建筑结构设计中BIM 技术的有效应用

闫志平

（山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013）

0 引言

在现代建筑领域中，BIM 技术的推广与应用，BIM相关软件的日益成熟，为现代建筑设计领域提供了更大的发展空间，其技术研究也取得了新的突破与进展。建筑工程建设全生命周期中，结构设计作为一项十分复杂的内容，并且传统的建筑结构设计一般都是以CAD 软件为主展开二维设计，这样要实现立体和协同化的现代化建筑设计难度较大，也较难对现代建筑结构设计方案进行透彻分析，导致一些问题无法及时发现，后续施工与方案不符，影响其施工质量。在建筑结构设计的时候，通过利用BIM 技术，可以实现立体设计、协同设计，并且根据设计情况进行碰撞检测，确保设计方案的准确性合理性，以及对设计方案进行优化，为后期施工质量的提升，给予基础性的保障。

1 BIM 技术概述

BIM 技术是一种在时代发展下产生的应用于建筑领域的新兴科学技术，它通过对各种建筑数据的相关信息进行输入，构建起一个更加完善的建筑模型，便于设计者对建筑目标进行不同程度的计算与设计。对于BIM 技术的含义，其也可称之为建筑信息模型，其具有智能化特征，而且BIM 技术也是可以共享资源的信息模型，能够在一定层面上推动建筑工程有效管理。BIM技术广泛应用于建筑设计中。该应用程序库基于3D 数字技术，具有多种3D 数字技术功能。收集各种工程信息构建数据模型，促进建筑工程设计信息化发展。通过将BIM 技术引入建筑结构设计中，可以在各部门之间共享信息和资源，从而使设计团队、所有者和建筑公司能够共享设计数据和资源。同时，BIM 技术是多种学科融合为一体的技术体系，如建筑学、工程学、土木工程学等。BIM 技术的核心就是以数据为主，构建虚拟的建筑工程三维模型，并且利用数字技术，生成完善且与实际情相符的信息数据库，并且该信息数据库所内包含的内容非常多、专业属性，还包括了状态信息以及非构件对象等方面。另外，通过利用BIM 技术可以大大提升建筑工程信息集成化程度，实现一个信息和数据的交换、共享平台，这样便于各个参与方对数据和信息的利用，实时掌握建筑结构设计和建设情况，准确的调整，实现良好的工程建设效果，展现出BIM 技术自身存在的价值。BIM 技术在降低成本、提升管理效率、协同工作、进行信息的共享和传递等方面有着非常大的优势，BIM 技术的出现是当前社会进行信息化发展的必然需求[1]。

2 BIM 技术优势

BIM 技术作为现代化的一种技术被应用于建筑设计中，往往能够为人们带来眼前一亮的效果，结合大数据、3D 模型等方式实现了建筑及结构设计的可视化，在建筑结构设计水平提升上起着不可或缺的推动作用。BIM 技术具有共享性、可视化、模拟性等特点，具体的内容如下。

2.1 共享性

BIM 的信息共享功能使用信息技术和数字技术实现了资源共享，与传统建筑图形和施工文档相比，大大提高了信息传输的总体效率，为结构设计工作的顺利开发提供了帮助。BIM 技术可以避免建筑结构设计中信息共享、交换等难度较大的问题，实现各方协同作业的模式。BIM 技术应用软件可以对文件、链接信息进行手动调整，在系统发生某个信息或数据的调整时，系统会自动把数据送到关联的图块中去，完成传递和修改。同时通过可传递性，达到在建筑设计流程中设计人员、施工人员、管理者、企业内部的有效交流。另外，由于BIM 技术具有信息共享的特点，为设计中个性参数的调整，提供了便利的条件，实现较高的设计效率。

2.2 可视化

可视化在建筑设计行业中所起到的作用很大，相较于传统二维图纸，BIM 技术能够对建筑设计进行可视化应用，以一个三维模型的状态展示给各专业设计人员以及施工人员，能够充分地减少建筑设计及施工在项目各个环节中产生的问题，进而最大程度地确保了各个施工环节之间信息互换，同时又更加有效地促进了建筑工程施工项目中各个不同施工环节的工作效率。BIM 技术主要是以立体的形式将建筑结构展现出来，这样便于后期方案的检查，并且可以实现全生命周期监督与管理，做到及时发现问题和解决问题，以此保证建筑结构设计的质量[2]。

2.3 模拟性

BIM 技术核心在于信息处理，以计算机技术、大数据信息为基础，对建筑结构进行模型可视化构建，利用几何学、建筑工程学等学科技术将建筑工程的信息、施工流程以及施工技术等因素加以整合，通过3D 模型呈现出来，而对于我国建筑工程设计工作而言，其中最为关键的环节便是工程模型的创建，也被人们成为建模。BIM 技术可以利用大量的数据，构建建筑结构三维模型，并且对各类结构进行预处理，设计人员再根据相关数据进行检验，这样可以提前发现施工中存在的不足，并且有针对性进行解决。

3 BIM 技术在建筑结构设计中的具体应用分析

3.1 建筑结构三维模型

数据是创建整个信息模型的基础，在数据读取中，关于信息读取链接，可以更改数据文件的处理方式，以满足结构需求，从而实现信息构建、设计过程中的数据共享，并大大提高容量。BIM 技术在建筑结构应用的时候，可以将工程数据作为基础，并且利用建模软件对建筑结构的参数进行调整，并且设计人员可以通过三维模型，可以准确的了解建筑结构的布局，以及结构特点，基于工程建设要求做出适当的调整，以此保证建筑结构设计的效果。同时，BIM 技术通过利用计算机，可以将建筑结构以立体的形式展现出来，并且根据设计要求，在计算机中展开进一步的修改，这样不仅保证建筑结构设计的准确性，其设计效率也相对较高。传统的建筑设计结构设计管理，由于设计人员监督不严格，常会造成在建筑设计过程中图纸不按有关规范制图、忽视自检校对现象的发生，从而造成建筑图纸内容复杂、布局不齐全。一般的工程设计方式，架构设计及模型运算必须在各种软件上进行，若存在需要修正与调节的问题，必须在架构设计与模型运算时不断进行和调整，大大降低了工程设计质量。BIM 技术与传统建筑结构设计技术相比，对于细节的设计可以更加细致化，当结构模型使用构件控制参数时，参数与参数之间形成一定的相关性，为协同功能的再现提供了依据。换句话说，如果工程设计者修改了构件，则结构模型也会随之改变，并且此处的变化会随着构件的变化而变化，这种变化可以清楚、及时地反映实际情况。例如，建筑结构设计在分析受力的情况，可以利用BIM 技术对结构受力参数进行计算，并且根据实际情况，对建筑地基结构承载力进行计算，其目的就是保证建筑结构的稳定性和可靠性。另外，由于现代化建筑工程高度不断增加，其结构也变得复杂化，所以为了更清楚的了解建筑结构的整体以及局部结构的受力情况，这时利用BIM 技术，就可以整体或者局部放大三维模型，深化和调整细节，以此保证建筑结构设计方案的准确性[3]。

3.2 钢结构建模

在我国建筑工程中，作为钢结构来讲，一般应用于大跨度的工程结构中，在进行钢结构设计时，最重要的是提高各个构件之间的连接工作可靠性，利用科学的布置方式做好钢结构连接节点的加强，其中主要包含着柱梁衔接，柱柱衔接，梁梁衔接等形式的连接。而通过BIM 系统中强大的参数共享模块，能够有针对性地实现钢构件方案设计，将其连接参数化。钢结构逐步成为现代化建筑结构的主体，因此在设计的时候，通过利用BIM 技术可以对整体或者局部进行三维钢筋进行创建，并且根据工程建设要求，不断对钢结构进行优化，以此保证钢结构满足建筑结构的设计要求。同时，BIM技术在应用的时候，可以通过插件的方式进行钢结构构建，并且根据实际情况，适当进行手动调调节，确保其精准性。BIM 方法也能够合理调节螺栓联接之间的距离和数量，从而实现了参数化管理，工程设计人员只需按照实际状况在指定地方对参数的合理调节，就能够完成了钢构件的方案设计。效果较好的参数化信息管理系统还能够提升钢结构建筑设计品质，对建筑具有重大的积极意义。另外，由于建筑结构较为复杂，所以需要在局部节点创建型钢BIM 剖切模型，并且在模型中，可以大范围拖动进行操作，以此提升设计工作的效率。

3.3 结构平面施工图

在建筑工程项目设计的过程中，通过充分应用BIM 技术手段可以让建筑物更加现代化，而且可以让工程项目的设计以及后期的施工更加顺畅地衔接，确保建筑设计能够有更加科学、严谨的数据分析。建筑施工现场的地质条件、岩土的类型，及其环境要求往往都与建筑物结构的安全性有关。利用BIM 技术就可以把建筑结构和环境相连接，并有效地对建筑物架构设计的环境要求加以分析，利用对施工环境的仿真施工，可以给予相应的建筑模拟。同时，BIM 系统还可以根据地理信息对施工区域的地理特征和场地特点做出全面解析，选取最适宜施工的空间，从而开展建筑数据分析，以此达到建筑和施工空间的智能化联系。利用BIM 技术手段可以打造数字化的信息管理平台，从而可以智能化地规划设计建筑物内部的具体内容，使设计图纸和施工图纸更统一衔接，不仅可以让设计质量得到大幅度提高，而且还有利于后续的施工管理工作。BIM 技术在建筑结构设计中的最后一步，就会将建筑结构模型进行转换，形成平面版的设计方案，以便施工人员的使用。转换的过程中，设计人员需要将BIM 技术模型中关键的数据，以及核心信息进行提取，并且在平面版式中多角度、全方位的展示，利用符号笔将重点部位进行标记，这样主要是保证施工图信息与模型信息处于一致，以便施工人员可以清楚的了解建筑结构的设计图纸，确保施工工序可以有序的进行，做到按期交付工程，提升建筑工程的建设质量[4]。

4 BIM 技术在建筑结构设计中的实现路径

BIM 建模技术通常对于建筑整体构件设计工作而言，也要利用信息协同的方式进行结构的设计，结合BIM 模型构建技术往往能够将结构的各项信息展示在结构中，在BIM 技术的支持下实现了及时的更新，真正实现了项目建设信息的共享。BIM 技术与现有建筑软件之间存在很大差异。通过启用三维建模可使建筑结构更加真实，可以更直观地处理构件，同时还可以执行可视化和模拟工作。不同类型的构件可以产生良好的融合效果，从而可以更客观、更准确地展示构件之间的空间关系。①在各个区域内部开展建设信息共享时，能够结合数据库整合的方式满足建筑的实际需求和需要。②在各个专业不同部门之间开展建设信息共享时，需要通过合理设定中央数据库方法，避免对各个学科领域的建筑设计人员之间产生沟通阻碍，以完成建筑一体化，并保证了建筑的统一协调性。当结构模型使用构件控制参数时，参数与参数之间形成一定的相关性，为协同功能的再现提供了依据。换句话说，如果工程设计者修改了构件，则结构模型也会随之改变，并且此处的变化会随着构件的变化而变化，这种变化可以清楚、及时地反映实际情况，从而大大提高了整个工程设计的精度，减少了设计方案与实际施工情况之间的误差[5]。

5 结语

总而言之，BIM 技术是现阶段建筑行业设计过程中较为关键的一种技术，具备着一定的可视化、集成化、模拟性的优点，在建筑结构设计过程中发挥着十分重要的作用。BIM 技术在建筑结构设计中，可以根据建设要求，对其结构进行合理的规划，并且进行仿真模拟，生成立体的三维结构模型，以此保证建筑结构设计的准确性。同时，BIM 技术在应用的时候，可以根据建筑结构的布局，实施全方位的检查和跟踪，不仅可以提升设计效率，也为后期工程建设质量的提升，提供了基础性的保障，实现良好的经济效益，促使建筑行业朝向更健康、更稳定的趋势发展。