探析BIM技术在建筑结构设计中应用

王守昶

呼和浩特华德工程设计咨询有限责任公司 内蒙古 呼和浩特 010010

引言

科技的创新发展使得建筑业朝着技术化与现代化的方向发展。新的时代背景下，科技创新带来更多的技术创新成果，这些技术创新成果也有效地应用于各行各业，包括给建筑业带来运行效率和质量的整体性提升，也包括现代建筑结构设计的持续优化。BIM技术就是其中之一，既提升建筑结构设计质量，又带来建筑结构设计布局的规范化，更在与其他技术手段结合的情况下带来高质高效的结构设计。因此，BIM技术在现代建筑结构设计中的应用推广具有必要性。

1 BIM技术概述

作为一种现代建筑结构设计辅助技术，其本质上是建筑信息模型，起源于美国。BIM是集合了物理和功能性的数字表达，也倡导知识资源的共享，基于现代建筑结构设计的不同阶段，可以实现BIM技术指导下多元化信息的提取更新与修改，带动各环节的协调作业。建筑业中的BIM技术应用更趋成熟，特别是在一些西方发达国家。改革开放以来，我国建筑业发展迅速，BIM技术的应用也更为深入，特别是在高层建筑结构设计中发挥了巨大作用。BIM技术带来现代建筑结构设计的精准化，降低设计成本，缩短设计周期，确保结构设计质量和时效[1]。

2 BIM技术的三大特点

（1）可视化。BIM技术具有可视化优势，其直观显示建筑工程师的设计理念，并直观呈现建筑模型三维结构，为建筑模型分析调整提供技术支持。建筑结构设计离不开充分的建筑结构分析，在BIM技术支持下，直接在线调整建筑模型三维结构，多维度观察分析，提升设计修改效率，节约成本。设计师通过分析BIM建筑结构模型，对建筑结构设计缺陷做到一目了然，心中有数，调整优化建筑结构设计模型，推出优化方案，使得建筑工程结构设计细节设计到位，和建筑结构设计整体质量提升。

（2）协调性。BIM技术在建筑结构设计中发挥协调性优势，能使建筑结构设计各个要素优化整合，建筑结构内部空间设计具有明显的层次性与统筹性。例如建筑物内部消防系统的布局、水管线路的铺设、楼梯间的布局设计，设计人员在BIM技术的支持下，先制订合理的布局铺设计划，BIM技术对应的是建筑结构设计的整体效果，能有效地发现单项结构设计与其他项目建设的冲突，尽可能实现一次布局到位。在建筑工程中，钢筋混凝土是主要构成，在BIM建筑结构三维模型中用特殊符号加以标记，设计时能规避钢筋混凝土对建筑结构各模块设计的突兀影响，追求更好的设计效果。建筑结构设计人员使用BIM技术多维度、多层次链接，显示钢筋混凝土结构平面，方便数据信息的提取。设计人员使用BIM技术填充模型及其标准化表达，确保线型、字体与外观的整体协调，提升建筑设计结构标准度与美观度。

（3）模拟化。BIM技术在建筑结构设计中的应用优势也体现为其模拟性优势的最大限度发挥。基于BIM技术，建筑结构设计理念可以转变为效果直观的建筑结构三维模型。其具有模拟性能，可以通过参数的调整如输入承载力、材料比等自动生成统计图表，帮助设计人员科学分析。建筑材料承载力与材料比计算时，可以直接将数值输入模拟系统中，自动生成统计图表，由此分析建筑结构设计的合理性，而模拟生成的数据可以在BIM信息共享平台中传播共享，让更多的人参考，群策群力，提升建筑结构设计整体协调性。在建筑结构设计中，如管道设计、机电设计、装饰设计、木材设计、土木工程设计等，BIM技术发挥了重要的作用[2]。

3 BIM技术在建筑结构设计中的应用

3.1 BIM技术在实现结构设计可视化中的应用

BIM技术是一种基于现代化信息技术背景下建筑设计应用，依据自身信息化的程序设计在实践应用过程中将建筑结构的构件通过三维模型的方式直观地展示给用户群体，从而有效提升建筑设计信息的传递质量。传统的建筑结构设计过很难直观地将建筑结构信息呈现出来，在一定程度上阻碍着用户获取信息的效率。而基于BIM技术应用下的建筑结构设计在初期阶段就是通过建立三维实体结构模型进行设计，借助直观的建筑结构呈现，可以帮助不同用户从不同角度获取建筑结构的相关信息，对建筑构件的基本信息和功能布局有一个全面的了解。在大型建筑结构的设计过程中，设计人员会通过动态演示的方式，帮助用户直观地对建筑结构各部位信息进行观测，便于设计人员选择出最佳设计方案，并及时地发现结构设计中存在的问题，从而不断优化和提升结构设计的科学性和合理性。

3.2 BIM技术在建筑结构参数设计中的应用

基于BIM技术应用下的建筑模型自身就是一个包含所有设计元素及信息的数据库，依托先进的信息技术支撑，建筑结构的模型设计中各项数据参数都是紧密相连的，且具有自动关联和修正的功能。在设计应用过程中，设计人员可以通过该数据库中的信息资源实现对建筑工程结构模型的构建工作，同时在设计过程中对不同的参数进行相应的调整，从而确保BIM系统在建筑工程结构设计过程中可以及时地更新数据库信息。BIM技术在建筑工程结构设计中的最突出优势在于其可以实现高质量、高安全性和可靠性的设计信息录入和输出功能，科学化匹配对应的数据信息，这对于提高建筑结构设计的质量有着重要的促进作用。

3.3 BIM技术在建筑构件设计中的应用

在建筑工程的结构设计过程中，楼梯、墙体以及柱子等部位都是结构设计的重要组成部分，在建筑结构的设计过程中需要相关设计人员对整体结构中的具体构件进行科学的设计。针对现浇混凝土的工程结构，在实际设计过程中需要设计人员对建筑工程中的管线走向以及建筑物的基本功能要求进行全面的考虑，科学预防各建筑结构之间的冲突问题；而在预制装配式建筑设计过程中，设计人员还需要综合考虑各预制部件之间的节点和连接关系。基于此，在设计环节工作人员可以利用BIM技术对其平面图纸进行有效的转换，能够及时发现具体结构在整体设计中可能存在的问题，从而科学优化设计工作，最终使建筑工程结构达到相关建筑标准设计要求。

3.4 BIM技术在钢结构设计中的应用

随着我国建筑工程项目的不断增加和发展，各种现代化新型的建筑材料和结构模型也迎来了全新的突破，尤其是钢结构，在大跨度及大空间建筑场景中应用也逐步增多，许多复杂的结构都采用了钢结构加以实现。基于此，BIM技术也有助于相关设计人员对钢结构设计进行建模处理，辅助解决实际施工过程中可能出现的连接问题和应用问题[3]。

4 BIM技术在建筑结构设计中的应用难点

4.1 易受外部影响

设计人员应用BIM技术进行建筑结构，设计师主要是通过建立建筑结构模型，并将建筑模型放到建筑结构分析软件中，实现建筑结构各元素的统筹分析，并获得建筑结构各参数的科学计算，建筑结构分析软件自动反馈意见给设计人员，设计人员根据反馈意见进行模型的修正。信息反馈模型调整本身就是设计方案更新的过程，因此，BIM技术支持下的建筑结构设计是动态与静态相统一的，其动态性属性也使其很容易受外部一些因素的干扰。这要求设计人员在使用BIM技术进行建筑结构设计时，既要关注建筑模型的真实性、科学性，最大限度确保建筑模型实际应用价值的发挥，又要求设计人员做好建筑模型外部环境变化的分析，特别是对建筑设计与施工起干扰作用的因素，能统筹大局，使建筑模型设计与建筑施工实际相符合。这些干扰因素常见于建筑材料、建筑构件等，只有统筹分析，才能规避组合不当、力学特征分析不足等风险，减少设计失误，为后续的建筑施工提供设计保障。

4.2 数据容易丢失

BIM技术指导具体的施工作业，但技术操作运用不熟练，在文档转换过程中，BIM技术数据模型分析不足，会出现数据丢失的问题，这在一些大型复杂建筑结构设计中更为明显。建筑结构构件复杂，数据丢失的影响是“牵一发而动全身”，在今后的BIM技术建筑结构设计应用中，要重点关注结构分析模型与建筑工程实际物理模型的匹配问题。

5 结束语

综上所述，当前建筑行业普遍引进BIM技术，旨在通过此技术提高建筑工程整体效率与质量，优化设计水平，降低建筑工程建设成本，减少返工情况。鉴于BIM技术在建筑结构设计中存在的应用难点，相关人员需要加强对BIM技术应用功能的拓展分析，不断突破建筑结构设计中的应用难点，让BIM技术在建筑结构设计中的价值得到更大的发挥。