建筑結構設計中BIM技術的應用分析

段 勇

（黔南州建筑設計研究院，貴州 都勻 558000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是一種工程數據模型，這種基于三維數字技術的模型可以將建筑工程項目各相關信息匯成一體。美國學者率先提出建筑信息模型概念，其主要是通過數字模型來設計、施工、運營并維護項目，提升建筑領域數字化與信息化水平。如果將Auto CAD技術研發與應用當成建筑設計領域內的第一次革命（計算機繪圖取代人工繪圖），BIM技術則是這一領域內的二次革命，因為該技術實質上是將建筑繪圖從傳統的多專業各種獨立、分步驟繪圖向計算機信息技術（多專業共同繪圖）轉變。也就是說，BIM技術實質上是某種全新型信息化管理技術，通常應用于工程項目管理。建筑信息模型技術實施路徑如圖1所示。

圖1 建筑信息模型技術路線

1 BIM技術簡述

在建筑工程項目設計中，需要運用各方面的信息，數據量十分龐雜，且不少信息屬于動態信息，采用傳統的設計方法進行整理存在一定的難度。如果一種新型技術可以實現對這些信息進行及時地收集整理，使工程設計能夠更加有效地運用這些龐雜的信息，將會對建筑工程的設計和后期的合理施工產生重要的意義。BIM技術就是在這種背景下應用于建筑工程設計領域的。

1.1 BIM技術主要特征

BIM技術主要是通過構建數字化模型實現對建筑工程設計、施工、管理的一種先進技術，其主要特征包括3個方面，即信息集成化、信息傳遞性以及協同設計。

1）信息集成化 其主要包括設計過程的集成化與設計信息的集成化。

2）信息傳遞性 該特性是BIM技術的獨有特點之一。也即是說，當修改程序中的單個數據后，BIM系統自帶的自動修復功能將會發生作用，將修改信息傳遞至相應的圖元。

3）協同設計 BIM技術充分發揮了設計、施工、管理之間的紐帶作用，并在這一過程中幫助工程的順利實施提供詳盡的數據支撐，使工程建設更加趨于科學化、規范化。

1.2 BIM技術應用存在的不足

從當前我國工程建設領域應用BIM技術的實際情況來看，該技術在建筑工程領域的應用還存在以下不足。

1）該軟件大都是由國外軟件商開發，實現本土化的過程中還存在一些問題。

2）軟件對應用人員的專業素質要求較高，我國還需要加大這方面人才的培養力度。

3）軟件模塊之間連接不夠順暢，數據共享、數據傳遞效率不高，制約了BIM技術應用于建筑工程領域的發展。

2 傳統建筑結構設計缺陷

盡管在傳統建筑結構設計中探索運用了有關建筑信息模型，但是該模型尚不完善，相關模塊的設置也不夠合理，影響了其功能的發揮。

2.1 設計與分析策略性不足

建筑信息模型有關軟件在建筑信息模型傳播時始終被頻繁提及，足以說明相關軟件的應用對建筑工程設計具有十分重要的意義，建筑信息模型軟件應用在建筑信息模型實踐中同樣屬于最為普遍的一個突破口。在推動建筑信息模型認知與發展過程中，軟件開發商可謂是功不可沒。不過與新型的BIM技術相比，傳統設計軟件依然存在明顯的分析與設計能力缺陷，功能尚不夠強大，這似乎成為其無法逾越的鴻溝，制約了其進一步的發展。

2.2 設計步驟方面的不足

傳統建筑工程設計領域內一個最典型的缺陷就是設計協同問題，且設計協同問題與傳統設計流程之間存在互相干擾，這也是當前設計流程缺陷的主要原因，現代設計協同發展因此受到明顯制約。各專業在傳統設計思維中的工作重點均有所不同，各專業圖紙的重點均為本專業設計內容，關鍵節點圖紙在各設計環節信息交流中成為現實制約，這一環節不打通，或打通質量不高，會增加信息溝通與工作協同難度，無法實時完成信息共享。特別是在單一專業設計變化條件下，設計師溝通不及時會導致風險隱藏，設計返工會因此而出現，有時甚至會累及各專業設計的整體質量，進度均有可能因此而受到嚴重影響。

3 BIM技術應用分析

當前，BIM技術在建筑結構設計中的應用主要集中在模型構建、建筑空間規劃、建筑結構性能研究、鋼結構建模等方面，其具體應用情況如下。

3.1 模型構建

BIM技術能通過真實構件有效表示出三維實體結構模型。和傳統設計技術相比，BIM技術全面打破了CAD技術只可以完成平面信息傳遞這一現實瓶頸，能通過建筑結構構件將結構整體、不同構件相互間關系直觀地表達出來。設計實際結構時，可以基于BIM技術、可視化技術來動態性的展示出結構變化，在此基礎上設計結構構件，將合理、科學的結構方案設計成功，將設計缺陷迅速調整，對設計方案進行及時修改，實現設計質量提升。

3.2 建筑空間規劃應用

建筑設計的首要環節即為空間規劃，建筑地點選定條件下即應開始分析當地空間、地形，如果基地地形比較復雜，則更有必要分析地形結構。利用BIM技術分析建筑基地坡向、斜率、坡高等空間，可以初步探索地形復雜區域建立建筑物的可行性，奠定設計基礎，打通設計思路。利用GIS建模可以進行坡度分析，模擬各項參數，根據設計需要由各層面以各種視角展開分析、研究，將系列性基礎數據就此生成，為未來設計提供具體的參考依據。完成地形探索條件下，建筑物空間規劃工作即可展開。通常有必要基于BIM技術來可視化分析建筑物的空間規劃，利用3D技術將建筑物立體化展示出來，同時展開道路可視分析、規劃可視度分析、室內視野分析等，各類分析展開之前的前置環節是有關模型構建，建立好相關模型后應利用BIM技術調試，和各因素相結合進行統一考慮，將最理想的空間規劃模型建立成功。

3.3 建筑結構性能研究

本質來看，建筑結構設計實質上并非簡單排列建筑的各組成部分，而是需要有機組合建筑物的各部分，以此建立起可以相互支持的建筑整體，為建筑結構整體牢固性、抗震性等達標提供保障，因此很有必要分析建筑結構性能。BIM技術宜將有關性能分析軟件設計出來，并在軟件內導入建筑信息模型數據，以此將分析過程快速、準確地完成，基于分析結果將設計缺陷迅速改變，實現建筑結構設計質量提升。

3.4 鋼結構建模應用

伴隨建筑工程持續發展，建筑工程日益呈現出大空間、大跨度發展趨勢，這也逐步增大了鋼結構的應用數量與規模。鋼結構鏈接、強化件數量眾多，布置極廣，鋼結構設計難度因此明顯增大。基于BIM技術，則能在計算鋼結構梁高度基礎上專門設計所有連接件，參數化處理這些連接件，基于BIM技術參數共享則能有效控制好鋼結構中連接件（種螺栓等）間距與數量，如果有新連接件構建，設計師無需進行重復設計工作，僅需對有關參數進行調整就能實現新連接件設計；基于BIM技術，設計師同樣可以將加強件的大樣圖輕松繪制成功，滿足加強件的設計與制作需要。而從鋼結構施工角度來看，BIM技術能夠有效簡化技術人員的工作量，讓其僅需基于設計位置全能完成加強件部位設計，鋼結構的設計缺陷因此可以被全面規避。

4 結語

綜上所述，隨著我國經濟社會的不斷發展，在建筑設計中應用先進技術的能力逐漸增強。把BIM技術引入建筑設計中，對于提升我國建筑工程設計水平、提高我國建筑工程的整體質量都具有十分重要的現實意義。從我國目前的實際情況來看，BIM技術已經具有了較為成熟的系統化環境，作為建筑工程設計師，應當充分把握建筑設計的相關要求，同時熟練掌握BIM相關技術規范，將兩者進行有機融合，唯有如此，才能實現我國建筑設計的科學化、規范化水平，建設高水平、高質量的建筑工程。