刍议建筑结构设计中BIM技术的应用

蔡位明

湖南省建筑科学研究院 湖南 长沙 411101

前言

当前阶段的建筑施工技术已经相对成熟。随着科技水平的提高，一些现代化的建筑技术能够在建筑工程的设计和施工过程中极大程度的提高建筑工程的建设效率和质量，并且这些先进技术还能取代一部分人工作业和体力劳动，有效降低人力成本。BIM技术是当前被广泛应用在建筑结构设计环节中的一种建筑信息模型软件，它能够有效运用在建筑领域的各个环节当中，从设计、建模、建造过程的开展与实施，到后期的建成投入使用，全过程都能够利用BIM软件及其相关的技术完成资料的收集，模型的建立以及建筑过程的安排和演示等。BIM技术能够帮助设计员在建筑建造之前的设计阶段就对建筑的预期效果和建筑方式做出预估和判断，以此全面保证建筑体系的完整性。利用BIM技术的建筑模型构建功能和信息管理功能，能够让施工单位更好地掌握建筑工程项目的设计方案以及设计人员的意图所在，从而有针对性地对建筑产品的结构进行科学合理的设计和优化，全面提高设计的效率和质量。

1 BIM技术的基本概念与特征

1.1 BIM技术概述

随着城市居民数量的增多，城市化进程的加快，人们对建筑结构和设计方面的要求也越来越高。现在的建筑工程项目不仅要满足足够的稳定性和安全性，还要在建设的过程中充分的站在建筑企业的角度去考虑，控制好开发建设成本，保证企业的经济效益。在建筑工程项目的初期设计阶段，设计人员需要根据建筑需求、企业工程预算和建筑预期功能作用等因素，综合分析后制定出建筑工程的设计方案。建筑方案当中直接影响建设施工难度和施工技术的是建筑结构的设计，为了让设计出的建筑产品具备更佳完备的性能和更加优秀的使用感受。在建筑产品的结构设计方面必须经历十分烦琐的大量建模和计算过程，BIM技术能够在建筑结构设计当中充分发挥高科技信息技术的作用。它能够建立大型的三维建筑模型模拟平台，并通过复杂的建筑工程数据收集和管理，让建筑产品在生产过程之前进行最科学有效的结构设计。除了在设计阶段能够充分发挥作用外，BIM技术的生命周期可以延长至整个建筑产品的建设和使用过程当中。在后期的建设施工等环节都能够运用到BIM技术及其相关的软件产品，全面的提高建筑效率，缩短工期，并且显著的为建筑企业减少建设的投入成本，创造更大的企业效益。此外，BIM技术能够更好地帮助企业进行建筑数据和建筑环节的信息化管理。

1.2 BIM技术的特征

BIM技术具有极高的信息集成度。BIM技术可以将建筑所需要的相关数据和信息进行有机的统计和整合，并根据具体的项目实施方案而进行二次规划和阶段性梳理。根据原有的数据资料显示，BIM技术是当前在建筑建设领域和构建建筑体系中能够提供最完整信息构建系统的一种技术。专业资料和数据的丰富程度将直接决定BIM技术能够在建筑模型构建上的准确度和细节丰富程度。

BIM技术是一种协同设计技术。为了满足建筑使用者和业主的需求，在建筑的结构设计阶段需要根据有价值的信息来进行建筑构件和建筑模型的理论性分析。这一过程不仅需要BIM技术，还要依靠一些现有的相关领域的专业规则和理论知识基础，还需要设计团队之间加强沟通协作，共同为技术使用中存在的不足和缺陷进行补充，共同促进建筑结构设计的优质化。可以说，BIM技术对设计团队间的工作协调性有着较高要求。BIM技术能够实现工作的传递。利用建筑信息构建系统能够将建筑工程所需要的工作数据以信息化的形式在系统之间进行传递。在这一过程中，不需要传统工作传递过程中的图纸、表格的任务交接等复杂的形式，在BIM技术构建的平台上直接可以进行传递，这样不仅能够节省工程师的设计时间，也为建筑结构设计提供了更好的信息获取渠道，多个设计师可以共享同一个建筑模型[1]。

2 建筑结构设计中BIM技术应用存在的问题

2.1 使用成本高，投入成本大

应用BIM技术需要强大的资金进行支持，不仅需要建筑企业投入大量的资金，对相关操作人员的专业技能与个人素养也提出了更高要求，因此，对相关人员进行培训仍需要花费大量的资金。同时，还需要购置必需的机械设备，还需对使用的信息技术与相关软件进行更新，这些都需要大量的资金支持。

BIM技术计价项目主要包括交通工程、地下综合管廊工程以及建筑施工等，建设单位以BIM技术为应用核心，根据工程项目的复杂程度以及应用范围，计取BIM技术应用的费用，计入工程建设成本。根据我国相关部门调查分析可以知道每年使用BIM技术的费用呈现上升趋势，与不使用BIM技术相比较，建设单位使用BIM技术所获得的经济效益会增加很多，从侧面说明BIM技术给企业创造更多的利益。但其投入成本客观而言也非常大。每年对相关人员进行培训需要花费大量的资金，同时还需要购置必需的机械设备，还需对使用的信息技术与相关软件进行更新。这些都是使用BIM技术所带来的成本。据调查显示，使用BIM技术的成本约占整个建筑资金的50%，所以需要大量的资金才可保证BIM技术的有效应用。

2.2 缺乏完善的标准体系

现阶段，在我国的建筑结构设计中对BIM技术进行应用尚处在初期阶段。BIM技术是近年来随着科技的不断发展而涌现出来的一项新型技术，该项技术囊括了动态的数据库信息。通过科学合理地控制与调整建筑结构，其实际上就是通过对计算机进行利用来为建筑结构设计进行辅助的技术，与建筑工程信息数据相结合来建立的一个信息化、系统化的数据模型。

由于我国建筑行业应用BIM技术与发达国家相比起步较晚，还处于摸索期，对BIM技术的理论研究还是实践研究都还不够成熟，我国对BIM技术的使用还没有建立全面的标准体系，设计规范要求还不够成熟。BIM技术需要对各专业间进行协调处理，将各种信息有效传递，在建筑行业中的实践应用仍需要一定的时间，我国需要在实践应用中逐渐完善相关规范体系与要求，为保证BIM技术更好地发挥其优势提供制度支撑[2]。

3 BIM技术在建筑结构设计中的应用

3.1 建筑结构设计可视化

利用BIM技术能够在计算机绘图功能的基础上，将传统建筑设计图纸的平面结构图转化为立体的三维模型，能够更加直观地展示建筑结构设计的细节内容。为客户和施工人员提供更加直观的建筑结构设计方案和内容的展示，BIM技术的三维实体模型是CAD等传统平面绘图软件所难以实现的。它能对建筑各部分细节的构建信息和整体的功能布局规划给出更加直观的展示。

3.2 建筑结构参数设计

利用BIM技术能方便地在相应的软件和计算机内对已经完成建模的建筑结构模型进行实时的参数修改和调整。不同于传统图纸上改动一个参数，就需要全局重新计算的方式，设计人员可以在BIM系统提供的数据库当中，通过相关联的函数来自动计算多个关联参数的变化情况，从而构建一个新的建筑结构设计方案。这种便利的操作和设计方式不再需要依靠设计图纸和反复的演算，通过参数的实时更新就能快速得出建筑的三维结构模型。

3.3 钢结构建模

在传统的建筑结构设计当中经常会遇到一些具有较大跨度建筑主要构件的设计内容。这些建筑的主要构建模式往往是以钢结构为主，其中包含的大量零部件都需要对它们之间彼此的衔接和装配关系进行建模和分析。对钢结构的设计和规划不仅是简单的机构关联问题，还需要考虑到梁柱间衔接的应力参数等方面的因素。为了全面的保证各零部件之间的参数化，可以利用BIM系统进行高效的参数管理和统计，设计人员只需要根据系统中输入的相关参数进行连接的模拟和试验，就能够画出满足建筑设计标准，且最接近理想情况的钢结构模型[3]。

4 结束语

综上所述，现阶段，在我国建筑结构设计中对BIM技术的应用尚处在初期的阶段，其在日后的发展过程中还有极大的发展与提升的空间。所以，在建筑领域中，有关设计人员在对BIM技术进行应用期间，必须要深入地认识与了解BIM技术，防止因应用不当而造成建筑工程成本及工期的提升与延长。倘若我国的BIM技术与建筑工程项目难以真正的结合在一起，相关单位就需要组织相关的培训，是建筑工程结构设计人员能够对BIM技术进行系统化的学习，从而使其能够更好地应用在建筑工程结构设计中，促进建筑领域的持续健康发展。