BIM技术在结构设计中的应用探索

袁美玲 张戈丹

尽管BIM技术在结构设计中推广应用尚存在一些障碍，但是可以预见在结构设计中真正实施BIM设计，改变原来的以BIM翻模为主，而转向采用BIM技术真正完成生产任务指日可待。

近几年BIM技术在国内的发展迅猛，各种BIM（建筑信息模型）软件相继出现。我们希望以市场上主流的三维设计软件为基础，对BIM技术在结构专业设计中的应用进行探索，特别是探讨如何利用BIM技术辅助结构设计实现从建模到施工图到数字化交付的全过程应用。

越来越被重视的BIM设计

BIM设计的实质是基于数字化技术的一种新型工作模式。BIM包含了建筑物在设计、建造和运维阶段所有相关的真实信息，不仅包括几何信息，还包括非几何属性信息。其中，几何信息反映了建筑模型内部和外部空间结构的三维几何信息，通常通过参数化的三维建筑构件组合来表示；非几何信息是指除几何信息之外的所有信息的集合，通常被保存在模型的参数属性中，如建筑构件的材料、重量、价格、进度等，这也为建筑师、结构工程师、设备工程师、开发商，乃至最终用户等各环节相关人员提供模拟和分析的数据基础。

从项目的规划阶段，BIM的数据库就开始建立。随着工程项目的逐步展开，信息将不断丰富和完善。借助BIM系统，不同专业的设计人员、施工人员和运维管理人员可以协同工作，随时从中提取有用的资料，并实现一次建模不限次重复利用，从而避免重复劳动。BIM设计是实现建设项目全生命周期管理的关键，因为BIM系统可以储存项目全生命周期的所有物理属性和功能信息，以便于业主和经营者利用这些信息进行建筑物管理与维护，乃至整个城市的管理维护。

近几年，BIM技术在设计领域引起了高度的关注，在领域内的推广应用也非常迅速，尤其在建筑行业。在国内外的各大相关论坛或会议上，BIM技术被一次又一次提及。然而，在结构专业设计中，各大设计院在采用BIM技术时或多或少都会遇到一些困难或问题。因此，很多设计院的BIM应用还停留在翻模和辅助设计阶段，真正实现全专业使用BIM技术来完成生产任务的设计院很少。采用BIM技术实现从建模到施工图出图是结构设计专业全面实施BIM应用亟待解决的关键问题。

阻碍BIM推广应用的三大因素

笔者在多年的实践中发现，阻碍我国BIM技术在结构设计领域推广应用的因素主要有以下三个：

第一，效率问题还有待解决。BIM技术要在设计行业内得到大力的发展，首要解决的问题是效率问题：只有效率得到显著提高，才能吸引更多设计院加大对BIM设计的投入，而且只有行业内的各大设计院都在积极推动，才能推进BIM应用的发展和成熟。效率能否得到提升，在一定程度上取决于BIM软件能否助力设计人员快速地完成建模、出图等操作，如支持快速、批量创建和编辑模型，同时赋予模型各种非几何信息。然而，目前大部分BIM软件还不能很好地达到这些目标。能否通过改进软件自身或借助第三方软件开发商的力量来解决这些最基本，也是亟待解决的问题，直接决定了以国外产品为主的BIM软件本地化发展的成败。

第二，BIM设计软件与国内结构计算软件之间的转换不够理想。BIM设计软件和结构计算软件对于结构专业设计来说都非常重要，两者之间的配合与转换在结构专业中变得越来越重要。然而，目前BIM设计软件与国内结构计算软件尚不能实现完美转换，这是结构设计BIM发展需要解决的又一大问题。我们希望能够实现BIM设计软件中的构件的几何信息和非几何信息在与结构分析软件的构件能得到很好的转换，而不希望在转换的过程中丢失任何信息——只有实现了两者之间的无缝转换，BIM对结构设计才有意义。

第三，本地化工作做得不够完善。由BIM支持的三维设计不同于传统设计之处，主要在于对模型信息的准确、高效利用，其中包括几何形体和非几何属性。几何形体的一致性可以使施工图绘制的构件与所设计的构件表达一致，非几何属性的一致性可使图纸标记的信息与构件的属性一致，避免出现因为设计过程中进行频繁修改而导致模型和图纸信息不一致的情况。然而在实际制图过程中，需要考虑本地化的绘图习惯和制图标准，因此需要定制大量满足国内制图要求的符号化构件。在符号化构件库齐备的情况下，可大幅提高施工图绘制效率，且准确性得以保障。

成功案例的经验总结

BIM应用前景广阔，但是结构专业在BIM应用过程中遇到了诸多的限制或阻碍。如果能够克服这些困难，BIM技术在结构设计方面将大有作为。

北京市建筑设计研究院有限公司就在采用BIM技术进行结构设计方面取得了不错的成效。目前北京市建筑设计研究院有限公司使用的BIM管理平台是Bentley ProjectWise（简称PW）。

PW是专业的协同管理平台，涵盖相对严谨和完善的管理体系，而协同设计是BIM设计中的重要组成部分，协同的效率直接影响了设计工作的效率。为了更好地应用PW，北京市建筑设计研究院有限公司设置了专门的PW管理员。北京市建筑设计研究院有限公司将所有设计工作信息都存储在服务器中，工程师通过PW平台来访问服务器，同时通过PW管理员赋予不同设计人员的不同权限。文件的权限设置是PW管理的一项重要工作，权限设置得是否分明、合理，直接决定了PW管理是否有序、有效。

相关人员对服务器上的文件进行每一次修改，PW平台都有相应的记录，这样在方便文件管理的同时，也记录了各专业间的提资，这使得设计过程的提资记录变得非常完整，并且有迹可循。这个管理平台不仅可以授权设计师访问，管理员还可以给予项目的施工工程师和业主不同权限，这样业主也可以在外地进行文件的访问，方便设计院和业主之间的沟通，能真正实现从设计到施工的全方位的协同。PW服务器的稳定运行是设计工作的保障，只有管理平台正常有序的运行，才能保证设计工作的流畅性。

采用BIM设计不只是单纯地创建一个三维模型，更重要的是有效管理模型中的信息。结构模型信息可分为几何信息和非几何信息。几何信息是存在于模型中的实体信息，可以直接被看到和编辑，如结构柱、梁、板、基础等构件的信息；非几何信息是赋予这些构件的参数信息，如构件的截面尺寸、注释和配筋等信息。几何信息（结构构件）创建是BIM设计的基础，在这基础上才能完成非几何信息的创建。而非几何信息对于BIM信息模型在后期运维至关重要，因此在模型的创建过程中工程师们就需要将非几何信息全部赋予各个构件。

在接收建筑条件后，首先应据此建立结构模型，或将其转成结构模型；然后进入结构计算阶段，通过计算完善结构模型。计算是结构专业非常重要的一环，如果计算模型与BIM模型脱节，那么BIM在结构设计中的价值就会大打折扣。

向BIM设计发展

BIM技术的应用是设计行业的又一次变革，BIM技术对于设计的全生命周期管理将起到举足轻重的作用。BIM技术贯穿于从设计到施工，再到后期运维的项目整个全生命周期，给结构设计带来挑战，同时也带来了新的工作模式。尽管现在BIM设计软件还不尽如人意，但随着软件的逐步完善和本地化程度的提升，相信由BIM支撑的三维设计会像二维设计一样逐步完善和成熟，其优势会在未来几年内得到明显体现。

通过BIM技术在结构设计中的应用探索，我们可以发现目前BIM技术能基本实现结构设计需求。虽然在应用过程中还面临诸多困难，尤其在施工图表达上，但通过我们的努力，基本能实现从建模到施工图出图的整个过程的BIM设计。

第三方软件的开发商积极参与BIM软件的本地化开发，在一定程度上加快了我国BIM的发展步伐。作为国内主流的结构计算软件，PKPM的供应商建研科技在努力打通PKPM与市面上主流的三维设计软件的数据壁垒。目前PKPM也正在尝试通过ISM和Bentley的三维设计软件进行数据交互。Bentley的ISM是专为结构专业设计的交互模式，可实现PW与结构软件间的双向协同。

由此可以预见，在结构设计中真正实施BIM设计指日可待，改变原来的以BIM翻模为主，而转向采用BIM技术真正完成生产任务。只有从初步设计到施工图设计的全过程采用BIM设计，BIM才能起到控制成本，简化、优化后期运维的价值。