基于BIM的建筑結構施工圖設計研究

易嘉明

（廣東省機電建筑設計研究院， 廣東 廣州 510000）

0 引言

社會經濟和現代科技的發展，很大程度上推動了建筑行業建設管理方法的革新，尤其是像BIM這樣的先進技術，對建筑工程行業當下及未來的發展有重要的價值。BIM作為一種融合了現代計算機軟件技術和信息化技術的先進系統，在建筑工程建設和管理中，能夠將數字化的技術優勢發揮得淋漓盡致。接下來，本文就從建筑結構施工圖設計環節入手，對BIM技術的應用進行研究和分析。

1 BIM的介紹以及在建筑結構施工圖設中的應用價值

1.1 介紹

BIM（Building Information Modeling），翻譯過來也就是建筑信息模型，是一種基于計算機軟件和數據庫的現代技術。這種技術在工程設計、施工和管理中，是一種重要的工具。其核心功能是將相關資源和專業因素進行數字轉化，再通過系統的數字模擬功能，呈現可視化的三維模型。基于這種三維模型，設計人員可以直接通過操作軟件來進行工程結構設計和可行性模擬分析，施工人員可以更直觀的了解施工圖紙和設計要求，管理者可以基于對相關數據的分析，制定和執行有效的管理措施[1]。從專業角度來講，BIM是一個共享的知識資源，可以通過計算機及網絡給相關人群共享建筑項目的相關信息，這些信息的指導性貫穿于建筑工程的全生命周期，對工程設計、建設、驗收和日后管理維護，都能提供重要的支持。同時，在建筑工程全生命周期中，人們可以根據實際需要，通過BIM對相關信息進行增加、修改和更新，實時反映工程狀態和施工管理進度。

1.2 應用價值

在傳統建筑工程的結構施工圖設計環節中，技術人員主要用到的是有限元結構分析軟件，通過它來完成分析設計方案中建筑結構力學狀態，進而評估設計方案的可行性。在分析完成之后，再用CAD軟件將設計方案以二維圖的方式呈現出來，提供給相關人員使用。但是，這種方法中的各個環節比較獨立，并且最終完成的設計圖紙可視化效果較差，同時如果有更改需求時，將會消耗大量的時間精力。

而在建筑結構施工圖設計中使用BIM技術，可以直接在軟件中構建可視化的三維模型，同時錄入或生產相關設計參數，并利用力學分析模塊直接對設計方案中的建筑結構力學穩定性進行測試。之后，BIM技術能夠直接生成測試通過之后的結構設計圖紙，并按照相關使用者的要求進行圖紙轉化。顯然，BIM技術可以將結構繪制和設計統一起來，給設計人員的設計工作以及圖紙會審、使用人員帶來極大的便利[2]。

進一步來講，BIM技術的應用，改變了傳統二維平面設計的模式，通過對三維模型的設計，不僅可以節約設計時間，還能提高設計方案的可視化水平，便于相關人員及時發現不合理的情況，同時為自己的工作做好相應的準備。具體來講，通過BIM技術設計的建筑結構模型，可以生成大量的專業數據，從工程設計、施工、造價控制，到工程驗收、物業管理、建筑水電系統設計安裝等環節的不同人員，都能獲取自己需要的專業數據和圖紙。也就是說，BIM技術設計完成的圖紙方案和數據庫，將貫穿于整個工程的生命周期。

最后，通過BIM技術的應用，可以讓結構設計人員與其他部門進行快速溝通、協同工作。在設計團隊內部，基于一個BIM三維建筑模型，多個設計人員可以協同進行設計，互相能夠及時就相關問題進行在線討論和協調解決。在整個建筑工程項目的推進中，可以與其他部門人員進行快速的信息溝通，提高設計和應用效率。

2 BIM技術在我國建筑結構設計中的應用情況

自2003年起，BIM技術在我國部分地區的建筑工程建設中就得到了實踐研究，同時相關高校也開始著手將相關技術的研究和學習納入建筑工程設計和施工的專業課程之中。軟件單位投入資金和資源對BIM軟件進行開發，逐步推出了很多有應用價值的BIM設計軟件。

如今，我國建筑工程行業中，BIM技術的應用率和應用水平越來越高，尤其在很多知名建筑工程項目中，BIM技術發揮了至關重要的作用。例如，著名的上海中心大廈工程項目的開發建設中，全過程使用了BIM技術，將BIM技術貫穿于該工程的設計、施工、后期運營之中。到如今，該工程BIM形成的圖紙模型、數據庫都還在為該建筑的運營管理、維護保養提供重要依據。

不過，目前我國整個建筑工程建設和管理行業中，BIM技術的應用水平依然較低，尤其是與之配套的相關制度、協作機制尚未健全。例如，利用BIM技術進行結構設計和建模的相關費用尚無一個清晰的標準，并且在知識產權和所有權方面存在一定的問題。同時，在實施過程中，可能存在不同單位的數據應用和格式標準存在差異的情況，這會導致BIM技術的優勢無法發揮出來，導致工程建設管理效率受到影響。另外，關于BIM技術中相關模型、圖紙、數據庫的管理也存在一些問題，如此龐大且重要的數據體系，需要進行妥善保管，否則很容易對建筑工程的建設和后期運營維護工作帶來一定的負面影響。最后，如今掌握BIM技術且具備相關信息化、協同化理念的人才比較缺乏，很多建筑設計單位雖然使用了BIM技術，但是設計人員乃至其他部門之間仍然按照傳統的工作、協同模式，導致BIM技術的優勢和價值沒有被充分發揮出來。

3 BIM在建筑結構施工圖設計的具體應用

在建筑工程的結構設計中，BIM模型設計系統對邏輯結構的依賴性比較強，因此要求相關技術人員對不同結構體和構件之間的關系進行明確把控。比如在建筑結構和屬性之間的關系方面，要處理好美學、力學以及實用性要求之間的關系。在設計中，技術人員要對鋼筋、混凝土及相關工程材料的物理性質、力學特點和環境適應性進行足夠了解，對模型系統進行動態擴展，進而提高結構施工圖設計水平[3]。

在利用BIM技術實現結構施工圖設計時，設計人員要對結構原型開發過程進行全面的分析，按照系統數據庫的相關規則和指標，對相關資源數據和信息進行合理利用。該環節中，要通過接口層實現物理儲存數據與模型之間的有效連接，通過模型層來實現設計方案觀察和可行性分析。另外，設計人員需要配合計算機及數據庫開發管理人員，將結構施工圖的設計規則、圖檔資料、文件及系統進行數字化轉化，再儲存于系統數據層之中。并且結合建設管理團隊的實際情況，對數據層的訪問、調取、更改權限進行設置，確保數據層的安全。在結構施工圖設計完成之后，設計人員需要將設計方案轉化成可視性和可理解性較強的三維模擬圖，再聯合施工負責人、BIM技術人員、工程造價人員、監理人員等，對設計圖紙進行會審，評估可行性，形成最終執行的設計方案。

另外，在建筑結構施工圖的按設計當中，設計人員需要聯合技術、造價控制、監理乃至業主等人員，利用BIM系統實現高效化的信息溝通和交互。比如，利用BIM技術的可視化三維模擬技術，在線上與各方就設計稿進行討論，廣泛收集各方意見，針對小問題，可以實時進行調整設計和呈現。從設計團隊本身的角度來講，如今大多數建筑工程項目的規模比較大、結構復雜，結構設計工作都是由多個設計師協作完成。為此，設計人員也可以利用BIM技術，實現多個設計端的協同設計，設計師互相可以看到其他設計師的設計調整動作，基于線上信息溝通模塊，提高設計效率和質量。

最后，通過BIM技術，建筑結構設計團隊可以對相關數據信息進行快速收集，并通過相關軟件進行初步模擬化設計。避免傳統設計模式下信息獲取慢、應用價值不高的問題，并且還可以在信息數據獲取和分析過程中及時發現問題。而從另一個角度來講，基于BIM的建筑結構設計，可以全程對設計過程的各個環節進行動態化記錄，將相關信息儲存于數據庫之中。而設計人員在優化設計、審核的過程當中，可以隨時調動這些歷史記錄，進而可以實現結構設計方案的不斷完善。最后，這些重要的數據和信息，在后續的設計圖紙會審、建造施工中，都可以在施工單位、造價控制人員、監理人員手中發揮至關重要的作用。

4 結束語

總結來講，當代建筑工程的設計和建設管理水平在不斷提高，其中現代技術和管理理念發揮了重要的作用。在建筑工程結構施工圖的設計環節中，BIM技術三維模擬功能和數據庫功能的優勢被充分發揮了出來。在建筑工程市場競爭越來越激烈、社會要求越來越高的大背景下，設計人員需要積極對BIM技術進行深入的研究和實踐應用，通過可視化系統，開展協同設計和審核工作，全面提高結構施工圖設計效率和質量水平，進而提高建筑工程的建設和管理水平。