业在同一个平台上工作，设定项目中心文件集体共享。这种设计方法将各专业紧密的联系起来，通过信息共享消除各专业间的冲突，能优化建筑结构设计。传统建筑结构设计中，各专业一般是分开进行的，易发生冲突，设计变更情况较多。建筑结构采用一体化协同设计后，不仅能解决传统设计方法的缺陷，还能提高结构设计的科学性，而建筑信息模型为建筑结构一体化协同设计实现提供了技术支持。

一、建筑信息模型及其特点

（一）概念

建筑信息模型，英文简称BIM，是一种利用数字模型进行设计、施工与管理的一种新工具[1]，在建筑、工程、土木工程等领域应用广泛。

（二）特点

1、信息具有集成性

建筑信息模型核心是数据库，这一数据库由计算机三维模型所构成，囊括建筑建材、建筑构件性质等物理信息，建筑结构空间关系、建筑构件尺寸等几何信息，建筑构件荷载、连接方式等分析信息，供应商等制造信息等[2]，与建筑相关的所有信息基本都包含在内，为建筑结构设计提供强大的信息支持。

2、工作具有可传递性

建筑信息模型应用程序支持工程数据之间创建实时的、一致性的关联，使工具具有了可传递性。在工作可传递性下，设计者可利用建筑信息模型进行自动设计与调整，如果设计师修改了某项内容，建筑信息模型立即将修改反映至与之关联的图元中，自动完成各专业设计修改。

3、设计具有协同性

建筑信息模型作为一个以几何学、建筑学、空间关系、地理咨询等信息为基础的新设计平台，为设计、施工、管理等各方建立了一个沟通平台，实时处理建筑工程结构设计所需要的信息，优化电气照明系统、供排水系统等各专业设计[3]。特别是建筑信息模型有碰撞检测功能，能根据各专业不同设计原则自动进检测建筑构件间的影响，极大缩短了设计周期。而且，也可以建设设计缺陷，提高设计质量。

二、建筑信息模型在建筑结构一体化协同设计中的应用

建筑信息模型作为全新的设计平台，为建筑工程一体化协同设计提供了工具，使建筑协同设计成为了现实。建筑结构一体化协同设计要求各专业设计人员相互沟通、相互配合，协同完成设计任务。由于参与者多、专业复杂，应理顺建筑信息模型在建筑结构一体化协同设计中应用的具体流程，顺利进行建筑结构协同合计，提出建筑信息模型的优势与作用。

（一）前期准备工作

建筑工程结构一体化协同设计的关键是各专业设计师一起利用自个专业知识协同进行设计，达到并行设计效果。为做到这一点，正式开始设计工作前，各专业设计师必须全程参与项目信息收集、整理，对建筑工程项目信息进行整合分析，做出条理化整理，实现信息共享，支持协同设计。建筑工程信息包括地理信息、设计条件、组织策略、建设规划等，做出科学合理的设计决策。

（二）设计初步的施工图纸

基于计算机三维模型所构成的建筑信息数据库，设计者根据业主要求、各专业设计目标和原则、约束条件等设计初步的施工图纸[4]。在初步设计阶段使用建筑信息模型，帮助设计师利用一个数据模型建立多套设计方案，并进行多方面评估，优选出一个最经济、最合理的设计方案，满足业主和建筑工程设计要求。如，从建筑信息数据库中抽调相关信息，包括可建空间、可建范围、基地约束条件等，结合具体的约束条件进行建筑工程结构模型设计，确定设计意图，找到最佳的设计方案。

（三）施工图纸细化

初步设计图纸创建出来后，总设计师通过建筑信息模型将初步设计传递给各专业设计者，实现设计图纸共享。让各专业设计者从各自专业角度入手，按照各自专业的设计要求、设计原则、约束条件等进行本专业设计，对建筑结构的各部分设计进行深入的考量分析，细化建筑结构设计。初步设计共享，可以采用图纸链接方式，各专业设计者基于链接的图纸进行各自专业设计，即并行设计，协同完成设计任务。建筑信息模型的很多软件都具备这样的功能，如AutodeskRecit软件，可利用这些软件辅助各专业设计者完成各自工作，达到协同设计木目的。如，结构设计时，结构工程师基于链接的图纸，根据建筑结构空间关系、建筑构件的几何尺寸等几何信息，以及建筑材料等物理信息，利用建筑信息模型中的设计软件自动进行信息分析，创设建筑结构模型。然后，利用建筑信息模型中的碰撞检测功能进行对结构模型进行检查，分析结构模型正确与否、合理与否、经济与否。然后，根据碰撞检测结果调整结构模型。

（四）协同检查

各专业完成各自设计任务后，利用建筑信息模型中的链接功能将本专业图纸传递到整个项目模型中去，进行协调检查与设计。在这一环节，主要目的是检查各专业之间是否有碰撞情况，特别是细节部位，如结构梁、结构柱等。进行协同检查与设计时，各专业设计者都要参与进来，从各自专业角度提出建议，优化结构设计，确保设计科学合理。在建筑信息模型技术条件下，对建筑结构各部分进行协同设计与碰撞检测，保持整个设计团队与结构模型更新同步，能减少主观的人为错误，提高设计质量。

（五）自动出图

建筑信息模型具备可视化、可出图等功能，细化后的建筑工程结构模型可以可视化的展示在平台上，如综合结构构件图、综合管线图、综合结构留洞图等，方便业主查看。经过以上几个步骤，得到建筑结构数学模型，然后利用建筑信息模型将结构数学模型可视化的展示出来，即出图。建筑结构图纸包括平面图、刨面图、立面图、三维视图等。利用以往设计软件出图时，一旦图纸中的细节有改动，就要按照程序人工方式的调整设计图，不仅程序复杂，工作量也很大。但是采用建筑信息模型后，在工作可传递性功能支持下，设计软件可根据设计者的修改对相应的图元做出调整，不需要一项项的修改，不仅节省了工作时间，缩短设计周期，也提高了工作效率。此外，建筑信息模型可以出三维可视化图纸，与传统设计软件出图的形式完全不同。以往设计软件出图形式主要是二维图，如CAD，立体感不足，一定程度上影响图纸查看。三维视图的立体感强，可以直观的看到建筑结构构造及各构件布设，使业主更清楚了解设计意图，查看设计是否符合要求。

三、结论

综上所述，建筑信息模型在建筑工程一体化协同设计中应用，实现了建筑工程结构协同设计，促使建筑工程结构设计从分化设计向协同设计转变，缩短了设计周期，提高了设计质量，进一步提高了建筑结构设计水平。鉴于建筑信息模型技术的重要性，未来工作中应当加强该技术应用实践研究，不断积累应用经验和成果，改进应用方法和程序，使之在建筑结构协同设计得到更好的运用，充分发挥建筑信息模型的价值，保证建筑结构设计合理。

参考文献

[1]王勇，张建平.基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计[J].华南理工大学学报(自然科学版)，2013，（03）：76-82.

[2]赵海琼.建筑信息模型在建筑结构一体化协同设计中的应用[J].电子测试，2015，（02）：81-83.

[3]熊殿华.建筑信息模型在建筑一体协同设计中的应用分析[J].计算机光盘软件与应用，2015，（03）：120+122.