建筑結構設計中BIM技術的應用

侯平麗 容海川城鄉規劃設計有限公司

1 前言

目前，BIM 技術在建筑行業發展中起到非常重要的作用。BIM的參數化、可視化、管理化、仿真化功能的發揮為建筑工程管控提供了科學依據。建筑結構設計與建筑工程管控間存在著緊密聯系，將BIM技術應用到結構設計中，對于設計水平的提升具有顯著作用。

2 建筑信息模型

圖1 BIM技術

BIM技術即建筑信息模型，其融合了建筑學、工程學、土木工程學等多種專業知識，是為建筑設計和施工提供專業指導的重要工具。建筑信息模型中融入三維技術、計算機技術、物件導向功能，能夠根據現場情況及工程要求構建完整的模型系統，幫助相關作業人員開展設計、施工指導、圖紙改進、參數計算等工作（如圖1），從而降低建設難度，提高建筑工程的質量。將建筑信息模型應用于建筑結構設計中，可對結構性能、連接情況、材料等內容展開科學分析，為設計人員提供更加精準的數據資料。

3 BIM技術特點

3.1 可視性

BIM可視化功能在建筑結構設計中起到非常重要的作用。以往建筑結構設計中，設計人員需要通過人工操作的方式編制二維圖紙，編制過程中容易因為考慮不全面，使結構設計內容缺少連續性，結構過于突兀，進而降低后期施工的質量。而利用BIM技術，可直接將抽象線條轉化成立體圖形，構建三維空間數據模型，將平面圖紙轉化成可視化圖形，一目了然（如圖2），便于設計者做出更改和調整，以改進工作效率。

圖2 可視性

此外，在結構設計過程中，傳統的平面CAD制圖想要轉變成效果圖，就需要專業人員按照平面圖內容手動制作，速度較慢，還容易出現偏差。而使用BIM技術后，則可直接在BIM軟件中繪制二維圖紙，自動將二維圖紙轉化成效果圖，解決傳統繪制存在的問題，而且生成的效果圖在可視化功能作用下，可將結構和構件間的關系直觀顯示出來，將產生的數據資料自動化的編輯保存，并為設計人員、施工人員提供可靠的依據。

3.2 協調性

建筑結構設計要想發揮其管理作用，就需加強各部門間的協調與協作，針對設計內容共同探討，并提出自己的見解和意見，保障結構設計的可行性。在這一過程中，BIM 技術的協調性發揮著較大作用。該技術構建的信息化平臺，能實現部門間信息數據的有效傳輸、共享和存管，了解部門工作要求，明確交叉作業內容，且將其融入到結構設計中來，從多個角度對結構設計內容加以分析和探討，解決存在的各種問題，完善結構設計。同時在BIM模型下，設計人員可同施工、監理等部門人員共同對設計方案予以分析和改進，增強各項參數數據及結構的合理性，促進施工作業的順利進行。再者，BIM 技術下，數據參數的更改，其相關參數也會隨之改變，便于工作人員識別其中的問題項，減少資源、成本損耗。

3.3 模擬性

BIM技術的模擬性不單單體現在建筑物結構的模擬，還包括特殊實驗環境的模擬。如結構設計中，BIM 技術可模擬日照、節能、熱傳導等變化趨勢；在招投標環節內，可對施工組織計劃予以模擬，做好施工作業的科學規劃和安排，保證施工方案的有效落實；在建模和數據處理中，BIM 技術可對各項設計參數數值加以模擬，調整和優化其中存在的問題項，加強參數數據的準確性；模擬建筑所在環境，確保結構設計形式符合所在區域環境變化要求，為人們營造良好的生活空間，增加建筑銷售量；對建筑結構真實環境下的變化特征加以模擬，以達到人力、物力節省的目的，提高設計的效率。

4 BIM技術在建筑結構設計中的具體應用

4.1 結構和場地分析

建筑結構設計中，應注重結構的穩固性、安全性、美觀性等特征，以有效規避不良因素帶來的影響，延長建筑的使用壽命。為此，在建筑結構設計前，要先對建筑結構和場地展開科學分析，明確建筑所在區域的地質環境特征，了解區域氣候、水文的變化特征，進而根據工程要求建立信息模型，以模型和現場的對比分析，確定最終建設地點以及結構形態，以此開展設計工作，改善建筑質量。

4.2 功能性確定

建筑結構設計不是對建筑整個框架進行羅列，而是考慮到結構設計滿足建筑的不同需求，且又不會使建筑產生突兀感。對于建筑的功能要求，首先要優化整體建筑的抗震性能，使其不受外界災害的影響，處于穩定狀態下。另外，還需考慮建筑結構的耐久性、阻燃性、承載性、強度及抗剪能力等。這些分析過程如果采用以往的方式會消耗較長時間，需要不斷開展測試檢驗，而這容易造成資金、資源的浪費，再加上作業人員主觀意識的影響、實際操作中容易出現失誤，進而引起偏差的產生，影響了最終建筑結構的性能。而使用BIM技術后，則可在立體模型中，對建筑結構功能加以分析和研究，并結合數據庫資料，發現其中存在的問題，及時改進和處理，以提高建筑結構質量，增大整體工程的安全系數。

4.3 結構模型的建立

建筑結構質量的好壞及科學性與否會對建筑工程質量的高低造成了重要影響，且還會產生較多的人力、物力、財力方面的損耗。因此，在建筑結構設計中，就需要從多角度展開綜合分析與考量，并借助BIM技術構建完整的建筑結構模型，直觀分析建筑結構特點，調整其中的問題項。應用BIM 技術可在梁、板、柱等結構設計中提供充足的數據信息支持，便于作業人員進行深入探討，確定結構模型，了解結構間的關聯關系。

4.4 關聯結構模型

隨著建筑規模的擴展，建筑結構設計中的關聯結構數量逐漸增多，這使得關聯結構模型的構建也越來越復雜。在該結構模型建立中，除要考慮結構合理性外，還需對結構件的關聯性加以掌握，對其中存在的突兀加以解決和完善。BIM技術應用后，將管連接構件的對稱或不對稱關系直觀顯示出來，便于調整設計內容，優化設計水平。如洞口與墻體設計中，利用BIM技術，通過相關操作，將洞口附著在墻體上，這樣在刪除洞口時不會連同墻體結構一起刪除，而在刪除墻體時，洞口則會隨之消失，通過這樣的操作可明確判斷洞口與墻體結構間的關聯關系，有助于完善設計效果。

4.5 IFC模型

IFC 模型是目前建筑結構設計中BIM 技術較常使用的一種功能，能充分發揮BIM多重屬性功能，實現各種力學模型及特殊模型的構架，為設計人員調整、優化、完善設計內容提供幫助。再者，IFC 模型的適用范圍較廣，可確保力學模型構建質量。如在墻體關聯模型建立中，IFC模型可直觀的展現墻體結構層、隔熱層、外墻面等內容，并將其中的關系展現出來。在該模型內，還可完成的功能有：定義材料屬性；利用材料層集合使用實體、材料分層，且分別展開定義；利用材料關聯實體進行墻體材料與墻體的關聯。上述工作對整個建筑工程來說有著重要意義。

4.6 協同處理

利用BIM 技術可做到建筑結構設計中，各種信息數據的實時更新和快速處理，加強數據處理準確性，降低不良因素對設計質量的影響。具體內容為：首先，利用BIM技術可做到不同區域設計內容的分隔處理，避免因信息混亂引起各類問題的產生；其次，構建中心數據庫，做好信息數據的快速調取和傳輸交流，避免問題的出現。且協同處理可實現信息數據的整合和分類，為設計工作的開展提供對應數據資料，從而優化設計質量，加快設計工作的進程，維持最終方案的可靠性。

5 結束語

綜上，相關人員應加大建筑結構設計中BIM 技術的重視力度，充分發揮BIM 技術的性能功效，合理規劃建筑結構，維持結構穩定性、安全性和美觀性，以此強化建筑整體效果，為行業發展、經濟效益增長提供強大助力。