基于BIM技術的建筑工程結構設計中的應用分析

摘 要：BIM技術的應用是加快中國建筑業變革、快速發展的一個過程，繼1993年的第一次建筑設計革命后的第二次建筑業產業革命。首先對BIM技術進行闡述，然后詳細分析了在建筑結構設計中BIM技術的應用，指出了在結構設計應用中遇到的問題。

關鍵詞：BIM；結構設計；革命；建模

隨著BIM技術的快速發展和完善，BIM技術在工程領域應用也越來越廣泛。BIM技術能夠實現不同專業的數據共享，通過共享數據，建立模型和分析，進而更加有效的完成工程任務，采用BIM技術可以有效的提高結構設計的質量。毋庸置疑，建筑信息模型（ Building Information Modeling，BIM） 將是未來建筑信息技術發展的主流。在建筑的全壽命周期，BIM 技術應用貫穿始終，相當于建筑的“基因”。而整個建筑工程實現過程的關鍵環節是勘察設計階段，探究 BIM 技術對結構設計的應用情況是十分必要的。

1 BIM技術概況

在建筑工程項目中，由于工程設計的信息是多方面的，并且很多信息是動態的，如果能夠及時收集這些信息，并能夠合理利用，那么將對建筑工程的推進會起到有效的推動作用。 BIM技術就能夠滿足以上這些要求，這項技術也稱為建筑業的第二次革命。BIM技術主要是通過數字模型進行建筑結構的設計、施工、管理的一種先進方法，其特征是主要是：信息集成化、信息傳遞性、協同設計。

（1）信息集成化。BIM技術的集成化主要包括設計過程的集成化和設計信息的集成化。

（2）信息傳遞性。具有傳遞性是BIM技術獨有的特點。在實際工作中，程序中如果修改了某項數據后，BIM系統會自動將修改的部分傳遞給影響的圖元。

（3）協同設計。BIM技術搭建了聯系設計、施工、建設方之間的橋梁，并為工程的推進提供了大量的動態數據。

2 BIM在結構設計中的應用

BIM技術在建筑工程結構設計過程中，其應用與傳統技術有真重大的區別，其重要的應用體現在以下幾個方面。

2.1 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。

2.2 參數化設計

在BIM系統中，整個建筑結構的所有信息都在一個數據庫，并且這個數據庫是共享的，參與設計的各方都可以共享這些數據。方案設計和 初步設計對施工圖設計影響較大，造成了結構工程師將大量的精力都投入到了建筑工程項目并不是最重要的階段。BIM的參數化設計就解決了整個問題。BIM技術采用了參數化的三維實體模型設計結構單元，將之前的點、線、面等元素替換為梁、柱等構件，大量使用的構件被定義為族，族中參數包括了幾何信息、材料信息、邏輯信息等非幾何信息。

2.3 設計過程優化

與傳統的設計過程相比，BIM技術在設計流程上進行了優化。BIM技術的結構設計流程為：BIM數據庫中導出建筑幾何信息→結構設計師設計結構方案→對結構方案進行優化，初步確定結構選型和布置→建立初步分析模型→導入結構有限元軟件進行分析，完成截面設計→各專業分析評估結構模型，輸入BIM數據庫并繪制施工圖。

3 BIM在結構設計應用中的難點

BIM技術在應用過程中，也存在一些難點，遇到了一些問題，這些在一定程度上影響了BIM技術的廣泛應用，這些難點主要包括以下幾個方面。

（1）缺乏標準體系。由于BIM技術目前還處于探索階段，國家和地區相應的各種規范和標準還沒有出臺，處于前期調研、或正在制定過程中。因為BIM技術需要信息的傳遞，所以BIM相關的規范和標準與軟件的協調性是一個十分關鍵的問題。

（2）法律責任問題。主要體現在：BIM技術在使用過程中的合法性和有效性；參數進行傳遞，涉及到產權和責任問題；建立模型與傳統技術內容的一致性；BIM各方的修改權限。

（3）應用和交付問題。不同設計階段，BIM技術設計的深度也不同，設計標準也不同。參與設計的各方與傳統技術相比，分工和內容也不同。

（4）BIM技術的缺點。由于BIM技術處于前期推廣階段，還存在以下幾個方面的問題：軟件主要是國外軟件，本土話程度不高；軟件對應用人員的專業素質和硬件設備要求較高；軟件各個模塊之間連接不完善，數據共享、數據傳遞程度較低，BIM技術的數據信息的傳遞成都有待進一步提高。

（5）使用成本過高。由于對使用人員素質和硬件設備要求較高，所以需要投入一定的資金對專業人員進行培訓，購置高配置設備，進行軟件更新。

（6）BIM技術存檔問題。由于目前沒有具體存檔標準，加之存檔對硬件的配置要求較高，需要進一步提高硬件的配置，增加使用成本。所以，BIM技術的文檔存儲問題亟待解決。

4 結語

BIM技術的快速發展和普及，必將引起結構設計的一次重大變革。目前的結構設計流程將被改變，許多在結構設計過程中遇到的問題將會得到解決。由于BIM技術在應用過程中遇到了以上問題，但是這些問題會逐漸解決，推動BIM技術的廣泛應用。結構設計人員也要加強專業素質的提高，增強綜合能力，熟悉掌握BIM技術，在保證建筑結構設計質量的前提下，快速二高效的完成建筑工程設計任務，從而保證建筑結構的質量。

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作者簡介：張利偉（1983-），男，河南新鄉人，研究生，助教，研究方向：結構工程。endprint