BIM技术在建筑结构设计中的应用

李旭升

（广东新长安建筑设计院有限公司，广东 汕头 515000）

1 引言

随着我国现代化进程的不断加快，很多先进的工艺技术被广泛运用到建筑结构设计领域，其中就包括BIM技术。该技术在建筑结构层面的运用可以显著提升结构设计的效率和质量，通过构建三维虚拟模型的方式，便于设计人员开展后续的分析和决策。不仅如此，基于BIM技术的建筑结构设计，整体自动化水平比较高，可以显著降低人工劳动力，同时避免人员设计存在的失误情况，从而确保房屋建筑结构设计的整体质量效果[1]。

2 建筑工程结构设计现状

目前，我国房地产行业发展十分迅速，很多建筑施工建设开始朝着高层及超高层方向发展。为了确保高层建筑整体结构的稳定性和安全性，在实际进行房屋结构设计中，需要合理运用结构设计优化方法和手段，可实现结构设计与成本管理二者的协调发展，在确保结构设计可靠性的基础上最大限度地降低成本投入。

相关调查研究显示，近几年我国房屋建筑结构设计中采用设计优化方法，使得成本投入可以降低15%左右，这对于企业的经济效益提升是极为有利的。虽然设计优化方法的运用可以达到降低成本的效果，但是在实际的运用过程中却受到多方面因素的影响，导致设计运用难度较大，例如，部分企业在实际开展房屋建设以及设计中，为了有效缩短建筑施工周期，盲目重视施工进度管理，在实际的结构设计中即便是发现了不规范、不合理的问题，也不采取相关的处理措施，在这种情况下继续施工建设，不仅会造成严重的质量问题，同时也容易埋下安全隐患。不仅如此，很多设计人员由于专业素质有待提升，加之缺乏相关的设计优化经验，在实际当中无法实现对房屋建筑结构的优化设计。

3 BIM技术的特点

通常而言，将BIM技术运用到实际结构设计当中，可以实现规划、设计、施工以及维护等管理水平高效提升，达到促进企业快速发展的实质性目的。具体而言，该项技术在建筑结构设计层面所表现出的技术优势和特点如下。

第一，可视化。在以往的建筑结构施工过程中，其结构设计图纸的绘制一般都是通过CAD等二维技术工艺实现。其中，建筑内部空间结构大都根据工作人员长期的经验以及脑力判断。在特殊复杂的工程建设当中，单纯依靠脑力和经验显然无法达到理想的效果，给建筑结构设计造成巨大的阻碍。而BIM技术凭借可视化功能优势，可以将建筑内部空间结构以一种直观立体的方式呈现给作业人员，给后续施工决策提供科学合理的指导，同时也大幅提升了结构设计质量水平。

第二，协调性。众所周知，在建筑施工建设过程中尤其是结构设计领域，涉及诸多专业，各个专业配置相应的部门开展施工作业。实际施工当中，如果各个部门之间协调和沟通不到位，那么不仅会导致施工进度和效率受到影响，同时也会大幅降低结构设计施工质量水平，不利于结构安全性和可靠性的提升，同时产生的碰撞问题也会导致后续出现返工和变更问题。而BIM技术的运用可以有效弥补这一缺陷，其在实际运用当中可以协调各部门及专业实施针对性的设计，一方面降低碰撞问题出现概率，另一方面也可有效提升结构设计水平。

第三，模拟性。借助BIM技术可以模拟建筑结构施工现场的日照、节能以及热传导等情况，便于制订相关的应急预案。

4 BIM技术在建筑结构设计中的应用要点

4.1 钢筋表达

钢筋表达实际上就是指将建筑结构设计中所使用的钢筋水泥混凝土结构，通过BIM技术以三维立体化的形式呈现出来，如此一来，设计人员可以更加直观地获取钢筋外形尺寸以及位置等参数，提升设计整体水平。同时，还可以结合工程实际科学合理地计算出钢筋混凝土等结构用量，避免出现材料的过度浪费。

就目前而言，基于BIM技术下的建筑结构设计中钢筋表达主要包括两种形式，即实体详图表达和平法注释表达。其中，前者可以实现三维立体形式的表达，一方面可以明确钢筋结构的所处位置以及外形尺寸等参数信息，另一方面对于一些建筑结构施工当中隐蔽性比较强的钢筋参数信息，也可以结合该项技术进行分析和明确。但是需要注意的是，该表现形式对于硬件条件的限制比较大，使用过程中还不可避免会占用较多的空间，相应的设计工作量显著提升；而平法注释表达的原理在于对建筑结构相关钢筋部件进行参数赋值，让所赋值的参数信息与构件相同，以此为基础实现调取和互换操作，最终达到合理表达钢筋结构参数的效果[2]。相对比前者来说，后者最大的优势在于可以从一张图像中获取多个钢筋参数信息数据，但是缺陷在于表现形式比较单一，对于平面图像的限制比较大。在实际当中需要结合工程设计情况，对两种表达方式进行合理选择。

4.2 实体模型的可视化

BIM技术在具体的结构设计当中可以充分结合工程实际而建立3D模型，将建筑复杂的内部结构通过立体化的3D模型呈现出来，让设计人员可以更加直观立体地观察各部分结构参数信息，包括空间相对位置、各部件情况等，便于设计人员从多角度、多层面进行观测，结合观测结果做出科学合理的设计方案调整，最终达到提升工程品质的实质性目的。就目前而言，BIM技术的可视化功能优势在建筑结构设计领域发挥出显著的功能优势，但是行业中该技术的应用深度却存在显著差异，具体如图1所示。

图1 BIM应用深度分布

由图1可知，建筑设计行业中17%的企业尚元BIM推进计划，基本开始实施该项理念的企业占比为23%，对BIM技术实施广泛推广和运用的企业占比56%，并且推广过程中基本实现了规模化试验，而还有少数企业在实际当中虽然对该技术有所运用，但是没有实现大规模推广，占比为1%～3%[3]。

4.3 碰撞检查

对建筑结构进行碰撞检查，目的在于防止后续因为碰撞而产生返工和变更问题。在实际进行碰撞检查中，可以结合BIM技术构建实际的3D模型，对前期设计阶段进行碰撞因素模拟，结合该模型可以直观立体地发现结构空间设计中是否存在相互干抚以及碰撞问题，然后以此为基础进行优化和改良，最终消除前期设计中存在的碰撞问题。在完成碰撞检查和优化设计之后，工作人员可以直接利用这一设计方案进行施工交底和工程模拟，以达到提升结构设计施工质量水平目的。

5 BIM技术在建筑结构设计中的应用实践

5.1 工程概况

某区域棚户区改造项目中，结合BIM技术的应用组织结构如图2所示。

图2 BIM技术组织架构

5.2 构建结构模型

在该建筑结构设计中，由于整体建筑以钢筋混凝土结构为主，设计工作的要点在于提升连接部位的强度。在对结构连接部位进行设计优化中，可以充分结合BIM技术的功能优势，推理和测算出各个连接射线之间的可靠性程度，以便于进行合理有效的连接，提升结构整体的强度和稳定性。不仅如此，在实际开展设计工作中使用BIM技术，还可以构建内部结构模型，通过模型科学准确地分析建筑结构内部的各项参数和指标，然后结合实际的强度要求对参数进行调整和优化，同时对于相关部件还可以进一步完善，让整体建筑结构设计质量得到进一步的提升。在本工程结构设计中，设计人员首先利用BIM技术构建结构的几何模型，其中主要还运用到Revit软件，结合该软件的强大功能，对结构模型进行合理化分析，包括建筑结构的每一个节点位置，都需要确保连接设计的合理性和可靠性。与此同时，在进行模型构建中，需要充分分析基础结构、梁体、板体等要素，并且还需要做好以下几方面工作：第一，结合该工程实际选择合适的样本[4]，然后结合BIM模型进行可靠性连接；第二，结合计算机软件进行轴网建立，同时精准定位标高；第三，科学合理地设置建筑结构中的混凝土梁与混凝土柱，并且结合BIM模型进行全面检查，一经发现问题要第一时间反馈和处理，防止隐患的进一步扩大；第四，对于一些特殊的结构形式，在实际进行测算过程中难度较大，所以只需要将构建的荷载信息与分析模型进行融合即可，无须进行测算同样可以达到理想的设计效果。

5.3 结构可视化设计

对于建筑结构设计来说，不是一项简单的工作，需要图纸有效展示出建筑结构构件以及内部各方面要素信息，但是基于CAD技术设计的图纸属于二维信息，无法清晰展示出结构构件的详细情况，所以在本次结构设计优化中难以发挥出实质性的效果。而将BIM技术运用到本次结构设计中，可以构建三维立体模型。

相对比二维信息模型，三维立体模型更加直观，可以清晰地展现出建筑结构构件的位置以及其他的参数信息，设计人员通过直观分析，可以有效明确结构内部构件存在的问题和弊端，然后及时进行优化和改进，全面提升建筑结构设计水平。不仅如此，在三维模型构建完成后，相关设计工作人员还可以结合模型对建筑结构布局进行调整，合理计算出建筑物体量，达到可视化设计的目的。

6 结语

综上所述，BIM作为一项新型的技术工艺，同时也是信息化时代的主流产物，将其运用到建筑工程结构设计领域，可以凭借其功能特点，显著提升结构设计质量和效率。基于BIM技术的建筑结构设计，通过构建三维实体模型，可以有效将建筑结构的内部情况进行展现，便于设计人员更好地开展后续工作，同时降低了人工设计层面存在的缺陷和较高的任务量，对于促进建筑行业的发展意义重大。