BIM技術在結構設計中的應用研究

【摘要】本文主要闡述了什么是BIM、BIM的技術特點分析以及在結構設計中的應用研究，以供各位參考。

【關鍵詞】BIM，結構設計，應用

一、前言

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，是指開放性的工業標準下設施的物理和功能特點。在歐美發達國家BIM已經逐漸普及，我國也紛紛成立了BIM研究小組。在科學的建模、管線設計、結構設計方面都有良好的應用。

二、BIM的技術特點分析

建筑信息模型作為一種利用數字模型進行設計、施工、管理的工作過程或方法，其具有如下特點：

1.信息集成。主要體現在設計信息集成化和設計過程集成化。建筑信息模型是整個建筑工程單一的、數字化的信息模型，所有專業的設計信息都往這一個模型里添加。因此，信息模型是信息集成的實體。在此基礎上各個專業設計人員都可以參與工作的協同設計平臺，進而實現設計過程的集成化。建筑信息模型的核心是一個由計算機三維模型所形成的數據庫，涵蓋了建筑結構空間關系、構件尺寸等幾何信息，建筑材料、各種建筑構件的性質及數量等物理信息，以及構件連接方式、荷載、邊界條件等結構分析信息。建筑師、工程師和物業管理單位提取建筑內的信息十分方便，這種設計方法突破了傳統CAD方法，因此BIM技術被稱之為設計產業的第二次革命。

2.工作可傳遞性。建筑信息模型應用程序的一個基本特性是，在工程數據之間創建實時的、一致性的關聯。設計師無須自己處理圖紙或更新鏈接。當修改了某項內容時，BIM系統會立即將修改反映到所有受影響的圖元。另外，同一模型可以用于不同用途的分析，比如BIM模型可用于結構分析和施工模擬等。工程師無需為進行不同分析而建立多個模型，大大提高設計效率。

3.支持協同設計。作為一種全新的設計平臺，BIM系統可以為設計、施工、業主、經營者之間建立溝通的橋梁，提供處理工程項目所需要的即時相關信息。基于三維模型的碰撞檢測功能可以根據各專業不同的設計原則，BIM系統能夠實現自動檢測構件對象間的相互影響。大大提高設計團隊中建筑師與結構工程師、設備工程師之間的溝通效率，從而縮短設計周期，提高設計質量

四、BIM技術在結構設計中的應用研究

1.結構工程師目前主流的設計方式是利用有限元結構分析軟件（程序）進行結構建模計算和結構整體空間受力和變形分析，然后另外利用2D繪圖工具來繪制傳統的2D施工圖文檔。基于BIM技術的結構設計方式是：工程師將物理模型發送到結構分析軟件，分析程序進行分析計算，隨后返回設計信息，并動態更新物理模型和施工圖文檔。BIM技術就結構設計本身而言，其基本理念就是要達到結構計算分析和施工圖文檔兩者相互統一，或者說實現兩者間的無縫鏈接。

2.建筑師搭建BIM模型時，關注的是模型空間表達的真實性和外觀視覺上的效果，以及物理模型能否自動生成2D施工圖文檔。與建筑專業相關的計算分析，比如日照分析和建筑能耗分析，對模型數據庫的要求也往往僅限于模型的幾何外觀和空間尺寸，以及材料的物理特性。結構工程師搭建BIM模型時，除了關心物理模型能否自動生成2D施工圖文檔，同時也關心物理模型能否自動轉化為可以被第三方結構分析軟件認可的結構分析模型。畢竟結構的安全性分析計算是結構設計的首要環節和重要問題。由于結構分析模型中包括了大量的結構分析所要求的各種信息，如：材料的力學特性、單元截面特性、荷載、荷載組合、支座條件等等。所以結構工程師的BIM模型就會因繁多的參數而異常復雜。

3.BIM在結構設計中的可視化研究。建筑信息模型以三維模型為基礎，用來表示真實建筑構件。對于傳統計算機輔助繪圖軟件一般采用CAD技術，使用無抽象表達的幾何圖形來表示構件，難以表達更多的信息。在設計及初步設計階段，建立三維實體模型，可以快速直觀地觀察建筑構造，推敲建筑體量，剖析功能布局等。在大型、復雜的結構體系設計過程中運用可視化技術，可對結構模型進行漫游動態演示，考察結構選型的建筑適配性及構件尺度在建筑空間中的表現效果，并以此來選擇結構的最優方案。

4.BIM在結構參數化設計中的研究。在整個結構信息模型中，模型和全套設計文檔存儲在同一個數據庫中，所有內容都是參數化的、相互關聯的。作為BIM最重要的特點之一，此關聯性可以實現高質量、一致、可靠的信息輸出，有助于形成面向設計、分析和建檔的數字化工作流程。

5.基于BIM的結構基礎部分的實現。依據基礎結構施工圖紙，創建獨立基礎和雙柱普通獨立基礎的混凝土部分，在創建前需提前設置混凝土的屬性，包括強度名稱、編號設置、位置、截面、等級、現澆或者預制等。

四、 BIM應用推廣需要注意的問題

國內各設計院對BIM的接觸時間并不算短，早在2004年就有不少設計院接觸過Revit軟件，并開始實際項目的設計應用。但是時至今日，為什么大部分設計院選擇了放棄或者是尚還處于起步階段或局部應用，始終無法轉變為生產力，形成規模化應用呢？究其原因，主要是因為大多數設計院對BIM工具的理解還不夠充分、期望值過高、準備不足，所以造成了最后應用推廣的失敗。

所以，我們在BIM的應用推廣過程中需要注意以下幾個問題：

1.結合自身情況，合理設定現階段BIM的應用范圍，再逐步尋求拓展BIM增值設計服務。不要在剛開始接觸應用BIM，便想要求大求全，試圖將revit用于各個專業，完美的實現三維協同設計及相關應用。

2.BIM啟動的實驗項目不宜選擇難度過大的項目，導致BIM推進較為艱苦、困難重重，使整個團隊失去信心。

3.Revit產品的本地化上還不完美，對初學者在實現本地化施工圖出圖上尚存一定難度，需要有對Revit全面了解的專業人士針對各個設計院的出圖標準和各種相關應用進行定制和教授針對不同類型項目的應用方法，使得推廣應用事半功倍。

4.BIM的應用推廣是個長期的不斷發展的過程，需要事先考慮BIM團隊結構，人員梯次，如何實現逐步推廣等問題，從而實現有計劃，有步驟的逐步推廣。一個合理實用的BIM實施規劃很有必要。其中人才的問題最為關鍵。千軍易得，一將難求。BIM團隊的負責人也就是BIM經理的選擇和培養至關重要。由于項目團隊負責人對BIM理解及應用過程沒有正確的判斷和深刻的認識，無法得出恰當的執行方案，容易出現決策上的失誤，直接導致公司決策層及項目團隊設計人員對BIM的誤解。在BIM團隊的人員挑選上，也需要尋找學習熱情高昂，有自我學習思考能力的設計師。此外，值得注意的是：BIM的出現將使得BIM制圖員這樣的角色有了一席之地。因為Revit三維設計的平立剖面圖及大樣詳圖與模型之間的相互關聯，直觀有效地避免了一些低級設計錯誤的出現，也能更快捷地實現建筑師與制圖員之間的交流溝通。

5.Revit是三維的參數化設計，創建的是建筑信息模型，這與傳統的二維設計有著本質的區別。工具的特點決定了我們針對不同類型的建筑項目，不同的設計階段，不同的設計需求，我們需要不同的應用方法。

五、結束語

在大數據時代，科學技術是第一生產力，我國BIM的研究和應用體系也在逐步完善，相信BIM技術在結構設計中的應用研究也會取得更多成果。

參考文獻：

[1]柏慕培訓編著.Autodesk Revit MEP管線綜合設計應用.電子工業出版社，2010.

[2J Chris Wilkins， Arto Kiviniemi. Engineering centric BIM. ASHRAE Jour-nal. 2008.12： 4448.

[3]龍輝元.結構施工圖平法與BIM [J].土木建筑工程信息技術，2011.3 ：26-30.