BIM技術在建筑結構設計中的應用

郭沖

河南中核五院研究設計有限公司 河南鄭州 450000

1 BIM技術的應用特征

作為一種全新化的建筑設計、生產模式，BIM技術的應用范圍不斷擴大。從應用過程來看，其具有以下應用特征：

其一，建筑設計信息的可視化管理。在BIM技術平臺下，數(shù)字化、立體化的三維可視模型得以有效建立，其為信息決策的高效進行奠定了良好基礎。

其二，設計信息管理的協(xié)調性。建筑設計過程中，信息協(xié)調是基于BIM技術信息交互平臺的建立而實現(xiàn)的。具體而言，其將建設單位、施工單位、業(yè)主等信息交互方納入管理平臺，實現(xiàn)了信息資源的高效應用。

其三，建筑設計過程可模擬性管理。與傳統(tǒng)二維設計所不同的是，在BIM技術支撐下，建筑結構的物理特征和空間特征可以規(guī)范輸入，從而實現(xiàn)建筑結構的虛擬施工，為后期建設提供有效參考。

2 BIM技術與傳統(tǒng)建筑的區(qū)別及優(yōu)勢

隨著經(jīng)濟發(fā)展，建筑企業(yè)對于建筑設計的經(jīng)濟性需求更高，安全性要求更高。在建筑企業(yè)中，建筑結構設計是建筑的開發(fā)支出的很大一部分內容，傳統(tǒng)的CAD設計模式在建筑設計中要花費時間和大量資金。所謂企業(yè)內部開源節(jié)流，要從建筑設計中抓起，提升設計的經(jīng)濟性，節(jié)約支出，增加企業(yè)收益。建筑結構設計人員要對工程項目進行成本控制，不僅在圖紙設計上進行更經(jīng)濟的設計，更是在施工的每一個階段都及時進行復算以避免出現(xiàn)實施錯誤，但這一要求在CAD模式之下實現(xiàn)具有困難性。而BIM技術基于傳統(tǒng)設計優(yōu)化升級，提升產品的建筑特點，其基于整體之中進行布局探討，在建筑的設計、實施、運維階段進行一體化設計方案建設過程，相較于傳統(tǒng)的設計模式，BIM技術的直觀性更強，可操作性更高[1]。

3 建筑結構設計中BIM技術的應用

3.1 BIM技術在模型構建中的應用

（1）基于IFC標準的BIM模型構建。在使用BIM技術的過程中，需要涉及多種軟件，如計算軟件、作圖軟件、工程量、造價分析計算軟件等，為了解決這些復雜的軟件問題，可以采用IFC標準格式，通過IFC標準格式對最小結構單元的幾何尺寸、材料性質、組織形式等進行定義處理，并通過建立BIM材料族庫完成各個軟件的正常運行。以磚墻結構為例，可以通過IFC標準模型明確磚墻結構所需材料的尺寸、物理性能、力學性能要求，確定需要采取何種規(guī)格的磚塊，然后通過關聯(lián)材料實體完成磚塊和墻體材料之間的聯(lián)系，最終確定工程方案[2]。

（2）BIM結構模型的構建。建立BIM建筑模型時，建筑的所有材料信息都需要錄入系統(tǒng)中，建筑結構的梁、板、柱等構件規(guī)格、尺寸等在系統(tǒng)材料數(shù)據(jù)庫中有清晰的記錄，通過該系統(tǒng)可以明確建筑結構模型。例如，在設計建筑墻體結構構件過程中，應定義好建筑實體，然后通過系統(tǒng)對建筑構件之間的關系、樓層實體之間的聯(lián)系、空間結構聯(lián)系進行直觀的展示。

（3）關聯(lián)性結構模型的構建。各構件之間的聯(lián)系是建筑結構設計中需要重點考慮的問題，通過BIM技術建立的建筑模型，可以對建筑結構各個部件之間的關系進行直觀地分辨，通常建筑結構有2種關聯(lián)：對稱性關聯(lián)和非對稱性關聯(lián)。將2個存在主要和次要關系的建筑稱為非對稱性關聯(lián)，在進行建筑實體修改時不會改變建筑主實體。例如，墻體和洞口存在主要和次要關系，在墻體上附著洞口，刪除掉墻體的話會同時刪除掉墻上的洞口，而僅刪除次要的洞口不會對墻體的存在產生影響[3]。

3.2 BIM技術在創(chuàng)建鋼結構模型中的應用

伴隨著建筑工程數(shù)量的增多與規(guī)模擴大，新型建筑結構設計模型和材料越來越先進，特別是鋼結構，跨度與空間持續(xù)擴大繼而得到了廣泛應用。現(xiàn)如今，很多造型奇特的結構都利用鋼結構創(chuàng)建模型，在鋼結構設計時組件連接和設計具有較大難度且繁雜。所以，建筑結構設計具有較大難度。而應用BIM及時即可解決其問題，計算鋼結構梁體展開連接組件計算，自主選擇參數(shù)并分析各參數(shù)的影響。利用BIM技術數(shù)據(jù)信息分享功能計算鋼結構中螺栓數(shù)量、焊縫數(shù)量、間距等，控制好設計距離。若有新的組件需要添加到模型中，設計人員只要調節(jié)數(shù)據(jù)即可，通過BIM編制大樣圖，便于現(xiàn)場施工的順利進行。同時，設計人員通過樣圖能夠準確的掌握構件位置，保證鋼結構穩(wěn)定。

3.3 運用BIM技術優(yōu)化設計細節(jié)

在建筑結構設計過程中，合理運用BIM技術，還可以對施工圖的細節(jié)進行優(yōu)化調整，并確定孔洞預留等情況，對優(yōu)化設計方案具有重要作用。通過BIM技術對建筑設計細節(jié)進行優(yōu)化，主要是對采陽窗位置、墻內線路走向、入室線路孔洞、保溫材料選取以及隔熱材料選取等細節(jié)加以確定，若這些細節(jié)方面出現(xiàn)問題，那么將導致建筑整體性能降低。比如在選擇保溫材料的時候，通常北方到了秋末時節(jié)，溫度會快速下降，至第二年春季溫度才會逐漸回升，此階段北方處于集中供暖時期，而建筑結構外部溫度依舊會很低，若不能合理選擇保溫材料，降低墻體保溫性能，也會對室內溫度產生影響。對保溫材料的選取，可以通過BIM技術實現(xiàn)不斷模擬，將固定條件下的溫度設定在-10℃、0℃還有10℃等，以對不同材料自身實際保溫效能實現(xiàn)充分判斷和分析，優(yōu)化選擇保溫材料。

4 結語

BIM技術對于建筑結構設計質量提升具有深刻影響。實踐過程中，設計人員持有充分認識到BIM技術的應用優(yōu)勢，并做好其在實際工程設計中的具體應用，才能確保BIM技術應用水平的提升，繼而在保證建筑設計質量的同時，實現(xiàn)建筑工程行業(yè)的進一步發(fā)展。