BIM技术在建筑结构设计中的应用

李晓霞

(山西省建筑安装技工学校，山西 太原 030006)

近年来，科学技术水平的不断提高，有效推动了我国建筑工程行业的快速发展，尤其是BIM技术的出现，能够在建筑工程行业中共享数据信息，能将更为先进、精准的数据信息提供给有关部门，协调处理各企业单位之间的工作。而在我国建筑结构设计中，通过使用BIM技术，不但能够有效保证建筑工程的设计质量、设计的精度、设计的协调分析、多维视查设计合理性、经济性，还能够保证施工管理、施工的组织设计、施工中个项目的协调，数据共享，以及施工的安全，并通过BIM技术的应用，以及施工的模拟预案等措施，精准描述结构的各种安全参数，提高管理效率，节省时间成本和材料成本，进一步提高建筑工程的施工效率。当前，BIM技术应用范围非常的广泛，不仅可用于各种设计过程当中，还可用于建设工程项目的全寿命周期中。本文就BIM技术在建筑结构设计中的应用展开了探讨，以供大家参考。

1 相关理论基础概述

1.1 BIM技术

随着建筑行业的发展变得越来越为现代化，在进行建筑工程结构设计过程中，越来越广泛使用BIM技术。所谓BIM技术，BIM技术是一种数据化管理工具，主要是用于工程设计、工程建造以及工程管理；这种技术的特点是起到了共享和传递的作用，将数据建设过程当中所产生的数据、信息、项目策划等进行共享和传递，使得参与工程建设的全体人员能够准确的了解建筑信息，并及时作出应对。这种技术在一定程度上提高了生产效率、节约了生产成本。BIM技术最大的特点就是动态变化的，在使用的过程当中会不断的更新、丰富以及充实，能够让使用者在最短的时间内了解数据。BIM技术的建筑工程设计应用就是指通过使用现有的数据信息，有效提炼与整理所需的数据信息，在建筑工程正式施工以前，设计建筑结构模型，建立合理、可行的建筑模型，根据一定的比例缩小原来仅能进行想象与解说的建筑结构，最终形成人们摸得到、看得到的可视化模型，然后有关工作人员在详细观测与分析该可视化模型以后，实时调整与更改建筑结构设计方案，以更好地开展建筑工程的施工作业。

1.2 BIM技术的主要特点

BIM技术主要有：信息集成化、可视化与模拟性、协调性与优化性、可出图性，以及可视化与仿真性、一体化、参数化等特点。BIM技术是应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合来提高建筑工程设计施工的各种工序，达到更高的效率。

1.2.1 信息的集成化

随着我国信息技术水平的不断提高，有效推动了我国建筑结构设计技术的创新发展，相应地，这也不断暴露出传统建筑结构设计方式中存在的弊端与问题，在进行建筑结构设计过程中，通过使用BIM技术，能够充分发挥出BIM技术的信息集成化优势，通过建立BIM模型，能够在BIM模型中有效集成所有的建筑结构数据信息，相应地，建筑结构设计人员在BIM模型中可以共享这些结构数据信息。所以，通过利用BIM技术来进行建筑结构设计，具有显著的数据集成化特点，再加上BIM模型中还使用其他一些技术，如计算机技术、三维技术等，进而能够有效建立一个完整的建筑结构数据库，在该建筑结构数据库中具有不同类型的数据信息，通过充分利用与深入分析这些数据信息，能够确定不同建筑结构模块的参数与规格，有助于建筑结构设计质量的提高。

1.2.2 可视化与模拟性

由于BIM技术具有显著的可视化、模拟性特点，因此在进行建筑结构设计中，通过使用BIM技术，能够有效提高建筑结构设计的视觉效果，建筑结构设计工作人员在进行设计过程中，能够对多种与建筑工程相关的信息进行详细掌握，如建筑材料的材质属性、光源等，在详细掌握这些信息以后，能够更好地优化与改善建筑结构设计方案，进一步提高建筑工程的节能效果，实现设计的统一。在BIM模型，由于可以共享所有的建筑工程信息，所以可以实现设计的统一，能够有效解决多种建筑细节设计问题，促使建筑结构设计方案变得更加科学、可行与经济。

1.2.3 协调性与优化性

BIM协调性包含：设计协调；整体进度规划协调；成本预算、工程量估算协调；运维协调等功能。设计协调：设计协调指的是通过BIM三维可视化控件及程序自动检测，可对建筑物内机电管线和设备进行直观布置模拟安装，检查是否碰撞，找出问题所在及冲突矛盾之处，还可调整楼层净高、墙柱尺寸等。从而有效解决传统方法容易造成的设计缺陷，提升设计质量，减少后期修改，降低成本及风险；整体进度规划协调：整体进度规划协调指的是基于BIM技术，对施工进度进行模拟，同时根据最前线的经验和知识进行调整，极大地缩短施工前期的技术准备时间，并帮助各类各级人员对设计意图和施工方案获得更高层次的理解。以前施工技术通常是由技术人员或管理层敲定的，容易出现下级人员信息断层的情况；成本预算、工程量估算协调：成本预算、工程量估算协调指的是应用BIM技术可以为造价工程师提供各设计阶段准确的工程量、设计参数和工程参数，这些工程量和参数与技术经济指标结合，可以计算出准确的估算、概算，再运用价值工程和限额设计等手段对设计成果进行优化。同时基于BIM技术生成的工程量不是简单的长度和面积的统计，专业的BIM造价软件可以进行精确的3D布尔运算和实体减扣，从而获得更符合实际的工程量数据，并且可以自动形成电子文档进行交换、共享、远程传递和永久存档。准确率和速度上都较传统统计方法有很大的提高，有效降低了造价工程师的工作强度，提高了工作效率；运维协调：运维协调包含空间协调管理、设施协调管理、隐蔽工程协调管理、应急管理协调、节能减排管理协调。空间管理主要应用在照明、消防等各系统和设备空间定位。应用BIM技术业主可获取各系统和设备空间位置信息，把原来编号或者文字表示变成三维图形位置，直观形象且方便查找。设施协调管理主要体现在设施的装修、空间规划和维护操作。

1.2.4 可出图性

BIM的可出图性跟传统的建筑图纸存在较大的差距。BIM技术在建筑工程中的建模应用，能够全方位展示、协调、模拟和优化建筑模型，通过一系列的操作实现出图。具体可出图性主要包括以下方面：一是综合管线图，通过多方面的检查和设计修改，能够在很大程度上消除相对应的错误；二是总图和结构留洞图；三是碰撞检测报告以及针对性的改进方案等图纸。BIM技术的以上特性决定了其在建筑工程方面应用的优点。从中国国内外BIM技术在建筑行业内的应用来看，国外发达国家已经针对这项技术制定了相应的标准和制度，我国目前处在发展期，如何应用这项技术做好建筑工程设计控制和管理是重要的课题。

2 BIM技术在建筑结构设计中的应用

2.1 在建筑结构设计可视化方面

对于BIM技术，它是一种充分利用现代化信息技术的建筑设计运用，在实际运用中，通过利用自身信息化程序来构建三维模型，向用户直观展示建筑结构的构件，进而能够更好地传递建筑结构设计信息。在过去进行建筑结构设计过程中，基本都是利用CAD软件来绘制建筑结构图纸，传统建筑结构设计工作模式无法直观呈现建筑结构信息，进而在一定程度上会降低用户获取信息的效率。在进行建筑结构设计的初期阶段中使用BIM技术，主要工作任务就是构建建筑结构三维模型，向用户直观呈现建筑结构，能够促使用户可以从多个方面得到建筑结构信息，能够详细了解建筑结构构件的布局功能与基本信息。在对一个较大规模的建筑结构进行设计过程中，设计工作者通过使用BIM计算，能够动态演示建筑结构，促使用户可以直观观察到建筑结构不同部位的信息，进而可以帮助建筑结构设计人员确定出最佳的建筑结构设计方案，同时能够对建筑结构设计中存在的问题进行及时发现，并以此为重要依据，制定出相应有效的解决对策，促使建筑结构设计方案变得更加合理、科学。

2.2 在建筑结构参数设计方面

对于基于BIM技术的建筑结构模型，实际上该模型就是一个数据库，包括全部设计元素及信息，通过使用先进的现代化信息技术，能够有效连接建筑结构模型中不同的数据参数，同时还具有自动修改、自动关联的功能。在进行建筑结构参数设计过程中，通过使用BIM技术，设计工作者通过使用数据库中含有的信息资源来建立相应的建筑结构模型，与此同时，在进行建筑结构设计过程中，通过调整各种参数，进而在利用BIM技术来设计建筑结构过程中，能够对数据库信息进行及时更新。在进行建筑工程结构设计过程中，通过使用BIM技术，能够安全、可靠、高质量的录入与输出设计信息，能够对数据信息进行科学匹配，进而能够有效提高建筑结构的设计质量。

2.3 在建筑构件设计方面

柱子、墙体、楼梯等部位是建筑工程结构设计中的重要内容，有关设计工作人员在进行建筑结构设计过程中需要科学设计整体结构中的各种构件。设计工作人员在设计现浇混凝土结构过程中，需要深入考虑建筑物的功能要求与建筑物中的管线走向，同时需要对不同建筑结构之间的冲突问题进行科学预防。设计工作人员在设计预制装配式建筑结构过程中，一定要对不同部件之间的连接关系与节点进行全面考虑。因此，设计工作人员在进行建筑构件设计过程中，通过使用BIM技术，能够有效转换平面图纸，可以及时发现建筑结构件设计中存在的问题，并采取有效的优化与改善措施。

2.4 在建筑钢结构设计方面

在最近几年中，随着我国建筑工程规模的不断扩大与科学技术的不断发展，出现了越来越多新型的建筑结构模型与建筑材料，特别是在大空间、大跨度建筑场景中，越来越广泛使用钢结构。所以，在进行建筑钢结构设计过程中，通过使用BIM技术能够进行建模，能够有效解决施工过程中发生的应用问题与连接问题。以钢结构加强件为例，设计工作者需要先整体设计建筑工程结构，然后对加强件进行建模，通过利用BIM技术来控制与还原整个过程，以充分展现出钢结构加强件的作用与效果；对于钢结构施工中存在的连接问题，设计工作者需要先深入分析钢结构不同部位之间的连接参数，然后在操作过程中利用BIM技术来合理设计钢结构的连接方式，以获取最佳的设计成果。在过去分析钢结构过程中，常常需要投入很多的人力资源，并且需要在经过比较长时间的分析以后，才可以获取相应的结果，而通过使用BIM技术，可以有效调整与优化建筑工程设计中存在的缺陷问题，有效提高建筑结构的设计质量。

3 建筑结构设计中对BIM技术进行运用的一些建议

3.1 通过使用BIM技术来有效维护模型

所谓模型维护技术，就是指通过使用BIM技术来构建建筑工程模型，主要工作内容就是通过使用BIM技术，收集与归纳建筑工程的全部数据信息，然后通过深入分析数据信息，找出其中存在的缺陷问题与错误，有效消除信息孤岛。在完成以上全部工作以后，通过有效结合建筑工程三维模型来整理所有的信息。通过利用BIM系统中的搜索功能，能够进一步提升建筑设计工作的效率，保证建筑结构设计的质量。但是，值得注意的是，在运用BIM技术过程中，因为单个BIM技术功能存在缺陷，无法促使建筑工程结构设计的整体需求得到完全满足，所以建议选用多技术、多方法合一的方法。在现阶段中，使用较为广泛的方法为“分布式”，即根据建筑工程各个阶段所需的技术支撑，或者建筑工程的实际情况，对相应的BIM应用技术阶段进行合理设计。BIM模型细节的精度主要取决于BIM技术的用途，如果只使用BIM技术，要想完成全部的工作，其难度是非常大的，目前在建筑行业中，主要选用分布式BIM模型这种方法，同时有效结合建筑工程项目的应用用途与现有条件，构建相应完善的BIM模型，以满足建筑结构设计的各种要求。例如，设计模型，目前，我国在利用BIM技术来设计建筑结构时。

3.2 管道线路的铺装

为保证建筑工程的正常使用，一定要正确安装管道线路。最近几年，在进行建筑结构给排水系统设计过程中，越来越广泛使用BIM技术，在铺装建筑结构排水管道线路过程中，相关工作人员通过充分运用BIM技术，可以在计算机中输入管道材料的参数，然后计算机根据建筑结构排水系统的尺寸与输入的数据，对管道线路的铺装方法进行精准计算，同时还可以将建筑工程管道线路铺装示意图进行立体展现。由此可知，通过利用BIM技术来铺装管道线路，可以促使管道线路铺装变得更加合理，可以有效减少或者避免建筑材料的浪费。

3.3 装配式建筑与BIM技术的有效协调

在建筑工程结构设计过程中，通过使用BIM技术，能够充分发挥出BIM技术的作用，可以充分表现出建筑结构的合理性，可以有效提高建筑工程结构的设计质量。因此有关工作人员在运用BIM技术过程中，需要高度重视BIM技术的运用，对建筑结构进行深入了解，在建筑工程项目的不同施工阶段中充分利用BIM技术。在最近几年中，装配式建筑的发展速度变得越来越快，在我国建筑工程行业中，装配式建筑现已发展成为主体，与此同时，BIM技术的核心与装配式建筑模式技术是互相吻合的，因此，在使用BIM技术过程中，协调匹配装配式建筑是工作的重心。

4 结语

综上所述，在建筑工程结构设计过程中，通过使用BIM技术，能够有效提高建筑工程结构的设计质量与设计效果。BIM工程设计师的工作内容比较复杂，除了设计之外，还需组织管理内部与外部合作的业主和承包商，并要考虑设计后施工的安全计划、了解施工进度、依据工程需求给出模型以及相关的数据、协助各种建筑工程，按照规定的期限顺利完成，因此，BIM工程设计师既要设计结构项目本身，又要跟进设计施工中的各种协调改进作用，自始至终需要参与服务设计后的现场管理。通过深入分析当下国内建筑工程设计对BIM技术的利用情况后可知，BIM技术的使用依然还存在很大的创新与提升空间。作为建筑工程结构设计工作者，应以传统设计经验为重要基础，充分运用BIM技术的运用，充分发挥出挥BIM技术的优势与使用价值，进一步提高建筑设计水平。