智能建筑结构设计中BIM技术的应用研究

任治军

（中建八局第三建设有限公司）

1 引言

近年来我国的建筑行业发展迅速，在建筑行业不断发展的过程中BIM 技术已经得到了广泛应用。然而，由于在传统设计模式下我国对BIM 概念认识不够深刻、缺乏对其重要性和必要性的了解以及缺少相关专业人才等原因导致存在很多问题。首先是设计理念落后，缺乏对BIM技术应用的经验和能力，再者是缺少专业人才。所以，为了促进我国智能建筑设计向可靠规范化方向转变发展，同时解决这些问题，需要使用到BIM 建模系统来进行模拟分析与仿真操来提高设计方案质量，并降低工程造价，加强对建筑行业结构体系构建过程中所存在问题及解决措施的研究力度。

2 BIM技术概述

BIM技术是以计算机技术为基础的建筑信息模型，它具有强大功能、可视化和高效性等特点，其主要目的在于提高设计人员对工程结构设计过程中各种数据资料的分析利用率。随着我国社会经济的不断发展，人们对于生活质量要求越来越高，传统的建筑工程结构体系下，施工时要耗费大量时间才能获得完整有效的力学性能参数，而在建筑行业中使用BIM技术可以有效地解决传统设计过程中因各种原因影响建筑物外观、耐久性等问题[1]。由于BIM 软件具有可模拟性和直观性强的特点，因此利用该技术进行结构优化与分析也非常适用。同时，还能将模型转换为三维空间信息并对其进行合理化处理，从而实现结构设计质量控制目标以及建筑功能要求的一致性。由于BIM 施工模型能够将建筑物之间、楼层与层间等进行合理衔接。功能较为繁琐的三维立体图纸绘制工作量较大，因此在设计过程中要根据实际情况选择合适的建模方式和结构模型尺寸，并将其应用在工程项目中去解决建筑结构存在的问题。

3 BIM技术在建筑结构设计中的功能

3.1 集成化功能

出现裂纹或是开洞时可通过BIM技术进行处理并采取相关措施以避免这些因素对结构造成影响,从而保证建筑的安全性能及整体质量。在建筑结构设计时BIM 技术能够对构件进行三维内力分析,将其与二维平面图相比较,从而得出建筑物的具体受力情况；同时可以利用有限元软件来计算出钢筋混凝土框架梁、柱等主要部件所产生位移和变形情况；此外还能根据计算结果判断梁板是否存在裂缝或者是有缺陷问题。

在建筑设计的过程中BIM技术可以有效地发挥建筑结构设计所具有的优势。首先，能够对建筑物进行全面准确直观化；其次是可利用空间和三维实体模型来模拟自然条件下各种情况下可能出现的状况，还能通过碰撞检测来判断结构是否发生变形或者破坏等问题；最后在设计过程中将BIM 信息与建筑整体的功能集成起来从而使建筑设计更加合理有效、安全可靠以及绿色节能环保。而随着我国社会经济水平的不断提高和人们生活质量要求以及审美观念等方面都发生了很大变化。这就导致建筑行业越来越需要一种能够快速反应、准确判断并做出合理决策的软件系统来作为其基础支撑作用，充分体现出集成化功能，使得建筑物之间能够实现无缝连接，从而有效地解决了信息孤岛现象。

3.2 编辑功能

在BIM软件中可以对建筑结构设计的信息进行编辑，并将其与三维模型相融合，同时还能够根据不同类型的建筑项目来编制不同功能模块。通过这种方式实现了智能化、多元化和个性化等特点，另外也能使各专业之间相互配合共同完成施工任务;此外还会有更多可视性强、便于操作性强以及效率高等优点，并且在BIM 软件中可以对设计过程进行优化控制，并将其与传统模型相融合[2]。在传统的建筑结构设计过程中由于缺乏对BIM技术使用前相关工作流程和软件系统进行统一管理与规范化操作，因此需要建立起以信息共享为基础，并以此实现高效、便捷的管理手段。

3.3 信息共享

BIM技术的应用可以有效地实现建筑结构设计中的模型数据共享，它可以将建筑物的结构、功能和施工过程等信息进行有效整合，使设计人员能够快速地获取与工程实际有关的数据，为建筑结构设计提供一定参考，为工程施工提供参考依据。在进行BIM 设计时首先要模型与实际情况相一致，例如在对建筑物进行建模后可通过三维空间模拟出其功能区、高度以及各部分尺寸等参数，而不同的构件则需要根据具体情况选择合适的装配方案和连接方式以方便后期工作；其次，模型中使用的材料要符合工程要求；最后，需要对其进行优化与完善处理，而对于其他部分工程构件还可以通过修改来实现相似的效果。

4 BIM 技术在建筑结构设计中的优化作用

BIM技术在设计过程中主要是通过建筑信息的模型化,将建筑物的结构、功能等进行合理配置，利用三维空间来模拟出各个构件之间所产生联系。例如在对风洞口和朝向窗户以及楼梯口位置进行设置时需要考虑到不同楼层间相互影响造成不均匀分布，而对于楼板以及墙体则需要根据实际需求选择合适材料，并设计好相关参数后再将其安装起来，这样才能有效避免建筑结构的变形。

4.1 模型碰撞检查

BIM 技术在建筑结构设计中的应用，不仅可以提高对数据信息的有效采集，还能为施工过程中进行碰撞检查提供依据，它能够将建筑物与计算平台、构件等相关构件通过3D建模完成虚拟装配，在实际安装时遇到问题还可以及时反映给施工人员。而对于BIM技术在建筑结构设计方面应用前需要对其数据信息的准确性及完整性做进一步地检查。在BIM技术的应用过程中我们可以通过模型结构来进行碰撞检查，这样就能及时发现设计图纸上出现错误、漏掉或者是不正确操作等。但是由于传统建筑行业对软件功能和性能要求都比较高，因此需要工作人员不断地完善和改进图纸信息管理机制、加强工程质量安全意识以及提升施工人员素质等方面来应对各种复杂情况发生。

4.2 钢结构的应用

BIM技术的应用能够实现结构设计人员对建筑物模型的优化，提高工作效率降低建筑施工成本，同时也可以避免因构件修改而造成的返工。在传统建筑工程中使用的是CAD 系统来完成工程图纸和数据信息，建筑结构设计人员在BIM 技术的应用过程中可以根据建筑物模型中各构件之间的关系，将钢结构构件、节点和梁板等三维空间信息导入其中。由于BIM软件具有强大计算功能与可视化操作能力以及可模拟性强特点，因此在进行施工之前需要对建筑主体进行建模工作，并且利用该工具能够快速准确地完成工程量清单及钢筋模型中各部分内容的输入和输出。

4.3 结构设计的可视化

BIM 模型的复制是对结构设计信息的有效传递，可以将数据直观地展示出来。但是实际应用中首先要注意在进行构件加工完成后一定要及时导入数据库；其次，如果需要修改或者改动的话也必须有相关专业人员签字同意后才能重新制作；最后，对于模型图纸上没有标注的构件和尺寸参数等都会影响最终效果。在BIM 技术的应用下通过模型建立、结构构件生成以及构件图纸绘制，可以为工程施工提供便利。但是，由于建筑信息量大且内容多，所以需要利用三维可视化建模工具对设计进行复制和打印工作，而如果不将其作为基础来完成模型构建的话，这样就无法实现设计中的直观性与实用性[3]。

4.4 设计协调应用

BIM技术的应用能够实现对建筑物结构设计过程中信息数据和工程模型进行实时采集与反馈,为建筑行业、施工单位提供更科学合理化管理方式。在实际工作当中还可以根据不同类型的建筑工程项目采用不同形式设计参数，例如对于钢筋混凝土框架等大型复杂工程来说需要通过计算软件来完成相关构件尺寸以及标高信息等。

BIM技术在设计过程中主要是对结构设计的协同工作进行了有效地应用，并且能够将各施工阶段、安装调试以及验收后的所有工程量都同步计算，同时也可以通过软件界面实现数据共享。因此在BIM模型建立之后，需要根据实际情况来分析和判断是否满足使用要求并作出优化处理。通过对不同阶段工程量信息的分析后确定出BIM模型所需参数及属性，之后根据模型数据计算出各部分构件尺寸与强度值以及构件数量等指标并绘制相应视图，最后将这些结果导入从而完成整个项目的三维建模工作。

4.5 设计难点

由于BIM技术的应用设计人员在进行结构布置时，需要对建筑物、管线等三维信息进行有效地处理。但是当前我国建筑行业中对于软件功能和数据管理还存在一定问题。BIM技术在设计过程中需要进行三维模型的构建，将各个构件之间建立相应关系，并通过建模完成相关数据交换。BIM 技术的应用使设计人员能够在模型中对建筑物进行全面地了解，从而达到预期要求，但其过程是比较复杂且繁琐的，在设计过程中会出现各种情况导致无法达到预期效果。

5 结语

建筑物的结构设计过程中，需要将各方面信息进行整合，以达到建筑模型与实际环境相一致。随着计算机技术、网络通信技术的飞速发展，BIM在建筑结构设计中的应用越来越普遍，但是由于传统建筑设计模式下存在着信息传递速度慢和易出错等问题，在这种情况之下就要求设计师们能够熟练掌握并运用BIM软件进行模型构建工作。然而实际工程当中很多建筑师都无法做到这一点，首先是不能对建筑物所处环境做出准确合理地分析与判断；其次则是因为没有充分了解建筑结构实际状况，所以导致设计出的方案不具备可行性、可操作性差。但是随着技术创新不断发展及应用领域越来越宽泛，BIM 模型的优势就显得尤为突出，不仅可以提高建筑质量以及缩短施工工期同时也能实现安全可靠地使用空间。