建筑结构设计中BIM技术的应用探析

2018-02-14何坤飞

建材与装饰 2018年17期

何坤飞

（贵州省建筑材料科学研究设计院有限责任公司贵州贵阳 550007）

1 引言

在现阶段，由于BIM（建筑信息模型）技术和理念的发展，BIM软件产品不断得到改进，BIM技术在近期已被广泛应用于中国的建筑工程设计、施工和运营等领域。BIM技术可以在应用中实现不同的专业和部门之间的数据共享，因此在建筑结构设计中可以实现工程师、建筑师、设计师和用户共享和使用相同的数字设计信息，促进沟通。基于BIM技术而形成的视觉数字模型可以有效帮助用户对建筑结构进行模拟和分析，使施工单位可以加深对设计师设计理念和施工目标的理解，也有助于提高建筑产品的整体质量和生产效率设计。

2 BIM技术的特点

2.1 BIM技术

随着社会生活需求的不断增加，建筑规模不断扩大，建筑的形式也更加丰富，建筑工程项目涉及的信息量也在迅速增加。在建筑施工过程中，如果能够及时对有效信息进行收集并合理利用，不仅可以节省建筑项目的成本，缩短建筑工程的持续时间，还可以提高建筑工程的质量和安全，避免安全事故的发生。因此，信息技术在建筑工程中的应用是非常有必要的。在施工项目中，如何科学有效地对各类信息进行甄选，并利用这些信息合理控制工程造价和施工期限，减少建筑工程项目施工过程中的误差，是当前重点关注的难点和重点。建筑设计作为建筑施工的基础和前提，也是BIM技术的重点。基于BIM技术进行信息分析，可以实现建筑设计从二维到三维的转换。

2.2 BIM技术的特点分析

2.2.1可视化

传统的建筑设计一般是通过纸质或计算机软件绘图完成的，在建筑工程阶段为施工方提供相应的建筑尺寸规格和建筑效果图。但是，这些设计图基本上都是二维的线条图，并不能真正展现架构的立体结构，无法体现建筑工程设计的具体效果。BIM技术可以直观地展示出建筑工程师的设计理念以及相关建筑模型的立体结构，供建筑公司施工人员进行内部沟通。

2.2.2 协调性

为了方便建筑工程项目的施工，在建筑项目设计规划阶段，有必要对不同设计部门的专业人员进行协调和沟通，并在部门内部形成标准文件，指导施工的准确进行。BIM技术可以在建筑物内部空间的设置阶段发挥协调作用。如建筑内部消防系统的布局、水管的铺设、布线布局和楼梯间布局等。

2.2.3 模拟性

BIM技术可以模拟真实的建筑物来构建立体的工程模型，建筑模型对建筑设计和施工具有重要的参考意义。例如，在计算建筑材料的承载力和材料比例时，按经验计算的比例值有时并不符合建筑工程的实际比例。通过BIM技术，将数据计划输入到数字仿真系统中，以模拟不同材料构成的建筑结构的承载力。最后，系统会根据模拟数值自动生成统计图表，帮助设计师找到最佳比例点。

3 BIM技术在建筑结构设计中的具体应用

3.1 实现建筑结构设计的可视化

BIM技术是运用三维模型技术的现代工程建筑领域的新兴技术。它可以使用三维立体模型技术向用户展示真实的建筑组件。由于传统的建筑工程结构设计是基于CAD软件进行描绘的，这种方法难以向普通用户展示建筑结构内部的详细信息，因此建筑结构设计初期的BIM技术有助于各级用户通过建筑结构的三维实体模型来直观了解并获得建筑构件的有效信息，对功能布局有准确的理解和认识。BIM技术可用于许多大型建筑工程项目的结构设计中，可以动态的方式演示整体结构，并帮助用户从直观的角度观察建筑结构的参数，从而帮助设计单位选择优化设计方案，及时发现在建筑结构设计中的质量缺陷和设计缺陷问题，对于进一步改善建筑结构设计的工程质量具有重要的参考意义。

3.2 BIM技术在建筑结构参数设计中的具体应用

在构建建筑结构信息模型时，将会形成一个包含所有建筑工程设计思路和信息的数据库，库中所有的与建筑结构相关的设计参数都是相互关联的。相关设计人员可以使用数据库中的信息来构建建筑结构，并且在设计过程中限制不同的参数，以确保BIM系统可以在建筑设计中及时对数据库进行更新。BIM技术具有较多优点，在建筑设计应用中可以实现安全、质量、可靠的工程设计，对于改善建筑结构设计的数字信息化发展具有重要的意义。

3.3 BIM技术在钢结构建模中的具体应用

钢结构的建模设计在建筑过程中至关重要，在现阶段已经成为大跨度桥类建筑的主要结构形式。在建模过程中，往往需要解决结构链接和加强件布置等方面的困难，钢结构的设计需要涉及梁柱连接、梁刚接以及梁铰接等连接方式，因此在建筑工程设计中经常需要依据梁的高度来对每部分的连接件进行优化和参数化。在应用程序中，BIM系统可以使用参数共享来控制螺栓的数量和间距，设计人员只需调整参数即可形成新的连接器。在设计增强材料和连接件时，设计人员只需要画一个大样本，在钢结构施工过程中技术人员只需参考相应位置的设计，就可以确定增强件和连接件的确切位置。BIM系统的模拟功能对进一步提高钢结构的设计质量和施工效率具有重要作用。

4 BIM技术在建筑结构设计中的难点

BIM技术在建筑结构设计中的思路旨在将建筑结构三维模型发送到结构分析软件进行分析和计算，反馈设计信息。同时，可达到动态更新建筑图纸和建筑结构模型，可有效将结构分析和施工图纸进行统一。施工人员应该注意模型内部空间的真实性以及建立BIM模型时物理模型是否可以根据收集的数据自动生成施工图纸。由于建筑材料、荷载和单元的机械特性等各个因素的综合影响，建筑工程的安全性是设计的关键组成部分。由于横截面特性等结构因素的影响，设计师在构建BIM模型时会面临各种参数复杂化的难点。理论上，BIM模型作为一个完整的数据模型，其物理模型、结构分析模型和施工图文档等完全可以实现双向无缝连接。但在实际施工过程中，只有BIM物理模型采用相对比较简单或符合相关标准的结构组件才能实现双向无缝连接。如果建筑物的结构部件更加复杂，在进行链接结构模型分析时很容易丢失大量数据。因此，在使用BIM技术设计建筑结构时，达到物理模型与结构分析模型之间的双向无缝连接是一个重大挑战。

5 建筑结构设计中BIM技术的未来发展

与传统建筑设计模型相比，BIM技术可有效利用计算机信息模拟技术，通过建立数字模型来进行设计、建造以及建筑结构的运营管理，同时通过模拟仿真建立三维立体建筑模型，建筑师可以根据模型设计方案来快速检查建筑物结构框架中的所有信息和数据，以纠正和改进设计方案，确保建筑工程设计方案符合施工标准，并避免建筑物安全事故的发生。BIM技术可帮助企业有效降低建筑和运营成本，有效推动我国建筑结构行业与的快速发展。