BIM 技术在建筑结构设计中的应用

卢亚东

中铁建安工程设计院有限公司（050043）

在各项高新技术的支持下，建筑结构设计的质量越来越好。其中，BIM 技术的应用为建筑结构设计提供了有力的支持，其自身的优势为建筑结构设计带来了便利，为建筑结构的稳定性和安全性提供了基础保障。因此，加强BIM 技术在建筑结构设计中的应用有着重要的现实意义。

1 BIM 技术及其优势

BIM 技术以建筑工程项目相关数据为基础建立相应的建筑模型，并通过仿真模拟的方式反映出建筑工程的实际情况和真实信息。与传统的设计方式相比较，BIM 技术应用于建筑结构设计有着非常明显的优势[1]。

1）实现结构设计的可视化。在BIM 技术的支持下，建筑结构设计可以建立三维模型，让整个结构的设计情况可视化，动态地展示出结构设计的具体情况。设计人员可以通过改变BIM 模型中的相关参数对整个建筑方案进行实时调整，不断对方案进行优化，保证建筑结构设计的质量满足实际要求。

2）实现结构设计的协调性。在建筑结构设计的过程中涉及到很多个专业，需要有多个部门的参与。传统的设计方式在吸收不同部门意见的过程中会频繁地修改设计，费时费力；而采用BIM 技术进行设计，只要将各个部门的意见有效糅合到软件中，就可以实现不用部门之间信息的协调，在设计的过程中也能够更好地满足不同部门的设计需求，保证设计质量。

3）实现结构模型的碰撞检查。以往的设计方式无法全面并实时体现出建筑结构中不同个体、元素之间的碰撞情况，导致设计的内容不尽合理，影响了后续施工的质量。而利用BIM 技术能够实时展示出建筑结构的三维模型，设计人员能够直观、及时地发现结构中不同个体、元素之间的碰撞问题，为及时消除问题、提高设计质量奠定良好基础。同时，这种及时发现并解决问题的方式也能够有效降低返工率和设计成本。

2 基于BIM 技术的建筑结构设计

与传统的设计流程相比较，基于BIM 技术的设计流程发生了一定的变化，包括数据传输的变化、工作流程的变化及设计质量的提升等。BIM 模型是一个较为完整的、统一的共享数据库，相关结构设计工程师可以在方案阶段就对结构进行设计与分析，并建立专业的信息模型，数据的交换与共享更加频繁、及时[2]。

在初步设计阶段，设计人员可以根据结构专业及其他专业的修改意见对设计做出进一步的修改和优化，协调好不同专业之间的技术冲突，并基于BIM模型生成平面设计图纸，保持模型与图纸之间的协调一致性。如Revit 设计可以分为BIM 建模、结构构件绘制、结构分析等设计环节，且能够产生质量较高的设计效果。

由于使用了BIM 技术，很多原本在施工图设计阶段才能完成的设计工作都发生了一定程度的“前置”，在初步设计阶段就已经完成，所以施工图设计阶段的设计工作量也间接地减少了一部分。但是由于要满足传统的绘制标准，所以施工图设计阶段的设计重点依然是要对BIM 模型所生成的二维图纸进行有效的调整与深度设计。

3 BIM 技术在建筑结构设计中的应用

由于BIM 技术在建筑结构设计中有着较多的应用优势，且操作流程较为便捷，所以其在建筑结构设计中的应用较为广泛。

3.1 在建筑空间规划中的应用

建筑空间规划是建筑设计的初始阶段，当建筑区域确定以后，设计人员可以利用BIM 技术对区域的空间进行合理规划。根据区域的地形条件，利用软件的各项功能，对建筑区域空间的各种参数进行全面且深入的分析，包括坡向、斜率、坡高等。与此同时，为了保证空间规划分析相关数据的准确性，在使用BIM 技术进行空间规划的过程中，可以与GIS技术相配合来对各项参数进行分析，全方位、多角度地获取基础性数据，为后续的设计提供更加全面的资料。此外，BIM 技术还能够对建筑的内部空间进行合理规划，包括建筑内部的视野、 可视度、坡度、功能空间等，设计人员可以根据设计需求对空间模型相关参数进行调整，综合考虑多种因素来确定三维空间规划设计的方案[3]。

3.2 在建筑结构性能分析中的应用

建筑结构设计中需要关注不同构件之间的组合情况，可以利用BIM 技术对不同构件组合情况及建筑结构性能进行分析，形成建筑结构形式。设计人员可以将结构参数输入到BIM 软件系统中，利用软件对结构性能进行数据分析，及时发现并解决结构设计中存在的问题，以提升建筑结构的安全性、抗震性、稳定性等。以抗震性为例，在抗震性能设计的过程中，为了保证建筑结构的抗震性能能够满足建筑所在地区的抗震要求，需要在BIM 软件系统中输入精确的参数，如抗震设防烈度、抗震墙最大间距、抗震设计特征周期值、基本地震加速度值等，以保证抗震性能满足设计要求。

3.3 钢结构设计建模中的应用

当前钢结构已广泛应用于建筑中，其结构的布置、连接较为复杂，保证各个部件结构稳固性的难度较大。而借助BIM 技术对钢结构进行建模，能够对钢结构的高度进行测算、 对连接件设置进行计算、对钢结构的合理布置进行设计等，更好地进行钢结构的设计。与此同时，通过BIM 技术参数的共享，能够对钢结构连接件的数量及距离等重要的参数进行合理设计；当参数需要变更的时候，仅仅在软件系统中调整相应的参数就可以完成对设计的更新。对于钢结构的加强件，可以通过软件来绘制质量较高的图样，合理设置加强件的位置，以此来保证钢结构设计的效果[4]。

3.4 在建筑节能设计中的应用

节能设计是建筑设计中较为重要的环节之一，其主要是借助建筑结构本身及周围自然环境的特点，对自然资源进行合理利用，以减少不可再生资源消耗量。现阶段，建筑结构的节能设计主要包括自然采光、通风、保暖等。利用BIM 技术，能够以可视化的动态模式对自然环境、建筑结构等进行合理分析。对于通风节能设计来说，往往会受到建筑本身结构、朝向及环境等方面因素的影响，设计人员将搜集到的资料、数据输入到系统中，对环境进行自动模拟，以提升对周边环境的利用率，达到最好的自然通风效果。对于自然采光来说，设计人员可以将建筑当地的日照、气候条件相关数据输入到系统中，获得最佳的结构设计比例，从而加强采光与保暖设计的综合水平，在提升建筑结构节能效果的同时也能够促进人与自然的和谐发展[5]。

4 BIM 技术在建筑结构设计中的应用难点

BIM 技术在建筑结构设计中的应用虽然有着非常明显的优势，但是受制于技术方面及历史遗留因素的影响，我国在BIM 技术应用方面与发达国家相比还有一定的差距，需要进一步加强对BIM 技术的开发和应用。数据是建筑信息的核心与载体，所以要将数据的利用进一步规范化、有序化，实现全生命周期应用，促进BIM 技术在不同专业、阶段发挥应有的效用。此外，BIM 技术虽然功能强大，但是我国主流设计软件之间的信息交互还存在着较大的问题，不同软件之间的端口链接还需要进一步完善。同时，我国相关部门需要加强基于BIM 技术的设计规范的建立与完善，保证BIM 使用的规范化[6]。

5 结语

在建筑结构设计的过程中，BIM 技术发挥了非常重要的作用，其不仅具有可视化与动态化的功能，同时也能够协调不同专业之间的设计需求，提升结构设计的质量。在实际情况中，BIM 技术主要应用于空间规划设计、结构性能分析、钢结构建模设计、节能设计等方面，在应用中需要不断完善，攻克技术难点，为建筑结构设计质量的提升奠定良好基础。