BIM 技术在建筑结构设计中的运用探讨

张 韦 山西省建筑设计研究院有限公司

1 引言

对于建筑结构设计而言，所需获取的信息规模越来越大，处理和协调的内容越来越多。而这些数据、信息又是建筑结构设计期间最为基础、关键的资源，需要在实际设计、施工过程中进行有效利用，才能更好地降低工程建设成本、缩短项目建设周期，改善现场质量，提高安全工作水平。BIM技术的出现、运用对于建筑工程行业的现代化、信息化作用重大，其运用实现了建筑结构设计由二维转向三维，推动了建筑行业新一轮信息革命，帮助企业在设计、生产、经营等阶段降低成本，推动建筑工程领域可持续发展。

2 BIM技术概述

2.1 BIM技术定义

BIM技术暂时仍未有统一的定义，BIM技术利用三维模型对工程项目进行设计、施工、运营等活动进行管理。BIM技术依托现代3D数字化信息技术，对工程项目不同阶段的信息进行集成，实现项目工程特性、设施实体的数字化表述。

2.2 BIM技术特点

1）协调性：BIM技术运用过程中能够实现功能协调，避免出现冲突，减弱建筑整体功能表述。2）模拟性：BIM技术以现实为基础构建相应模型，运用过程中可以通过技术措施对建筑结构设计情况进行直观的观察、分析。设计人员通过模拟实验对建筑施工期间可能出现的问题进行模拟，找出最为合理的解决措施。3）优化性：BIM技术可以对资源数据进行优化，提升建筑结构实体的安全性、稳定性。现代建筑结构设计涉及多个专业领域的内容，设计人员无法对各类影响因素进行掌握，利用BIM技术能够最大限度地确保建筑结构设计安全，降低危险因素对建筑自身的威胁。4）可视化：BIM技术利用3D技术进行建模，实现对建筑结构直观、如实的反映，提升结构安全性、稳定性的设计表述。在可视化条件下，利于多方沟通、交流，提升建筑结构设计的科学性、系统性。5）可出图性：根据建筑结构设计方案BIM可自动生成图纸，提升设计效率、缩短设计时间。

3 BIM技术在建筑结构设计工作中的运用实践分析

3.1 形成三维实体模型

BIM技术不同于CAD技术，在进行建筑结构模型构建时，BIM技术可以构建三维实体模型，借助三维实体模型能够将建筑工程项目的整体结构情况呈现出来，直观地表示不同构件，并明确不同建筑结构构件之间的关联。实际设计过程中，BIM技术与可视化技术进行结合，不仅能够确保建筑结构设计方案的科学性、合理性，而且利用BIM技术建立三维实体模型能够针对设计过程中存在的问题进行分析、解决。

3.2 对建筑空间进行规划

建筑空间规划在结构设计过程中需要及时进行关注，这也是建筑结构设计的初始环节。在建设区域确定后，设计人员要对该区域进行空间规划，若该区域的地形状况较为复杂，需要开展较为深入的空间规划分析。借助BIM技术对建设区域进行空间规划，分析建筑区域的坡向、坡高、斜率等参数，针对复杂地形建筑空间，提供有效的设计技术支持，进而开阔设计人员思路。通过GIS技术进行坡度分析，建立相关BIM模型，对各类参数进行模拟，设计人员通过模型对施工区域进行全方位、多角度的研究，获取大量基础性数据，为后续正式的建筑结构设计、空间规划工作提供详实资料。在建设区域地形分析工作完成后，设计人员即可开展空间规划工作。另外，通过BIM技术还可以在建筑内部进行视野分析、可视度分析，类似于坡度分析，设计人员建立相应模型实现对各项功能的分析、调试，综合多种因素，最终确定三维空间规划实际情况。

3.3 研究分析建筑结构性能

建筑结构设计需要关注各设计构件的组合情况，并关注实际建设需求，通过BIM技术对建筑结构性能进行有效分析，将不同的建筑构件进行排列，最终形成所需的建筑结构形式。设计人员将各类性能分析数据输入到BIM模型当中，软件系统对数据进行分析，获取当前建筑结构性能分析结果，了解其可能存在的问题，呈现给设计人员后，对其进行研究，找出有效的方法进行解决。通过这种分析、计算确保建筑结构整体稳定性及抗震性能够满足工程建设要求。

3.4 建筑钢结构的设计建模

建筑工程中针对大空间、大跨度的需求越来越多，而钢结构是实现这些需求的重要趋势之一。相较于传统建筑结构，钢结构的布置、连接相对复杂，特别是各个部分的加强件布置难度较大。借助BIM技术建立建筑钢结构模型，可以对钢梁结构高度进行测算，为钢结构连接件设计提供有效的计算依据，保证连接件能够更好地适应钢结构设计需求，同时转化为系统内重要参数。设计人员通过BIM技术参数共享功能，可以控制钢结构连接件数量、距离等重要参数。BIM技术还能对连接件参数变更进行及时更新，只需调整系统内参数，即可完成对连接件的构建。对于钢结构的加强件，可以利用BIM技术绘制高质量的大型样图，并针对设计的实际情况合理确定加强件位置，提高钢结构建模设计效率。

3.5 建筑结构与其他专业的协调

建筑结构设计过程中，会涉及其他不同专业的人员、内容，需要借助有关人员的协调配合，实现最终的建筑结构设计目标。在建筑结构设计之初，利用BIM技术建立有效的信息共享系统，将涉及的数据、资料、设计要求均录入系统当中进行存储，供不同专业人员查阅。若出现其他专业设计内容变化，系统数据库会及时进行更新，确保各专业设计信息的及时性、准确性，设计人员可在系统当中对不同专业的设计信息进行及时掌握，并结合自身设计内容进行有效调改。有效改善传统模式下二维图纸的协同设计，满足相关设计工作开展的需求。BIM技术将不同专业的数据进行转换，形成可视化的内容，提升了各专业人员的沟通、合作的效率，通过整合各方参与工程建设的人员、信息，实现建筑工程项目的协同作业。

3.6 BIM技术在建筑结构设计中运用注意点

BIM技术运用于建筑结构设计时，设计人员要在软件当中构建相应的建筑模型，选择有效的算法对建筑结构进行分析，最终呈现出有效的建筑结构信息数据，然后结合用户需求形成动态化结构模型。要想实现BIM技术的合理运用，设计人员需要进行综合考虑，确保建筑结构模型空间的真实性，避免影响BIM技术的实现。针对BIM 系统模型能否形成施工图纸进行深入分析。深入研究施工材料、结构性能、人员素质等多种因素影响，对使用BIM系统时涉及的各类数据进行分析，确保建筑结构性能可以达到标准规范及设计要求。

BIM技术构建的模型当中包含了建筑物理模型、建筑结构分析模型、施工图文档完全数据模型，在实际建筑结构设计工作中，需要严格遵循相关标准规范及设计要求开展工作，保证结构构件能够达到相应的技术标准要求，实现各种类型数据模型之间的有效连接。若无法保证建筑结构构件设计达到规范要求，可能会出现大量数据丢失的情况。所以，在建筑结构设计工作中，设计人员一定要对BIM技术运用中存在的问题进行深入的研究、分析，结合建筑工程实际情况及时制定有效解决措施，发挥出各个模型的最大效用。

4 结语

人们对建筑质量、舒适性的要求越来越高。建筑结构设计过程中运用BIM技术能够提升设计质量，实现建筑行业数字化、信息化发展。设计人员需要充分了解BIM技术，关注建筑结构设计过程中BIM技术运用的关键，促进BIM技术在建筑结构设计领域中获得更多、更深入的运用，保证建筑设计工作的整体性，同时具有更高的科学性、艺术性。