BIM技術在建筑工程結構設計中的應用研究

胡軍

重慶市建筑科學研究院

摘要：BIM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。本文圍繞BIM技術在建筑工程結構設計中的應用進行研究。

關鍵詞：BIM技術;建筑工程;結構設計

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。

一、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。

（一）BIM技術主要特征

BIM技術主要特征包括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兀。

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。

（二）BIM技術應用存在的不足

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。

二、BIM技術在建筑結構設計中的應用

（一）建模及分析

建模是建筑結構設計主要內容，設計師根據基本信息，確立各項結構參數，構建虛擬的建筑結構樣機，空間三維形態呈現精確的空間關系和數據，與其他3D建模不同，BIM建模根據模型自動協調更改相應的信息。設計師根據IFC標準，將建筑結構模型進行基本構件的劃分比如梁、柱、板、墻、梯等;進而對構件實體進行包括幾何、維度、材料、力學屬性定義，例如墻體是否由外墻裝飾面、隔熱材料、內墻、結構層等幾層構成;然后通過邏輯結構對模型體系進行對應關系的有效關聯，最終實現對結構實體的定義。

建模之后結合實際情景，基于三維可視化進行各類分析：空間分析、結構分析、效果圖分析，環境影響分析等。比如完成基礎建模后對建筑進行光照分析，及時發現問題，調整結構間距參數，改善光照資源，比如建筑立面外窗與結構圈梁出現空間交錯的情況，無法開啟及使用，設計協調后及時處理;結構梁柱、連接件、孔洞預留等合理定位模擬，可靠的細節調整保證設計連續性。

（二）結構參數設計

在使用BIM建筑結構設計模型的過程中，會產生數據庫，其中涵蓋全部的設計數據信息，而且在BIM模型中，所有的設計數據信息之間都有一定的聯系，是統一的整體，不同專業的工作人員都可以針對模型的不足之處進行合理的修改，相關人員還可以通過分析建筑模型中的數據信息對建筑結構的形體進行合理的構建。使用BIM技術，還可以保證建筑結構的設計工作更加符合標準、更加可靠，使建筑設計朝著數字化的方向發展。

（三）可視化設計

在傳統建筑結構設計中，大多數設計人員會采用CAD技術，形成完整的建筑設計圖紙，并將建筑設計圖紙發放給施工方，讓施工方按照設計圖紙內容進行施工。建筑結構設計并不是一項簡單的工作，設計人員需要對建筑結構構件進行分析，展示建筑結構構件的詳細信息。CAD技術無法對建筑結構構件進行細節展示，在一定程度上會影響建筑結構設計的實效性。為了避免出現上述問題，可以應用BIM技術，形成建筑結構的三維立體模型。立體模型明確了各個建筑結構構件的位置，設計人員可以對建筑構件進行直觀分析，對不符合要求的建筑構件進行優化和改進。在生成三維立體模型之后，設計人員可以對建筑結構進行布局調整和規劃安排，計算建筑物體量。BIM技術是可視化過程中的重要技術，而可視化技術可以對建筑結構進行動態考察，直至得到最佳設計方案。

（四）空間位置碰撞檢查

傳統的建筑結構設計中，對鋼筋預埋件等小構件并沒有給予足夠的重視，常常在后期施工中由于設計方案不達標而導致鋼筋、預埋件之間難以良好地施工，最終對建筑工程結構整體質量以及施工進度、造價等造成不良影響。而BIM技術的應用能夠通過碰撞檢查模擬施工過程，發現后期施工中存在的問題，進而在設計階段進行調整，避免施工中出現空間碰撞問題。同時，通過BIM技術的碰撞檢查功能還能夠提前做好和業主、設計單位等各方的聯系，及時做好變更處理，減少返工等問題，提高工程的施工進度和質量。

（五）鋼結構建模應用

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。

三、結語：

建筑設計領域2D向3D的升級將成為設計的必然趨勢，BIM技術作為先進的建筑設計技術優勢明顯，盡管建筑信息模型的理念以及該技術在國內還處于探索階段，但是發展迅速，在實踐方面初見成效。相信未來在政府、行業協會、軟件開發商、建筑設計院等需要共同協作推動下，BIM技術將為我國建筑行業以及企業帶來更大的價值。

參考文獻：

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