探析建筑結構設計中BIM技術的應用

陳慶豐徐云博劉繼鵬胡 愈

（河南工程學院，河南 鄭州 451191）

探析建筑結構設計中BIM技術的應用

陳慶豐1徐云博2劉繼鵬3胡 愈4

（河南工程學院，河南 鄭州 451191）

隨著經濟水平的不斷發展，人們對建筑的要求越來越高，在建筑施工過程中應該高度重視建筑過程的管理，利用先進的建筑設計方法，提高建筑的性能以及經濟性。BIM技術能夠在建筑設計師中發揮重要作用，通過BIM技術能夠在設計之初進行一系列探究，提高建筑設計的科學性及實用性，在新時期，傳統設計方法已經無法滿足實際需求，BIM技術就在這樣的背景下誕生了?；诖?，本文就建筑結構設計中BIM技術的應用進行分析研究，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

BIM技術 建筑結構設計 結構設計 信息模型

引言

BIM 技術作為一種面向建筑設計的基于對象的CAD 技術，其在建筑數字描述中得以廣泛應用。通過BIM 技術能夠實現在電子模型中存儲完整的建筑信息內容，實現建筑設計的創新發展。特別是近年來隨著 BIM技術的完善提高，BIM 技術可以在不同專業和部門之間實現數據共享等功能，應用在建筑工程領域，建筑師、設計師、工程師及業主等均能夠共享相同的數字設計信息，應用相同的可視化數字模型，實現建筑結構模擬與分析等工作。BIM 技術在建筑設計中的應用能夠有效提高建筑工程結構設計質量，確保建筑施工安全。

一、BIM概念及內涵

建筑信息模型(Building Information Modeling, or BIM)是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型。BIM的概念最早起源于美國，???它利用數字模型對項目進行設計施工運營維護的管理過程，實現信息化和數字化在建筑行業中的靈活運用。在建筑工程領域，如果將Auto CAD技術的開發應用看做是建筑設計由手繪到計算機繪圖的第一次革命，那么，BIM 技術的使用，這種把建筑繪圖由多專業分別分步繪圖轉換為多專業共同繪圖的計算機信息技術，將創造建筑設計工程行業的第二次革命。簡而言之，BIM 技術是工程項目管理過程中使用的一種全新的信息化管理技術。

二、傳統建筑工程結構設計的缺陷

（一）、設計及分析手段問題

在BIM 傳播的過程中，BIM 相關軟件總是最常被提及的；在BIM 的實踐中，BIM 軟件的應用也是最常見的突破口。盡管這一現象有一部分原因來自軟件開發商是 BIM 認知和發展的重要推動力量，但更重要的是，傳統的設計軟件在設計、分析能力上確實存在諸多不足。

（二）、設計流程問題

如果說設計協同問題是傳統建筑工程設計中最嚴重的問題，傳統設計流程則與之相互影響。不重視協同設計以及缺乏協同能力造就了現階段常見的設計流程，而這種設計流程又進一步阻礙了設計協同的發展。在傳統設計流程下，各個專業都有自己的工作主線，不同專業的設計內容分布在不同專業的圖紙上，各個設計階段的信息交流主要依靠關鍵節點的提資來完成。在這種流程下，信息交流難度大，協同工作難以開展，信息共享也難以保證實時性。一旦某一專業的設計發生改變，若缺乏設計人員之間的及時溝通，其問題很有可能在下一次的關鍵節點的提資中才能被發現，而這將有可能導致大量的設計返工，嚴重時甚至影響設計的整體進度和整體質量。

三、建筑結構設計中BIM 技術的應用分析

（一）、模型建立

BIM 技術可以有效的將結構的三維實體模型用真實的構件表示出來，對比傳統的設計技術，突破了 CAD 技術進行施工圖繪制時，只能表示平面信息的瓶頸，BIM 技術可以利用直觀的建筑結構構件表示整體結構以及各構件之間的關系。在實際結構設計中，利用 BIM 技術，可以通過可視化技術，通過對建筑結構的動態變化，對結構構件進行設計，進而設計出一個合理的結構設計方案。通過BIM 技術，也可以迅速發現在設計過程中出現的問題，及時修改設計方案，最終提高設計質量。

（二）、應用于建筑空間規劃

空間規劃是建筑設計的第一步，在選定建筑地點后可以對當地的空間進行地形分析，尤其是在地形比較復雜的建筑基地上地形分析必不可少。通過BIM技術對建筑基地進行空間分析，例如具體的坡高、斜率、以及坡向等分析，對于建在地形復雜地區的建筑物可以利用BIM技術進行初步探索，為設計工作提供有力的支持，開闊思路。在坡度分析是可以利用GIS建模，并對其中的各項參數進行模擬，設計人員能夠對根據需要從不同角度進行探索，并生成一系列基礎數據，供后期設計參考。地形探索完畢后即可進行與建筑物的空間規劃。對建筑物的空間規劃一般利用BIM技術的可視化分析技能，將建筑通過3D技術立體呈現出來，并進行室內的視野分析、規劃可視度分析、道路可視分析等，在進行各項分析前首先建立相應的模型，并利用BIM技術進行調試，結合各因素綜合參考，得出最佳的空間規劃模型。

（三）、應用于建筑結構性能分析

建筑結構設計并不是對建筑各個部分簡單的排列，還需要使各個部分有機組合起來，形成一個彼此支撐的整體，確保整個建筑結構的抗震性、牢固性等達到相應標準，這就需要對建筑結構的性能進行分析。在BIM 技術中，可以設計相應的性能分析軟件，將 BIM 模型的相關數據導入軟件之中，就可以快速、準確地完成整個分析過程，并根據分析的結果來發現和改正設計中存在的不足，提高建筑結構設計質量。

（四）、應用于鋼結構的建模

在現階段，隨著建筑工程的不斷發展，大跨度、大空間成為建筑工程發展的重要趨勢，鋼結構的應用也越來越加廣泛。鋼結構的鏈接和加強件布置十分繁多，給建筑鋼結構的設計帶來了難度。利用 BIM 技術，可以通過對鋼結構梁高度的計算，對所有連接件進行專門的設計，并連接件進行參數化處理，應用 BIM技術的參數共享功能，即可以完成對鋼結構中螺栓等連接件數量和間距的控制，在需要構建新連接件時，設計人員只需要調整相應的參數即可完成； 對于加強件，設計人員可以通過 BIM 技術繪制出相應的大樣圖，在鋼結構施工中，技術人員只需要參考相應的設計位置，就可以確定加強件的部位，避免了鋼結構中薄弱環節的存在。

四、BIM 技術在建筑機構設計中的難點

建筑結構設計工作在運用 BIM 系統中需要將模型發送到分析軟件，結構分析軟件利用算法來將建筑結構的設計信息反饋出來，并根據用戶指令來形成動態的施工圖與結構模型，所以設計人員在使用 BIM技術中要考慮模型空間的整體真實性，并要對 BIM 系統的物理模型能否自動生成施工圖紙等方面進行充分考慮。建筑結構的安全性是設計工作中設計人員要充分考慮的因素，但是由于建筑施工材料自身力學特征、荷載組合、荷載以及單元截面特性等多種因素會對結構性能產生影響，所以設計人員在使用 BIM 模型進行分析過程中往往需要面對各項復雜參數。再者，BIM 模型在本質上是物理模型、建筑結構分析模型以及施工圖文檔的完全數據模型，所以在建筑結構設計中只有采用完全符合標準或比較簡單的結構構件，才能實現上述多種數據模型之間的雙向無縫連接，如果建筑結構構件的整體設計沒有達到相關規范要求，或建筑結構構件的高度復雜化會導致其在運行中丟失大量數據。因此，現代建筑結構設計中設計人員要高度關注這一問題，力求可以有效實現物理模型與結構分析模型之間的雙向無縫連接。

結束語

綜上所述，基于對 BIM的建筑結構設計的初步研究，提高我國建筑工程設計的技術與管理水平、改善我國建設工程項目的整體質量的重要途徑之一是貫通建筑業的技術信息化和管理信息化。當前我國的 BIM 技術已經具有了初步的系統化環境，項目流程的經濟問題、技術問題以及法律問題均具有相應的應對方案，所以當前最重要的發展方向應當是BIM模型的提供以及數據的審核、集成，從而更好的保證數據的一致性、合理性以及準確性。

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1007-6344（2015）11-0154-01