BIM技术在建筑结构设计中的应用探讨

2021-11-21彭晓宇

建材发展导向 2021年2期

彭晓宇

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 310014）

随着我国经济的快速发展和城市化进程的不断加快，一座座大型建筑物拔地而起，部分建筑物结构复杂，这对建筑结构设计提出了更高的挑战和要求。BIM技术应用到建筑结构设计行业，可以构建更加高效、科学的建筑结构模型，提升建筑工程的设计质量，确保建筑施工更加安全高效，有效提高建筑施工效率。

1 BIM技术的优势

1.1 BIM技术具备极强的可视性

运用BIM技术的建筑结构设计，打破了传统的建筑结构设计的二维图纸形式，将所有的结构信息通过计算机汇总以三维立体的形式展现在人们的面前，通过3D的形式将建筑结构设计方案体现在设计者的眼前，极大地提高了建筑结构的设计质量，同时也完整清晰地模拟了工程建筑的全过程，有利于工程设计人员对相关设计方案进行针对性的修改，保障了建筑结构的整体安全。

1.2 BIM技术具备极强的协调性

BIM技术将会全程参与到建筑结构的设计的各个环节中，并将相关数据进行整理汇总并最终形成信息模型，在此过程中，BIM 技术会将各个部门联系起来，使其成为一个高效运转的整体，打破了传统建筑结构设计中部门各自为战的情况。BIM技术具备极强的协调性，能大大提高建筑结构设计人员的工作效率。

1.3 信息集成化

BIM技术在建筑工程中的有效应用能够对建筑材料以及建筑结构的实际尺寸、结构、数量、大小等具体的数据进行集成化处理，这种信息集成化的特点，有效地减少了建筑施工图纸在设计方面的流程和操作步骤。通过3D建模来将建筑项目中的几何模型紧密地建立起来，提高了传统图纸和虚拟模型之间的联系，帮助相关人员更好地对建筑结构产生了解。

1.4 信息共享

BIM技术的另一项重要功能是实现建筑结构数据信息的交换与共享。利用BIM软件，建筑结构设计人员可以以模型封装的方法把建筑结构设计结构图录入数据库中，其他工作人员在进入数据库进行查看时，就可以非常方便快捷地利用结构模型中的全部数据信息。根据不同的建筑结构设计图，建筑结构设计人员可以充分参考其他科学的设计理念并应用到自己的建筑结构设计中去，根据自己设计的建筑物特点及建筑用途，适当地对设计方案予以调整和优化，使建筑结构设计更具有整体性、科学性。近年来，随着互联网技术的快速发展，云计算、物联网、大数据技术相继涌现，为BIM技术的快速发展创造了更加便利的条件，通过BIM技术和数据模型的资源共享，能够使其在建筑结构设计上的协同配合作用得到更好的发挥。

2 BIM技术在建筑结构设计中的具体应用

2.1 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。

2.2 建筑结构模型的参数化应用

在建筑结构模型中，常见的结构构件有基础、梁、柱、板、墙等，传统的建筑结构设计，设计人员需要花费大量的时间及精力在这些结构构建的绘制与信息汇总中，使得设计工作量相对较大。而BIM技术具有强大的参数化功能，可以进行三维模型及模型相关信息的参数化表达，将二维设计中的点、线、面等元素转化为三维设计中的梁、柱、板、墙等结构构件，并且应用“族”概念，将重复的结构构件统一结合起来，将同族结构单元的几何信息、逻辑信息、材料属性等参数信息包含在同一族内，并且将个体构件的所有特征，构件、构件之间的简单或复杂关系集中起来，让数字化的构件模型与现实中真正的构件结构一一对应。在BIM软件中，只需选择相应的构件族，设置其实例参数，然后根据轴网坐标将其放置到指定位置即可完成该建筑结构的BIM模型创建，后续再根据需要搭建主体BIM模型，提高设计工作的效率。另外，BIM技术的参数化功能还可提高设计工作的修改效率。参数化的BIM模型，其信息均保存在软件数据库中，这一参数化的形式数据库，具有强大的参数修改功能，设计人员提出结构设计时的文字、符号的任何修改时，BIM数据库都会随之改变，然后迅速地在BIM模型中表现出相应的变化，保证了BIM模型与相关参数数据的协调一致，通俗来说，就是可进行联动修改提高设计修改的效率。

2.3 BIM技术中的钢筋表达

钢筋表达指的是钢筋混凝土框架在BIM建模中的三维虚拟表现，可以得到准确的钢筋尺寸与定位，可视化隐蔽工程，感受建筑结构的真实信息，进行混凝土钢筋的算量。但同时，当前建筑结构施工图均为平面图，以及受目前计算机硬件设备的限制，建筑结构模型钢筋的表达方式会有所不同。目前BIM技术中主要采用实体与详图表达钢筋以及平法注释表达钢筋两种方法。实体与详图表达钢筋可以对钢筋的信息进行三维立体表达，便于确定钢筋的位置、形式、尺寸，并且通过三维视图隐蔽阻挡钢筋的混凝土参数，对隐蔽部位的钢筋信息进行观察。但这种表达方式对电脑硬件要求十分高，比较占用施工图纸，设计工作量较大。而平法注释表达钢筋则是进行构件的钢筋信息赋值，使其与构件形成一体，并通过注释进行提取和交换分析，其优点是可以在一张图纸上表达多个钢筋信息，图纸简洁，缺点则是需要进行三维效果想象，表达没有实体详图表达那么直接。两种表达各有优缺点，实际设计时可根据工程需要进行选择。

2.4 在绿色设计中的应用

绿色设计是目前建筑结构设计活动当中所提倡的理念，也符合目前消费者所追求的低碳消费，而绿色设计的难度也是比较高的，设计过程当中的影响因素也比较多。在设计活动当中，设计者可以充分利用BIM技术，对建筑物的节能性能进行全方面的研究和开采，尤其是在建筑物采光、通风以及日照等方面，在这个过程当中必须要结合人体对于环境舒适度的数据，要从人体最佳体验感出发。比如在屋顶设计活动当中，可以充分利用保温、蓄热系数比较大、隔热效果明显的材料，在冬季提高室内的温度，在夏季可以很好的隔离外界的热度。通过提高建筑物这方面的信赖，让人体减少对各种电气设备的依赖，比如说风扇、空调以及暖气设备等等，从而达到节约资源，绿色生活的目的。