建筑结构设计中BIM 技术的应用

2021-01-19逯晓强

建材与装饰 2021年2期

逯晓强

（广州市住宅建筑设计院有限公司山西分公司，山西太原 030000）

现阶段，BIM 技术在建筑行业中得以广泛应用，该技术具有可视化、参数化、仿真化功能，可显著提高建筑工程管理控制水平。建筑结构设计和建筑工程管控息息相关，在工程结构设计中合理应用BIM 技术，可改进结构设计质量，为工程作业的顺利发展奠定坚实的基础。

1 BIM 技术概述

BIM 技术融入了建筑学、工程学、土木工程等专业知识，是建筑设计和施工中不可或缺的工具。建筑信息模型中应用了三维技术、计算机技术、物件导向技术，可结合现场概况和工程要求创建系统模型，为工程结构设计提供强大的技术支持。在建筑结构设计中应用建筑信息模型，能科学分析结构性能、连接概况和工程材料，设计人员也可获取更加全面和可靠的数据信息。

2 BIM 技术在建筑结构设计中的主要功能

2.1 模型集成

BIM 技术可量化处理工程设计中的数据信息，在结果信息整合的过程中，认真探究结构设计中所需的信息化模型，如图1 所示。BIM 技术在模型集成过程中的应用可生动地展现建筑结构多个构件间的位置及空间信息和不同构件间的联系，更好地展现建筑结构的特点。应用BIM 技术能够基于建筑模型，清晰、生动地展现设计的理念和设计的最终效果。设计人员可合理利用BIM 的特点和优势更加详细地了解建筑结构，保证设计数据和结果的科学性和准确性，有效预防设计工作中由于人为失误而影响工程施工进度和质量。

2.2 参数整合与编辑

建立建筑模型数据库，实现参数的量化处理是BIM 技术的重要功能，该技术可推动建筑模型数据库中模型创建工作的顺利开展。因此，在建筑结构设计中，整合与编辑BIM 技术是核心重点。BIM 技术在参数确定和组合时，需满足建筑结构参数的要求，注重模型应用的科学性与合理性，确保工程设计效果满足设计方案的要求，全面提高设计工作的质量。

图1 模型集成

2.3 数据信息共享

建筑结构设计过程中，需参考不同类型的信息数据，传统设计软件信息共享和信息交换的效果不佳，应用BIM 技术能够最大限度解决上述问题。设计人员可在BIM 技术和模型的支持下，将所有重要数据均录入数据库当中，其他人员若需查询数据信息，可访问数据库，进而获取结构设计中所需的数据信息。建筑结构设计中，设计人员也可全方位参考其他设计设计者的设计成果，为自身的设计工作寻找灵感，合理调整和修改设计方案，增强设计方案的科学性与合理性。

如今，互联网技术日益完善，大数据和云技术的应用也体现出BIM 技术的安全信息管理功能。BIM 技术的数据共享功能，可显著提高建筑结构设计的整体水平，这有助于后续作业的顺利开展。

3 BIM 技术在建筑结构设计中的应用

3.1 建筑场地分析中的应用

建筑结构设计内容较多且极其复杂，工作人员一方面要认真分析建筑主体结构，另一方面也应认真分析建筑施工场地的地理环境、水文地质环境，从而增强结构设计的科学性和可靠性。BIM 技术不仅有助于建筑结构的合理性分析，也可支持设计前期建筑场地地质及水文环境分析，应用BIM 技术能够在动态数字信息的基础上，探究建筑结构在既定地理水文环境条件中的盈利情况。此外，BIM+GPS 技术，可有效落实建筑场地分析，确定建筑的体系结构，同时也有利于建筑选址的科学决策，确保建筑结构设计与工程施工现场的水文、地质和气候条件相适应，为建筑工程后续施工作业的顺利进行奠定坚实基础。

3.2 创建结构模型中的应用

建筑设计中，若想创建科学合理的结构模型，则需充分利用BIM 技术的功能和优势，基于模型更加准确地描述梁体、柱体和楼梯等重要的结构信息，进而为后期工程施工作业提供更详细和全面的信息。例如，在墙体结构中，要认真分析墙体结构模型创建的总体思路。首先，定义建筑实体，全面掌握结构概况。其次，做好建筑结构模型信息关联和融合处理，以此密切模型与建筑实体间的联系。最后，定义墙体。在建立结构模型后，合理利用和管理建筑空间，实现楼层与墙体相互关联的总体目标。

3.3 创建部分结构模型中的应用

创建BIM 部分结构模型时，会涉及诸多内容，如工程成本、工程材料、工程规格等信息。现阶段，BIM 模型可全面满足构件的多种属性。如在墙体设计中，为定义墙体关联关系，BIM 模型中的构件需要使用多种材料。而墙体也是建筑当中十分重要的构件，上面也提到墙体的构成具有复杂性，主要由结构层、隔热层、墙面和外墙面砖构成。为保证关联的效果，要求工程人员先定义材料属性，了解材料的性质和特点。随后定义集合实体、分层实体和使用实体，并依据材料关联实体，使墙体与墙体材料相互关联，如图2 所示。

图2 墙体楼梯样板模型

3.4 创建关联性结构模型中的应用

对称性关联下，如果对主实体进行调整，则梁实体也会发生变化调整，反之也是一样。设计人员在结构设计的过程中，应充分考虑个体间的关联。BIM 模型可有效体现结构的关联性，也可更加直接地展现信息的关联性。其中，非对称关联主要指两个实体间的主从关系。这种关系是指修改主体后，建筑实体也会随之发生变化，但是对结构主体几乎没有影响。例如，墙体和洞口，墙体为实体，洞口为主体。洞口依赖于墙体，如拆除墙体，也要同时拆除洞口；如拆除洞口，则无须拆除墙体。切断二者的关联关系是上述过程的主要影响。关联墙体与洞口结构能够建立二者间的实体关联。

对称性关联也是一种十分重要的关联形式，是与非对称性相对得到的两个实体之间所形成的关系。若其中一个实体发生变化，则另一个实体也会发生相应的转变。如建筑结构梁柱关联中，基于建筑构件关联梁、柱实体，若调整主体，则梁实体也会发生十分明显的变化，反之亦然。

3.5 建筑结构性能分析中的应用

建筑结构设计并非罗列建筑结构框架，主要是使建筑结构具有审美性的同时，也具有优良的抗震性能。如无法维护工程结构的稳定性和安全性，则需优化建筑结构设计，从而满足建筑工程的规范和要求。结合过往的经验，若开展建筑结构性能分析，需要较长的时间，而且也会投入大量的人力、物力和财力。同时，在分析过程中无法保障分析结果，这主要是由于人的主观性较强，或者无法严格按照规范要求完成各项工作，相应的也就不能维护结构性能分析结果的准确性和可靠性。合理利用BIM 技术，可充分展现性能分析软件的作用与价值。自动化分析模式可最大限度地减少结构设计失误，若在结构设计中发现不足之处，可第一时间采取有效措施加以控制和调整。

3.6 建筑结构协同中的应用

利用BIM 技术可实现建筑工程数据信息的及时更新，也可及时增加和删减信息。为有效减轻数据信息对设计的影响，首先要对不同区域采取不同的设计措施，防止工程结构设计中出现信息无序的问题。其次，在模型中可设置中性数据，这样即使设计人员较多，也不会在数据交流中出现明显的问题。在协调工作中要求人员高效整合所有的重要数据，利用统一的平台做好信息分析和处理工作，从而增强建筑结构设计的协调性与合理性。