BIM 建筑结构设计方法分析

2020-08-30夏华祥

建材与装饰 2020年25期

夏华祥

（贵州省建筑设计研究院有限责任公司，贵州贵阳 550081）

0 引言

BIM 技术是现代建筑工程发展的主要方向，其具备的可视化、参数化等特征，对于建筑工程提升意义重大。但BIM 技术建筑结构设计应用较为浅显，这虽然存在已有建筑结构设计软件功能较为完善的影响，但同样表明BIM 技术自身在应用层面存在一定缺陷，需要进行针对性优化。

1 BIM 技术及其优势

BIM 技术即建筑信息模型构建，不同于传统的二维工程图纸，BIM 技术成图中包含了建筑设计、空间结构、建筑参数等建筑物相关的全部信息，并采用三维图像的方法进行直观展示，是消除不断复杂化发展的建筑工程中不同专业内外冲突的有效技术手段。相较于传统设计方案，BIM 技术具备的优点有：

1.1 可视化

如图1 所示，BIM 技术最终产出图像不同于传统意义中的三维线条，可以十分清晰的展示建筑物设计过程中的全部细节。且BIM 技术产出的标准图像具备与查看人员互动的能力，可以展现出局部设计细节与参数。建筑工程参与者可以通过BIM 图像直观查看建筑设计当中是否存在不合理之处并进行尝试修改，减少建筑施工进程中现场修改发生的频率，最大程度上简化施工与验收流程，提升建筑设计与建筑施工的质量。

图1 上海世博会BIM 建筑设计

1.2 模拟性

BIM 技术具备一定的模拟结构，即采用BIM 技术进行建筑设计时，建筑人员可以通过软件模拟光照、行人、行车等因素对建筑物的影响，也可以进行建筑物内部如供热管线试运行，建筑设计过程能够更加细致的考量使用状态，建筑设计的科学性与合理性大幅提升。

1.3 关联性

即BIM 技术为一项从整体角度进行建筑设计展示的技术类型。当设计人员对建筑物某一构件进行修改时，其相关部件都会发生适应性改变，更加精确、直观的展现建筑设计更改所带来的效果，提升建筑设计的合理性，有效平衡了不同专业建筑设计中的冲突，对于寻求最佳建设方案有重大价值。

1.4 参数化

参数化主要指BIM 技术成图中直接包含了设计参数信息，并与对应构件配合展示，增强不同专业设计人员信息共享的效率，提高了建筑设计优化的速率，在建筑设计阶段的不同人员工作协调中意义重大。

2 BIM 技术在建筑结构设计中的应用

建筑结构设计主要包含三个流程，分别为依据业主方提供的地形地貌、地质稳定程度、建筑物个性化需求等进行基础结构设计；充分考量建筑自重、建筑使用、风雪等荷载条件进行建筑物参数核算；绘制建筑施工指导图纸[1]。BIM 技术在其中的应用方向主要包含：

（1）三维模型图可以将建筑结构设计成果清晰展示出来，便于设计人员对梁、柱、墙、楼梯、空间等结构设计的合理性进行直观分析，提升建筑结构初步设计的科学性，排除其中的不协调因素，避免后续参数核算过程中对结构设计进行临时调整影响工作速率。同时，三维立体空间展示有利于设计人员与业主方进行沟通，保证建筑结构设计更加符合业主方的需求。

（2）BIM 技术中强大的模拟功能对于参数计算提升作用巨大。传统参数核算过程只能在大量因素综合核算的基础之上，得出一个并非完全精确的表面荷载而后进行进一步参数核算。计算过程复杂，参数精确程度同样难以标定。BIM 技术可以从整体角度分析各种荷载对于建筑物的作用成果，帮助设计人员进行更加详细的受力分析，有效提升了参数计算流程的效率。

（3）建筑结构设计并非孤立开展的，而是需要与不同专业设计人员进行充分的交流协调，但由于专业界限及门槛的存在，协调工作往往十分低效。BIM 技术以直接展示设计成果与影响分析的模式，消除了专业界限，不同专业设计人员拥有更高的相互理解程度，专业协调工作效率提升明显，建筑结构设计工作成效大幅增长。

（4）图纸质量优化。传统施工图纸中以二维图像展示三维的模式，虽然能保证建筑施工的正常开展。但随建筑结构设计的不但复杂化，施工人员图纸理解难度明显提升，设计人员施工参与程度不断提升。而BIM 技术的应用，在图纸提供的同时，也提供了更加直观形象的建筑信息模型，有助于施工人员进一步了解工程设计的意图，保障工程施工质量。

3 BIM 在建筑结构设计中优化应用

BIM 技术在建筑工程中应用优势巨大，但受多种因素的影响，BIM 技术在建筑工程中应用并不深入，尤其在建筑结构设计层面，BIM 技术综合应用仍停留在尝试与研究阶段，在工程中实际出现的频率较低。

3.1 技术限制削弱

BIM 技术虽然现代主要应用在建设工程当中，但一方面BIM技术并非完全起源于建设工程体系当中，专业院校在建筑结构设计人才培养进程中极少涉及BIM 技术，建筑结构设计与其深入结合存在一定的技术门槛；另一方面，虽然BIM 技术构想提出较早，但实际发展时间较短，与建筑工程综合发展时间更短，技术层面仍旧存在一定缺陷[2]。针对该种现象，相关人员及部门应当从多方面入手，促进BIM 技术与建筑结构设计的综合运用。

（1）加强人才培养力度。人才培养同样包含两方面内容。一方面，加强现有设计人员技术培养。即针对全部在岗设计人员进行BIM 技术教育，帮助其熟练掌握BIM 相关软件的应用，与BIM 技术在建筑结构设计中的应用途径与具体方法，加速建筑结构设计与BIM 技术的综合发展。作为一项陌生程度较高的技术种类，即使存在详细的技术教育，综合应用初期也会存在多种多样的问题。因此，单位可以考虑为建筑设计团队配备BIM 技术专业指导人员，保证技术应用初期，建筑结构设计不会受到BIM 技术的限制而产生小幅退化。另一方面，加强综合性人才的储备，建筑结构设计人员培养院校应当将BIM 技术重视程度与课程比例提升到与CAD 相同或者相近，保证综合性人才储备的数量充足，为BIM 技术与建筑结构设计综合发展提供人才与技术支撑，保证研究与应用层面的同步飞速提升。

（2）BIM 技术面向建筑结构设计的针对性优化。现有BIM 操作软件在部分层面与建筑结构设计偏离较大，强行应用虽然会在一定程度上提升建筑结构设计的效率，但对于设计人员的工作流程有一定负面影响。如现代常用BIM 软件之间兼容性仍存在一定疑虑，物理模型与数据模型相互转换效率较低，需要人为进行一定的修改；如我国尚未有独立的BIM 技术操控软件，软件成图功能与我国建筑结构设计标准有一定的差距，最终成图工作较为困难。因此，相关部门要做好BIM 技术优化工作，面向建筑结构设计应用进程中存在的主要问题与建筑结构设计进步主要的功能需求进行针对性技术与软件优化设计，提升BIM 技术与建筑结构设计的相性，为二者综合应用发展提供良好的基础条件。

3.2 前期成本投入削减

BIM 技术应用前期投入十分巨大，昂贵的设备购买、高昂的相关软件使用费用、大量的人员培训成本，相较于传统工程软件，BIM 技术的应用成本通常在几倍以上。相关调查数据表明，针对某些大型企业或者部门投资项目来说，BIM 技术成本已经成为建筑工程中最为主要的资金消耗。虽然整体层面经济效率有一定程度提升，但高昂的前期投入使我国大多数企业不具备使用BIM 技术的经济条件。

针对该种现象，可采取鼓励BIM 技术服务提供行业的发展，即通过第三者介入的方式，实现BIM 技术前期成本投入的分担。使小型企业同样具备使用BIM 技术经济可行性。但BIM 作为现阶段尖端技术种类之一，市场化技术服务往往代表着十分高昂的服务费用，可能导致部分企业依旧不具备技术应用的可能性。相关部门应当做好市场监管与协调工作，在支撑BIM 技术建筑结构设计应用推广与服务商家设备与技术价值层面做好平衡，寻求一个多方均能够接受的市场标准，保证BIM 建筑结构设计的发展。

3.3 国家标准的细化

我国于2016 年便在清华大学的引领与指导之下推出了BIM建筑结构设计执行标准[3]。但对于初步发展的行业来说，严格的总体标准是远远不足的，需要结合大型企业与政府部门的实践经验对其进行进一步细化，使执行标准具备较高的指导意义，为企业技术应用与发展提供支撑，保证市场实践进程中发展方向的正确性，确保技术应用的基础成效，充分激发中小型建筑企业进行技术尝试的积极性，加速BIM 建筑结构设计的进步。