探析建筑结构设计中BIM技术的应用

丁萍

（广东南粤珑图建筑设计有限公司　广东佛山　528000）

1　引言

随着我国经济的发展和科学技术水平的提高，建筑工程也处在一个快速发展的阶段，而BIM技术在建筑工程中的应用是对传统建造和运维模式的提升。BIM技术的应用主要体现在信息参数化、三维可视化、信息管理化，以仿真方式实现工程的全方位管控。建筑工程三维可视化仿真是通过三维动画的形式来表现一个生动、形象、动态的建筑工程组合空间构件，演示施工全过程，形成并显示出以信息和数据为依据的模拟图形，而不仅是传统的文字和文本表达方式。BIM三维信息模型是建筑工程设计行业发展中又一项重要先进技术，在信息、数据、数据模型和通用模型中发挥了重要作用，建筑行业逐渐应用了BIM技术，是建筑工程中的模型数字化体现，主要作用解决建筑工程实施和运营中遇到的各种问题，通过与之相关联的各专业技术人员，对施工过程中的相应的信息进行处理，以及配合其他环节维护后期运营管理。

2　BIM技术的特点

BIM三维施工仿真技术，通过对整个建设项目的信息采集，然后对采集到的信息进行数字化。例如：建筑材料、设备、单价以及施工进度等。这些建筑工程数据可以通过BIM三维信息模型转化为相关的数字信息。通过数字信息反映的情况，解决施工过程中遇到的问题，通过相关技术人员，在施工过程中相应的信息处理等环节来维护模型化项目的运行。建筑信息模型是一种数字化的设计、施工和管理的手段，该系统既支持了内部集成管理环境，又提高了整个施工管理过程的效率，避免施工过程中的错误风险发生。BIM技术的独特优势是建立相对独立的工程数据。通过三维可视化环境和办公自动化，可以及时处理信息系统中存在的问题，实现不同专业之间的通信和数据信息共享，提高系统的全生命周期，如图1所示。

图1　BIM模式图

3　建筑结构专业应用BIM的意义

BIM的推广应用是不可逆转的时代潮流，结构专业作为建筑设计的重要支柱，同时又是建筑行业的上游专业，应率先完成BIM的过渡，使其信息参数化、三维可视化、信息管理化。BIM技术对于结构专业的特殊意义在于：

（1）传统的结构设计也有三维的结构计算模型（并带有结构计算信息），但结构计算模型经过一定程度的简化、归并，与图纸并不完全对应；BIM模型则是与图纸完全对应的结构三维模型，满足可视化设计需求，可以避免低级错误。

（2）传统结构设计基本上采用计算模型与图纸分离的模式进行设计，构件信息与图纸标注无关联；结构BIM模型的构件信息与标注相互联动，避免图纸低级错误。

（3）结构计算模型仅供专业计算使用，无法提供给其他专业应用；结构BIM模型可以参与到多专业的协同过程，整体发挥作用。

（4）依赖于Revit平台强大的可视化表现能力，可以对结构构件作各种检测分析，并且以直观的方式表现出来，辅助设计人员对结构体系作出优化设计。

（5）结构BIM模型可以快速统计工程量，虽然目前主要为混凝士量，准确度也依赖于建模规则，但可以作为对项目造价快速估算与对比的参考依据。

（6）结构BIM模型对于施工交底作用较大，可视化交底过程可以显著提高沟通效率，减少信息不对等导致的理解错位。

总的来说，结构BIM技术打破了传统计算模型+二维设计的工作方式，直观的表达设计师的意图，能够减少重复沟通的时间，同时可视化的工作方式，辅助设计师更容易发现问题，对提高结构设计质量具有积极意义。

4　BIM技术在建筑结构设计中的具体应用

4.1　在施工场地分析中的应用

建筑结构设计的合理性不仅体现在建筑结构本身的稳定性和安全性上，而且与建筑场地的环境和地质条件密切相关。BIM系统可与地理信息系统相结合，模拟施工现场，建立建筑工程模型。如图2所示，对建筑场地的特点和条件进行综合分析，选择最佳的施工场地，使建造的适应性和场地条件最优。

图2　BIM模型图

4.2　建筑结构设计

在建筑设计中，BIM模型可以用来分析建筑的投资和建造成本，从而在建筑的早期阶段，决策者对设计方案做出合理的选择，避免后期的返工，减少不必要的投资浪费。例如，某公共建筑的总建筑面积为3000m2。在平面和竖向结构方案确定以后，估算项目成本时，发现成本超过预算。通过优化设计方案，对BIM数字模型进行调整，局部采用轻钢结构，调整局部空间形态和面积，以满足成本控制要求，从而进行优化。

4.3　结构的可视化设计

在建筑结构设计过程中，BIM技术的三维技术可以用来展示建筑结构及其相关构件的立体效果。此外，通过使用BIM技术建立的实体模型，用户可以根据需要从不同角度观察建筑构件特征、尺寸、方向和材料等。

在建筑结构的可视化设计中，BIM技术可以使设计者准确地查看整个建筑的布局和细节，从而快速发现建筑设计中各方面的缺陷，例如建筑楼梯踏步上下净空是否满足空间高度要求，不能碰头，是否有大小差异，以及梁柱是否与水、电管网发生碰撞等等。由此可见，BIM技术在建筑工程可视化设计中的应用，不仅可以提高结构设计的效率和质量，而且可以在结构设计过程中不断发现问题，从而减少结构设计中的误差。

4.4　钢结构建模

在现阶段，钢结构已成为大跨度建筑的主要结构形式，在建设中，通常会面临结构连接和加固处理的困难。钢结构设计的连接方式通常有梁柱连接、梁梁铰接和梁梁刚性连接等连接形式，在设计中需要构件各种参数，来反映各种构件之间的相互连接关系。应用BIM技术，将构件之间的关系通过参数化，三维可视化提取信息，进行合理化设计。例如，可通过参数共享来有效地控制螺栓的数量和合理的间距，设计师通过调整参数以形成更加合理的连接体系；在构件加固件和连接设计中，设计师只需勾画大概的形式，交给建模技术人员，然后通过参数设置反映在参数化的模型中，再作合理的调整，以此确定加固件的准确位置。由此可见，应用BIM技术对提高钢结构的质量和施工效率有着重要作用。

4.5　结构的性能分析

在建筑结构设计中，需要合理布置结构型式，提高结构的抗震性能。在建筑结构性能分析中，一些设计师仍然缺乏一定的分析能力，这项工作将需要大量的人力物力财力投入。将BIM技术应用于结构设计分析中，可以实现对建筑结构性能数据的自动分析，及时发现建筑设计中的缺陷，从而对建筑结构的设计方案作最合理的选择。

4.6　体系结构的协同设计

在BIM建筑模型中，可以实现建筑物结构数据信息的自动更新。在保证建筑结构质量的前提下，可以保证建筑结构模型数据的真实性，并对结构进行合理的统计，在建筑结构统计中，应注意以下几点：

（1）在建立结构模型时，需要依赖于Revit平台的可视化表现力对结构构件作各种检测分析。

（2）保证建筑结构数据的合理性，加强与各专业的协调，通过结构数据的处理，保证建筑设计的协调性。

5　BIM在结构设计中应用的难点

在BIM技术的应用中，由于BIM是新技术，或多或少存在一些问题：

（1）BIM技术的应用尚处于探索阶段，没有标准系统作为参考；由于BIM技术是新应用，暂时没有相应的应用规范标准。最重要的是信息交换，因此BIM标准与软件之间的协调是非常重要的，法律责任的问题体现在BIM技术在使用过程中的合法性和有效性，以及PARAMET的传递。ERS还将涉及知识产权和责任问题，模型和传统技术的内容是相似的。在设计过程的不同阶段，BIM技术设计的深度和内容各不相同，设计标准也不同。

（2）BIM的技术缺陷，由于目前BIM技术尚处于推广阶段，推广中存在的问题采用国外软件，本地化水平不高，工作人员的工作能力也比较严格，软件模块不完善，DATA共享、数据传输程度低；成本相对较高，需要投入大量资金用于技术人员培训和高配置设备，才能保证设备和软件的正常运行。

（3）BIM技术的归档和硬件配置要求较高，配置水平的提高使得其成本增加。因此，解决BIM技术文档存储问题势在必行。

6　BIM在结构设计中构件模型

6.1　建立完整的项目模板

工程模板是设计工作的基础。项目模板的主要内容是对各种线条、字体、符号进行规范化及标准化处理。在BIM技术中，我们需要创建一个更好的质量模板，这样可以减少工作量，避免重复工作内容，提高设计效率。

6.2　设计满足要求的结构构件

结构设计中涉及的构件类型有基础、柱、梁、楼板、墙体、楼梯等，可分为预制构件、现浇构件和钢构构件三种主要类型，可作为结构设计构件模型的构件参考标准。现浇构件是建筑工程中常见的一种结构形式，在选择设计方案时，设计师会根据设计要求和施工条件以及经济性对比合理选择，以避免项目实施过程中诸多问题的出现，做到事前控制，减少各专业之间的矛盾。

7　结束语

从上文的分析来看，BIM技术越趋成熟，有很大的发展前景，现阶段随着我国经济的发展和科学技术水平的提高，建筑工程也处在一个快速发展的阶段，而BIM技术在建筑工程中的应用是十分重要的。BIM技术在建筑的应用主要是在可视化仿真方面和工程的质量安全管理方面体现突出。BIM技术应用于结构设计过程中，会出现因人为因素导致设计不合理等问题，因此，必须要求工作人员具备一定的专业技能和综合协调能力，才能更好的掌握BIM技术的工作原理和应用，从而提高工作效率。对于建筑结构设计专业主要是参与了多专业的协同设计，目前对结构本专业还没有颠覆性的价值。