BIM技術在建筑結構設計中的應用探究

段 陽 萍

(容海川城鄉規劃設計有限公司，山西 太原 030027)

近年來，復雜的建筑結構形式逐步增多，建筑業的設計模式受到了巨大的沖擊。但是，隨著計算機技術的快速發展，信息化對建筑業帶來了革命性的影響。BIM作為當前建筑行業最新興的技術之一，傳統建筑結構設計方法在現階段結構設計上捉襟見肘時，將整個設計理念更加完整地通過三維模型表現出來，推動了建筑行業從CAD的二維向BIM三維的技術演變[1]。因此，對BIM技術在建筑結構設計中的應用探究意義重大。

1 BIM技術及其特征

1.1 BIM技術

BIM(Building Information Modeling)，又叫“建筑信息模型”。具體來說，BIM技術既是一項應用于設施全生命周期的3D數字化技術，又是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具[2]。BIM以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎，通過數字信息仿真模型模擬建筑物所具有的真實信息，使整個建筑工程以立體的形式展現在人們面前，作為項目決策的基礎和共享信息的資源。

1.2 BIM技術的特性

BIM技術具有如下特征[3]：

1)操作可視化。對于建筑行業來說，在傳統的CAD技術下，設計院只能交2D的圖紙。而BIM技術的出現為實現可視化的操作開辟了道路，使項目設計、建造等過程中的溝通、決策等，以及如溫度、通風性等信息都在可視化的狀態下進行，從而有利于降低成本、提高效率和工程質量。

2)信息的協調性。業主及施工、設計單位都需要做協調及相配合的工作。BIM技術一方面可在數據之間創建實時的關聯性，以致在建立信息化建筑模型設計的成果后，無論對模型中數據做何更改，都會立即在其他相關地方顯示，從而避免了不同視圖間的差異現象，提高了工作效率，保證了工程質量。另一方面，BIM技術可在各個構件實體之間，實現關聯性顯示和智能互動。如，門窗都是建立在墻的基礎上，如果把模型中的墻刪掉，墻上的門窗也會立即被刪除等。這種關聯顯示、智能互動表明了BIM技術能夠使模型中的各個構件之間具有良好的協調性。

3)信息的完備性。BIM是設施物理特征和功能特性信息的數字表達，其包括完整的工程信息的描述，且其所有信息都是用數字化的形式保存在數據庫中。BIM信息的完備性主要體現在其可以把各個階段產生的信息都儲存起來，方便共享，進而支持可視化操作、優化分析、模擬仿真等功能。

4)真實模擬性。表現為BIM可對設計上需要進行模擬的一些東西進行模擬實驗，也可根據施工組織設計模擬實際施工指導施工，還可在后期運營階段模擬日常緊急情況的處理方式等。也就是說，BIM還可模擬不能夠在真實世界中進行操作的事物，并進行對其優化設計與施工。

2 BIM技術在建筑結構設計中的意義及主要功能

2.1 BIM技術在建筑結構設計中的意義

目前，BIM的快速發展給建筑行業帶來了巨大的影響，其在建筑行業結構設計中的意義重大。首先，BIM技術可視化的特點可以讓設計師進行全方位思考，改變工作模式，大大提高建筑設計的效率，保證設計質量。其次，利用BIM技術的協調性特點，使用同一模型數據，多專業協同工作，提高各專業間合作效率。第三，BIM技術信息的完備性讓各專業的信息有機的結合，可使施工人員看到包含整個項目的信息模型，進而有效的減少施工階段會出現的各種設計問題。第四，BIM真實模擬性的特點使設計人員可以根據模型模擬出建筑結構設計的真實實物反應，促進設計人員進行逆性思維，進而優化結構設計。

2.2 BIM技術在建筑結構設計中的主要功能

首先，BIM技術具有設計數據信息化的功能。對比傳統設計模型，BIM技術的主要特點和重點關鍵在于數據信息方面。建筑工程可以利用BIM技術進行大數據信息庫的建立，實現在工作人員需要建筑設計的某些信息時，能快速高效的完成對數據的搜尋，進而從間接上提升建筑設計的整體質量與效率。

其次，BIM技術具有對設計圖紙可以更改的功能。BIM技術具有設計數據信息化的功能，以此為基礎，其能夠在圖紙設計時便獲取建筑工程詳盡的基礎數據信息，若在施工時發生不可解決的問題，便能快速根據修改數據完成變量數據進行修改，而更改后的信息數據將會在設計圖紙上進行標記，以便于設計人員讓結構設計滿足更高的設計需求，讓建筑結構及質量更加完善。

3 基于BIM的建筑結構設計流程特點

在整個建筑設計流程中，建筑結構設計是必不可少的一環。傳統的結構設計軟件中建立的模型是簡單的分析模型，無法在后期對其進行利用。而基于BIM技術的建筑結構設計流程有如下特點[4]：

1)實時共享基礎數據。基于BIM的建筑結構設計能夠幫助各專業之間在同一個數據庫中完成各自的工作內容，不僅實現了各專業之間的實時數據同步，還能帶給設計師更加直觀和豐富的感受，有效的避免或解決了設計過程中各專業之間的設計沖突。2)優化調整工作流程。在基于BIM的建筑結構設計的每個設計階段，設計人員能提前進行相關的檢測與分析，還能根據實時模型對設計成果與質量進行審核，進而促使優化調整工作流程，以降低變更成本，減少錯誤，并使整個建筑的項目周期在合理的范圍內縮短。3)完善并提高設計質量。在基于BIM的建筑結構方案設計階段，二維視圖都能根據BIM模型自動精確生成，設計師不僅可以更加快捷、高效的解決碰撞、錯漏缺等問題，還可把主要的精力放在設計創意上，由此能大大提高設計質量。

4 BIM技術在建筑結構設計中的具體應用

4.1 在建筑項目設計前期實地環境踏查階段的應用

當建筑項目的地點確定之后，對建筑基地進行周邊環境考察是建筑項目設計的首要步驟。利用BIM技術操作可視化特點，可對建筑項目周邊的具體環境進行分析，使得設計人員能夠根據項目落址周邊地形地貌、自然地理等環境的實際情況，較為全面和直觀的對建筑結構如何設計進行分析，并對建筑結構的空間規劃進行調整，從而促進建筑結構設計的科學性和合理性。

4.2 在建筑結構參數設計中的應用

BIM技術應用在建筑結構參數設計中，不僅能夠有效提高設計信息的輸出質量及輸出效率，還能夠實現BIM系統數據庫的實時更新，推動建筑結構設計向數字化方向發展。也就是說，采用BIM技術，設計方可以在建筑結構的設計過程當中，建立一個包含所有關于建筑的數據信息的獨立的數據庫，讓所有參與設計的部門都能夠訪問此數據庫，并在設計的時候能夠對不同的參數予以不同的約束，從而提高設計質量及設計效率。

4.3 在建筑結構建模中的應用

BIM技術應用在建筑結構設計過程中，能將三維實體模型構件真實體現出來。即BIM技術能夠使設計方案從平面展示轉換為立體展示，實現建筑結構的可視化，進而促使參與人員直觀地認識、了解整個建筑結構的構建信息、功能布局[5]。與此同時，BIM技術可以快速發現建筑結構設計中存在的問題，以利于設計人員可以根據發現的問題修正、完善設計方案，消除建筑結構中的各方面隱患，很大程度上促進建筑結構設計質量的提高。

4.4 在建筑結構自身空間規劃上的應用

建筑結構自身空間規劃包括室內的空間格局、建筑物外形以及道路等。利用BIM技術可視化的特點，在數據庫的基礎上，可把初步設計的建筑物以立體的形態呈現出來，進而促進設計師直觀的對自身空間規劃進行可視性分析，從而使得建筑物的空間規劃達到最佳的程度。

4.5 在建筑結構性能中的應用

BIM技術的應用，可以實現對建筑結構穩定性、牢固性、抗震性等基本要求進行科學分析，還可實現對建筑結構三維設計中BIM模型的碰撞檢查，確定各項數據是否滿足標準，解決建筑結構設計中存在的問題，提升建筑結構設計的質量。

5 結語

BIM技術的特征決定了其在建筑結構設計中應用的意義重大。因此，在目前基于競爭日益激烈的環境背景下，相關建筑單位必須重視對新興技術的研究和應用工作，構建高水平的BIM團隊，并提高BIM團隊工作的嚴謹性，確保BIM技術應用的可行性，在推動自身的發展的同時，使BIM技術在建筑結構設計中發揮最大的作用。