BIM 技術在建筑結構設計中的運用

呂志強

（山東捷瑞數字科技股份有限公司，山東煙臺264000）

現代科學技術推動了建筑行業的發展與進步，促使現代建筑功能更加復雜，居民對建筑的要求越來越高，各種先進技術逐漸被推廣應用，在建筑結構設計中，BIM 技術的應用可以提高設計效率，有助于提升建筑產品的整體質量，本文主要對該技術的應用進行探討。

1 BIM 基本概念及BIM 技術的特征

1.1 BIM 技術概述

隨著經濟的發展和社會的進步，人們對于建筑功能的要求不僅僅局限在使用上，而是更加注重建筑的整體性能，如對空間的利用、節能環保、新的科技形式的應用等。因此，新奇的建筑構想不斷產生，建筑向著立體空間發展，建筑結構日益復雜，向著智能化的趨勢發展，這給建筑設計帶來了諸多困難。這一技術可以貫穿建筑結構實際施工的整個過程，大大提高了工程的效率，降低了施工成本。BIM 技術是基于計算機和信息化的發展而產生的，因此，其在建筑結構設計方面的應用，對建筑業的信息化建設有著重要意義，建筑設計開始了向信息數字化的轉變，更準確高效的對繁雜的數據信息進行處理，同時，對建筑工程的成本核算和管理、施工質量管控、合理安排施工工期等都有著重要幫助，對工程管理的角度更加全面，更加細化，為我國建筑行業向著高科技、智能化、長久性的發展鋪開了道路。

1.2 BIM 技術特征

信息集成是BIM 技術的一大特點，在該軟件系統中，各個信息模塊是獨立的，在這個模塊中，可以完成每個專業信息的修改。在BIM 平臺中，可以為每個專業的設計人員提供設計平臺，從而達到集成化設計理念的應用。在BIM 平臺中，數據庫是最為重要的內容。三維模型組建成了數據庫，其中包含多種信息內容，如建筑空間信息、零部件尺寸、規格、施工過程方法等。在模型中，設計人員能夠快速找到需要的相關信息，這一優勢在建筑結構設計中有比CAD 制圖更加重要的應用價值。BIM 系統能夠加強各參建方之間的聯系。在建筑結構的設計過程中，設計人員可以構建建筑設計可視化模型，然后實現業主、建設單位、施工單位、設計單位等各個部門之間的溝通，讓各方了解設計內容并提出意見，設計人員綜合考慮各方意見和施工實際情況后，可以及時調整建筑結構設計方案。在建筑模型構建完成后，還可以對后期管線安裝等工作進行檢測，減少設計失誤，確保后期施工的順利開展，降低設計變更概率，在提高設計效果的同時節省時間和成本。設計人員進行建筑結構設計過程中，可以修改一些結構參數，修改后，BIM 技術能自動完成其他相關數據的更正，最終體現在相關設計圖中。

2 BIM 技術應用分析

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

2.5 自動出圖

BIM 技術自動生成和更新施工圖紙，相比于傳統的二維圖紙具有明顯的立體感和層次性，可視化幫助施工員更加深刻的理解圖紙傳遞的結構信息及建造理念。小范圍細節結構圖紙在模型放大后，展現帶有光特色的構件之間的層次位置圖。

3 存在問題及改進對策

3.1 存在的問題

1） 標準體系有待完善。盡管BIM 技術在建筑結構設計中被推廣和應用，但是，當前的建筑結構設計中采用的設計技術較多，BIM 只是其中之一，且尚處于探索階段，加上業內還尚未建立完善的標準體系來進行規范和指導，這導致在實際運用中還存在著不少不合理而有待改進之處。2） BIM技術的應用成本較高。要使BIM 技術在建筑結構設計中充分發揮作用，需要投入較高的設備和人力成本。用于購置電腦等設計工具及繳納費用，以更新軟件和數據庫等。

3.2 改進對策

1） 建立健全的項目樣板。項目樣板是建筑結構設計的基礎，包含了有限標準化處理表達方式、符號、字體、線型、種族等內容，高質量的項目樣板，能夠減少設計過程中的工作重復，降低設計錯誤率，對提高設計質量和效率有極大的促進作用。2） 提高結構構件的設計質量。在當前的建筑工程中，主要建筑結構構件有鋼結構、現澆筑件和預制件等形式的樓梯、樓板、梁、墻、柱等。通常應用最為廣泛的是現澆筑件，這些構件的形式需要設計者根據功能要求并參考管線走向等信息進行設計，確保功能性的實現，同時使構件間良好的銜接，避免構件與管線產生位置沖突等問題。

4 結語

建筑行業作為對社會、經濟發展和人民生活影響巨大的行業，其發展不僅需要施工人員努力提高施工水平，在實際施工中不斷探索和創新，不斷改進現場施工工藝、施工方法，還需要設計人員不斷提高設計水平，通過應用新材料、新工藝、新形式降低施工難度和施工成本，不斷提高建筑的安全性、耐用性。BIM 技術在建筑結構設計中的應用，極大地提高了建筑結構設計的工作效率和設計方案的科學性，減少了不必要的設計錯誤，同時通過高效、形象的展示方式更方便現場人員了解設計信息、組織生產施工。