关于BIM建筑结构设计过程的研究与实现

舒 鹏

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司， 湖北 武汉 430056）

1 建筑结构设计效率低的主要原因

目前的建筑结构设计中，通常采用结构模型数据来描述结构构件的数据参数，这也是建筑结构设计的基础，而所有设计工作的开展都需要依靠结构模型数据。建筑结构设计的过程，从实际出发，包括方案设计阶段、结构计算阶段、施工图制作阶段和碰撞检验阶段，每一阶段都需要四套结构数据模型来支持，这四套模型往往具有一定的独立性，这也是建筑结构设计效率低下的主要原因[1]。

2 BIM建筑结构设计过程分析

随着 BIM技术的应用，参与 BIM的人员的专业分工也发生了变化。整个设计单位要有专门的 BIM技术管理部门，其他专业人员要各司其职，共同完成建筑结构的协同设计。就目前 BIM的应用情况而言，专业协同的效率较低，而计算机技术的发展又不能满足协同设计的基本要求，无法全面实现BIM技术的全面应用。在当前阶段下，应从现有技术条件出发，实现建筑结构设计的信息集成，彻底解决设计中依赖 CAD手工绘图的问题，在充分利用 BIM技术的基础上，更全面地运用计算机技术，把 BIM技术应用于建筑结构的设计过程中[2]。

当前阶段之下，想要将 BIM技术应用于建筑结构的设计过程中。应先建立建筑物的结构模型，再对建筑物的结构参数进行计算，从而确定建筑物的结构设计方案，再生成相应的模板图，在模板图生成后，对修改过的建筑物模型进行自动的更新和计算，从而实现施工图自动生成，并将建筑物的结构模型发送到 Revit软件进行碰撞检测。这样既能满足当前建筑结构设计的基本要求，又能使 BIM结构设计流程得到全面实施。

3 AutoCAD自动成图技术

从以往建筑结构设计中产生低效的原因分析， AutoCAD的自动成图功能是目前提高结构设计效率的关键，通过 AutoCAD自动成图技术，可以减少在建筑结构设计中所需的人力、物力，提高设计效率，实现 BIM技术的全面应用。目前，许多设计者仍采用 AutoCAD手绘图纸的形式进行图纸绘制，而要实现 AutoCAD的自动成图，则需要通过设计软件的快速成图技术，加入联机修改功能，从而使 AutoCAD自动成图技术能够满足施工设计的基本要求。借助 BIM技术，高层建筑结构计算完成后，可以在 AutoCAD系统下实现十几组标准图层模板和配筋图的生成。为了使这些图形的标准与使用要求相一致，需要从以下方面完善自动成图技术[3]。

3.1 建立描述墙柱梁板的通用结构模型

应用 AutoCAD自动成图技术，要实现快速自动成图，就必须建立相应的墙柱梁板通用结构模型，有效地解决混凝土结构施工构件的数学描述问题，从而提高建筑结构设计效率。我国自 1993年就开始着手建立相应的数学模型，从实际情况来看，目前的数学模型已经能够在一天之内完成一个厂房的设计，能达到较好的设计效果[4]。

3.2 使规范要求与设计方案进行有机结合

应用自动成图技术时，其设计成果既要能满足我国现行相关标准和规范的要求，又要能体现设计的智能化和个性化，从而使设计者的绘图过程完全模仿。它还要求相应的技术人员能将多名工程师的绘图思路和操作流程进行集成，并输入到专业的绘图系统中，从而使绘图结果更能符合建筑结构设计的具体要求。

3.3 设计习惯要具有选择性

因为不同的设计者有不同的设计习惯，所以在 AutoCAD的自动成图技术中，施工图的表示应根据不同的设计习惯而定，在数学模型的建立和描述上要更加完善和开放，能满足不同设计院的基本需要。

3.4 符合手工制图的习惯

AutoCAD的自动成图技术基础在于手工成图，而自动成图技术的目标是获得相应的施工图，从而减少手工绘图中存在的诸多问题，提高成图的效率和质量，因此，应使手工成图和自动成图结果保持一致，否则，涉及人员的基本需求将难以满足。AutoCAD自动化制图技术中，包含了两个不同的技术路线，一个是基本图元绘图，另一个是自定义实体绘图，两个绘图技术路线应满足施工对技术性和灵活性的要求，使之符合设计者手工制图的习惯。

3.5 一次性生成所有的构件图样

一次生成所有组件图样是保证 AutoCAD自动化成图技术效率的关键，在相应的 Dwg文件下，要包括所有标准的组件模板的组件图形，同时组件图样必须符合设计规范和要求，以使设计过程更简单、更方便，同时还能降低出现设计错误和问题的机会。

3.6 智能化的字符标记

利用自动成图技术，在 AutoCAD中，每个图元的位置和大小都能被标注出来，并考虑到它们之间存在的联系，使每个图元素能智能的移动到不重叠的位置，从而使图元更直观、更清晰，可以直接应用于设计方案中。

4 建筑结构设计的联动修改

应用 BIM技术后，建筑结构设计需要能够协同设计，对模型中的内容进行修改后，模型中的其他内容也会随之修改，这也要求成图技术中引入联动修改机制，以提高修改效率。举例来说，当两个边缘构件合并时，能够合并构件的编号，并将相应的信息、参数和数据传递给两个边缘构件，这样可以使边缘构件合并过程更快，同时减少产生多种错误的可能性，提高建筑结构的设计质量。并且在 BIM下的 GSPLOT软件中，与之相对应的部件数据信息和人工编辑命令就有 50多个，全部包含了联机修改功能，可以使图形修改的效率得到全面提高。

5 Revit转换接口

目前的建筑结构设计中， BIM技术通常是通过 Revit软件实现的。但直接在建筑结构模型中建立结构模型往往需要耗费大量的人力、物力，因此，在常用的建筑结构设计软件中，可以通过三维分析模块，快速地将模型转换为 Revit软件，将其归纳总结，使建筑结构模型的建模效率得到全面提高。一般而言，在建筑结构设计中，比较常用的构件类型都有相应的 Revit柱类型，这些界面类型都可以自动生成到软件中，通过转换接口的应用，还可以使建筑结构的效率得到有效地提高，模型构件的精确度更高，误差和缺陷的问题更少，是目前比较有效的应用 BIM技术的方式。

6 在建筑结构设计中运用BIM技术

6.1 运用BIM进行建筑结构建模

传统的 CAD建模方法，在建筑工程设计过程中，只能对建筑物进行简单的二维造型，在需要三维造型的阶段，设计者往往是用泡沫、纸壳等实体材料进行造型，而且后续的结构修改、参数修改都要以此为基础，因此，有工作量大，设计工作复杂的问题。同时，当 BIM技术被引入到建筑设计领域之后，突破了传统建模方法的限制，可以将建筑作为一个三维实体模型，并展示出所设计建筑的所有结构的真实信息，也能有效地突出各部分结构与整体结构之间的关系[5]。

将 BIM技术应用于建筑结构设计过程中，不仅能实现建筑结构的可视化，而且能快速有效地发现所展示的设计模型中的缺陷。以我国西部某中心体育场为例，体育城外形结构设计中，采用了花瓣状的设计思想，体现了典雅、高端的大气，但由于体育场主体花瓣状结构非常复杂，传统的 CAD建模和实体材料建模，难度很大，且与结构、数据有关的修正也比较复杂。将基于 BIM技术的软件引入 CCDI设计工作中，对体育场工程主体部分进行了三维建模，同时将专业结构所建模型与主体结构模型相融合，有效地对结构进行构造、数据修正，成功地消除结构中的各种隐患，避免设计返工现象。

设计人员往往只有设计专业的相关知识，没有现场施工的经验，因而会出现在设计阶段忽视施工的具体难易程度，导致设计方案的施工难度很大，而且建设方无法按图纸要求完成施工。对此，利用 BIM技术可以直观地展示设计方案的优点，让建设方也参与到设计工作中来，这样，在体育场的设计过程中就能充分考虑到实际施工的难度，有效地提高设计方案的可实施性。

6.2 运用BIM进行钢结构建模

钢结构设计是建筑模型设计中最复杂的工作之一，在加强件布置及连接钢结构设计中，涉及到多个相关专业，同时工作量也很大，设计者在设计时很容易出现错误问题。对于这一问题，可以采用 BIM技术对钢结构中的梁高进行计算，并专门设计出连接件。

对于钢结构连接件， BIM技术能够以钢结构相关参数为基础，有效地处理连接件，并通过参数数据有效地控制连接件的间距和数量，在此过程中，只需由设计人员对相关参数进行相应的调整，就可以设计出新的连接件。同时，为了保证钢结构设计、施工过程的准确性，设计者可以采用 BIM技术绘制强化件样图，以判断强化件在工程中的具体位置。

6.3 运用BIM进行建筑结构性能分析

跨专业交叉应用，是当代建筑设计领域中大多数建筑设计师采用的主要设计原则，所谓跨专业交叉应用，就是在建筑设计过程中，将建筑中的一个结构设计所牵扯到的专业进行集中，通过建立建筑的虚拟模型，使整个建筑中的个体形成相互支持的关系。采用 BIM技术对建筑结构性能进行高效、科学的分析，其分析过程相对于传统的性能分析更为方便、准确，只需将已建立好的 BIM模型数据导入到性能分析软件，再用相关软件对模型数据进行分析、处理，即可确定该建筑模型设计的牢固性、舒适性、稳定性是否符合设计规划标准，同时对设计结构中出现的问题进行快速解决，使建筑结构设计得到良好的优化，从而提高建筑设计的质量。

7 结束语

总而言之，伴随着国内科技水平的持续提高，也进一步推动了建筑工程领域的全面发展，尤其是随着人民生活水平的不断提高，对建筑工程质量也提出了更高的要求。因此，相关规划工作者必须进一步加强 BIM技术在建筑结构规划中的应用，以进一步提升建筑结构的规划品质，全面推动国内建筑工程领域的良性发展。

BIM技术在建筑工程行业的全面应用，为建筑结构设计领域引发了一场全面的技术变革，在BIM技术的应用之下，建筑结构设计也摆脱了过去二维的制图形势，走入了三维设计的全新时代。然而我国BIM技术的研究起步较晚，计算机技术也无法满足BIM技术全面应用的具体需求，这也就要求了相应的人员能够对设计的过程进行全面的优化，从而使BIM结构设计流程更具有操作性和便捷性，提升BIM技术的应用效力。从当前来看，AutoCAD自动成图技术和Revit转换接口技术比较符合BIM技术应用的基本要求，而本文也对这两种技术进行了深入的论述，希望能对BIM技术的全面推广起到一定的积极作用。