建筑结构设计中BIM技术的应用

沈天生

宁夏上陵房地产开发有限公司 宁夏银川 750000

BIM技术在整个建筑施工过程中都是一直存在的。它专注于数据的收集和分析，从各个部分收集数据，包括建筑师、施工队、管理队等。BIM技术的作用是，在建筑设计过程中设计师可以利用这项技术建立出一个三维的视觉效果图，充分利用三维效果的特点去设计更好的建筑工程。而且在关于建筑设计、三维集合、工程造价等方面设计时，这个技术更是可以有效的应用于施工、管理以及规划等各个方面。以便从根本上改变以前的设计风格，提高建筑设计的特点。

1 BIM技术概述

BIM技术是一种工程数据模型，以三维数字技术为基础集成了建筑工程项目的各种信息，因此，可以为建筑工程的设计和施工提供协调一致的信息，其中核心信息是建筑信息，具体内容包括参数化的图元和参数化修改。BIM技术不仅可以用在建筑的设计和施工过程中，还可以在建筑交付后的后期运营和管理中发挥作用，可以应用在建筑全寿命周期中[1]。主要的特点有：

1.1 设计模型的可视化

传统的基于CAD软件的建筑结构设计是二维平面设计，设计成果只能通过平面来展示，很难体现出立体结构的效果。BIM技术可以同时呈现结构设计的三维立体效果和实现建筑实体的立体建模

1.2 设计信息集成化

根据BIM基础模型，各个专业的设计可以将设计的参数如构建间的空间、尺寸、材料等信息输入到模型当中，实现各个专业间的高度集成。

1.3 可传递性

BIM技术可以在设计的各个数据之间建立有效和统一的关联，不需要设计人员去更新相关工作，若程序自动修改了某项数据或内容后，系统能够自动将修改内容反馈到与之关联的图元中，提高工作效率的同时减少了设计错误率。

2 基于BIM的建筑结构设计流程

为了弥补二维设计图纸的缺点，结合BIM技术特点和应用情况，利用BIM技术对传统的结构设计流程进行了优化，主要包括如下3个方面。

2.1 方案设计阶段

基于BIM技术的结构方案设计阶段的管理流程：结构专业先依据建筑专业提交的方案模型，结合项目实际情况进行结构方案的设计和建模。然后，对结构模型进行计算和分析，并进行调整和修改及校审。下一步汇总各专业的方案模型数据，并进行设计协调[2]。最后，修改和调整各个专业的设计方案，进入初步设计阶段。

2.2 初步设计阶段

基于BIM技术的初步设计阶段的流程：首先项目的各个专业相互提交方案模型，根据地勘报告和荷载信息进行结构的初步设计建模，在此过程中，结构和其他专业互提设计模型，进行结构构件位置和尺寸的初步设计并初步预留各专业的设备孔洞。然后计算和分析结构模型，并对结构进行调整、修改和校审。最后根据各初步设计模型对数据进行融合和汇总，进行必要的修正和调整后进入下一个阶段。

2.3 施工图设计阶段

基于BIM技术的结构施工图设计阶段的首要任务是各个专业相互提交初设模型，根据项目的地基、风荷载、地震等实际情况，构建结构设计模型。建模完成后，对结构进行计算并对结果进行调整和修改、校审。然后，汇总组合各设计专业的初步设计模型数据并进行设计协调和修改，继而完成结构施工图的设计模型。最后，可直接生成二维施工图，经过和结构模型的校核后就可以将施工图的BIM立体设计模型和二维图纸一并交付给业主。

3 BIM技术应用于建筑结构设计的实践

3.1 建筑结构设计BIM技术概述

建筑工程结构设计全面应用BIM技术，充分利用BIM三维模型。结合结构设计需要的材料力学性能和弹性模量等参数，输入结构荷载对各杆件受力进行计算分析，分别选择不同构件的分项系数，设置调整BIM建模各构件工具栏中的相关数据。经过软件计算生成结构设计三维模型，直观地对结构设计进行检查。从而优化梁、柱、墙、板的截面尺寸与建筑功能以及安装之间的关系。通过BIM模型，查看梁柱节点钢筋分布的合理性。及时修改或调整梁柱节点处加力钢筋密集的矛盾，解决结构设计施工图中存在的问题。利用BIM技术，使铰接支座两端相邻梁的不同配筋，进行比对分析，利用一端受力钢筋的锚固长度，兼并另一端的加力钢筋。同时，对结构柱在不同高度或楼层，根据结构荷载计算，调整框架柱钢筋混凝土截面，分析哪些纵向钢筋需要锚固，或者哪些纵向受力钢筋继续延伸[3]。

3.2 深化设计

在复合材料设计中，BIM项目中的参数化不仅可以提高项目的性能，而且可以减少仿真负载，同时也提供了更大的灵活性，这使得BIM技术具有更高的适应性。预制构件加固结构设计时，参数是指整个设计的核心，预制构件参数化必须与板、楼板等构件类型、排水沟和楼板相结合。通过BIM技术，在结构设计过程中，可以降低投资成本，控制材料浪费，减少施工难度。利用BIM结构设计技术，对地震破坏，抗震性能分析，风载、雪载等结构设计验算，以及结构设计的安全性比对，发挥着重要作用。

4 结语

由于BIM技术在国内的应用才刚刚兴起，在应用过程当中还面临着诸多问题，设计阶段的模型细度不够明确，BIM结构模型和第三方结构分析软件在使用上的兼容性问题，对于BIM模型生成的建筑结构的二维施工图不一定完全符合相关的制图标准，有时需要二维CAD辅助完成节点、细部的设计。另外，BIM技术的使用也会明显增加设计单位的人力和运营成本，软件的维护费用也会增加。

综合来讲，BIM技术会明显提高建筑结构设计的效率和设计的质量，从长远的角度来看，BIM技术符合建筑设计企业质量管理的目标，会逐渐被整个设计行业大规模地应用。