BIM技术在建筑结构设计中的应用探析

杨涵辛

【摘要】在建筑工程领域，如果将CAD技术的应用视为建筑工程设计的第一次变革，建筑信息模型（BIM，BuildingInformationMolding）的出现将引发整个A/E/C（Architecture/Engineering/Construction）领域的第二次革命。BIM研究的目的是从根本上解决项目规划、设计、施工以及维护管理各阶段以及应用系统之间的信息断层，实现全过程的工程信息管理乃至建筑生命期管理。本文首先对BIM技术进行阐述，然后详细分析了在建筑结构设计中BIM技术的应用，指出了在结构设计应用中遇到的问题。

【关键词】BIM；设计；结构；应用；建模

引言

住房城乡建设部于2011 年5月10日，发布了《2011～2015 年建筑业信息化发展纲要》，文件中强调BIM技术的重要性，要求在"十二五"期间，普及和应用建筑企业信息系统，明确提出了加快BIM技术的应用。随着BIM技术的快速发展和完善，BIM技术在工程领域应用也越来越广泛。BIM技术能够实现不同专业的数据共享，通过共享数据，建立模型和分析，进而更加有效的完成工程任务，采用BIM技术可以有效的提高结构设计的质量。毋庸置疑，建筑信息模型（ Building Information Modeling，BIM） 将是未来建筑信息技术发展的主流。在建筑的全寿命周期，BIM 技术应用贯穿始终，相当于建筑的"基因"。而整个建筑工程实现过程的关键环节是勘察设计阶段，探究 BIM 技术对结构设计的应用情况是十分必要的。

1.BIM技术概况

BIM的理论基础主要源于制造行业集CAD、CAM于一体的计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）理念和基于产品数据管理PDM与STEP标准的产品信息模型。BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，BIM是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。一个完善的信息模型，能够连接建筑项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用。BIM具有单一工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。BIM一般具有以下特征：

（1）模型信息的完备性：除了对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述，还包括完整的工程信息描述，如对象名称、结构类型、建筑材料、工程性能等设计信息；施工工序、进度、成本、质量以及人力、机械、材料资源等施工信息；工程安全性能、材料耐久性能等维护信息；对象之间的工程逻辑关系等。

（2）模型信息的关联性：信息模型中的对象是可识别且相互关联的，系统能够对模型的信息进行统计和分析，并生成相应的图形和文档。如果模型中的某个对象发生变化，与之关联的所有对象都会随之更新，以保持模型的完整性和健壮性。

（3）模型信息的一致性：在建筑生命期的不同阶段模型信息是一致的，同一信息无需重复输入。而且信息模型能够自动演化，模型对象在不同阶段可以简单地进行修改和扩展，而无需重新创建，从而减少了信息不一致的错误。

2.BIM在结构设计中的应用

BIM技术在建筑工程结构设计过程中，其应用与传统技术有重大的区别，其重要的应用体现在以下几个方面。

2.1模型建立

BIM技術可以有效的将结构的三维实体模型用真实的构件表示出来，对比传统的设计技术，突破了CAD技术进行施工图绘制时，只能表示平面信息的瓶颈，BIM技术可以利用直观的建筑结构构件表示整体结构以及各构件之间的关系。在实际结构设计中，利用BIM技术，可以通过可视化技术，通过对建筑结构的动态变化，对结构构件进行设计，进而设计出一个合理的结构设计方案。

2.2 参数化设计

在BIM系统中，整个建筑结构的所有信息都在一个数据库，并且这个数据库是共享的，参与设计的各方都可以共享这些数据。方案设计和 初步设计对施工图设计影响较大，造成了结构工程师将大量的精力都投入到了建筑工程项目并不是最重要的阶段。BIM的参数化设计就解决了整个问题。BIM技术采用了参数化的三维实体模型设计结构单元，将之前的点、线、面等元素替换为梁、柱等构件，大量使用的构件被定义为族，族中参数包括了几何信息、材料信息、逻辑信息等非几何信息。

2.3设计过程优化

与传统的设计过程相比，BIM技术在设计流程上进行了优化。BIM技术的结构设计流程为：BIM数据库中导出建筑几何信息→结构设计师设计结构方案→对结构方案进行优化，初步确定结构选型和布置→建立初步分析模型→导入结构有限元软件进行分析，完成截面设计→各专业分析评估结构模型，输入BIM数据库并绘制施工图。

3.BIM在结构设计应用中的难点

BIM技术由于目前还处于前期推广阶段，其软件的成熟度、处理问题的能力都有待提高。由于软件使用是要求条件较高，需要较高素质的专业人才和配置较高的设备。BIM技术在应用过程中，也存在一些难点，遇到了一些问题，这些在一定程度上影响了BIM技术的广泛应用，这些难点主要包括以下几个方面。

（1）缺乏标准体系。由于BIM技术目前还处于探索阶段，国家和地区相应的各种规范和标准还没有出台，处于前期调研、或正在制定过程中。

（2）法律责任问题。主要体现在：BIM技术在使用过程中的合法性和有效性；参数进行传递，涉及到产权和责任问题；建立模型与传统技术内容的一致性；BIM各方的修改权限。

（3）应用和交付问题。不同设计阶段，BIM技术设计的深度也不同，设计标准也不同。参与设计的各方与传统技术相比，分工和内容也不同。

（4）BIM技术的缺点。由于BIM技术处于前期推广阶段，还存在以下几个方面的问题：软件主要是国外软件，本土话程度不高；软件对应用人员的专业素质和硬件设备要求较高；软件各个模块之间连接不完善，数据共享、数据传递程度较低，BIM技术的数据信息的传递成都有待进一步提高。

结语

BIM技术的快速发展和普及，必将引起结构设计的一次重大变革。目前的结构设计流程将被改变，许多在结构设计过程中遇到的问题将会得到解决。由于BIM技术在应用过程中遇到了以上问题，但是这些问题会逐渐解决，推动BIM技术的广泛应用。结构设计人员也要加强专业素质的提高，增强综合能力，熟悉掌握BIM技术，在保证建筑结构设计质量的前提下，快速、高效的完成建筑工程设计任务，从而保证建筑结构的质量。

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