建筑結構設計中BIM技術的應用探討

張因

摘 要：建筑結構設計是建筑工程項目實施階段中關鍵部分，設計技術的先進性對設計起到重要作用。傳統結構設計思路已經無法滿足現代建筑工程項目實施的需求，BIM技術將成為未來建筑設計的主要技術之一，這種技術融入三維數字建模技術，將設計和計算機完美結合在一起，使得設計可視化、數據化，設計精度越來越高，分析論證更加可靠。本文主要討論BIM技術在建筑結構設計中的具體應用以及應用前景。

關鍵詞：BIM技術;結構設計;數字建模;三維數字

城市化發展理念不斷深入，建筑行業呈現快速發展態勢，而現代建筑工程日益復雜，給建筑設計帶來了一定的挑戰，再加上設計時間有限，工期緊張等因素，傳統設計思路難以滿足現代建筑建設需要，并且設計中存在的隱患難以消除。因此如何提升設計效率，改變現有設計理念和方法是項目建筑方的主要訴求之一。BIM技術的出現大大的改變了這種狀況，它打破常規，實施協同設計理念，大幅提高設計效率，作為一種先進的設計工具和平臺，從根本上解決了建筑結構設計弊端，從而提高了工程設計質量和品質。

1 BIM技術概況

1.1 BIM技術定義

BIM，全稱為建筑信息模型，通過和計算機技術有效結合，收集工程有關的數據和信息，經過加工和提煉后，結合建筑結構設計思路進行可視化模型構建，從而實現建筑三維立體實時設計的一種技術。BIM技術能有效提升建筑結構設計的效率，通過該技術可全方位和多角度實行設計，尤其是針對復雜和抽象的結構可直觀展現。

1.2 BIM技術的特點

1.2.1 可視化

BIM技術將建筑結構設計構建為三維立體模型，各種抽象的數據、信息都直接在模型中展現出來，降低了數據計算的負擔，各種設計思路都一一展現，有利于設計人員以及各部門之間的信息交流，優化設計方案。

1.2.2 信息集成

BIM技術是建立在數據模型基礎上，模型包含了整個建筑結構設計所需要的各種核心數據和信息，充分體現了良好的集成性，有利于設計者在數據平臺上快速完成設計任務。傳統的CAD技術對數據的體現并不充分，BIM技術的設計模型更加完善，通常核心的建筑信息模型為一個計算機三維模型構成的數據庫，包括整個建筑的結構信息，如結構尺寸、建筑原材料、構件的性質和連接方式等等，設計者可快速查詢所需要的各種信息，并且得到有效反饋。

1.2.3 協同設計

BIM技術是一個結構設計平臺，但同時也可擴展創新一個輔助設計平臺，此平臺可作為設計單位、業主和施工方之間的交流溝通橋梁。設計時可根據實際需要或者臨時項目變化等等信息進行快速變更設計，也可結合不同專業之間進行有效溝通，從而提升各部門之間的協作效率，使得設計更貼合實際需要以及標準規范。

1.2.4 模擬性

BIM技術是基于模型來構建現實建筑，通過其表現形式和形態來得出某些重要數據，其準確性較高。并且通過模型模擬可隨時發現設計和規劃中存在的問題，并且及時清除隱患，降低施工的難度，提高建筑的功能和質量。

2 BIM技術在建筑結構設計中發揮的作用

2.1 設計圖紙可修改功能

建筑設計圖紙是工程建設的依據，但在建筑工程項目實施過程中會出現各種意外因素，需要對設計圖紙進行修改，往往會產生諸多問題，如何更好的修改設計圖紙，而不影響到其他的部分是非常關鍵的。利用BIM技術在設計圖紙時，一旦在工程建設中出現了問題需要修改圖紙，BIM模型系統會根據新的數據自動修正，從而計算出最優的修改結果，極大的減少圖紙設計的時間和人力資源，從而保證結構設計的效果。

2.2 設計數據信息化功能

BIM技術本質核心是數據庫，并且通過模型來體現數據庫之間數據的內在聯系。在設計時只需要將各種參數輸入后就能進行內在檢索，從而提煉出有價值的數據以及數據之間的關系，從而節省人力和物力。同時，還能降低人為輸入數據的錯誤，可以說是大大提高工作效率。

2.3 集成化功能

BIM技術的最大優勢就是集成功能，它能幫助設計者在各種結構中找到最優方案，使設計者能夠對建筑項目的每一部分都有足夠的了解，并且結合模型對結構設計中存在的問題進行科學設計和改善，保證建筑施工到竣工期間的順利進行。而且集成化所體現的動態數據模擬功能，也能對建筑結構進行科學預測，從而降低人為設計成本。

3 建筑結構設計中BIM技術的應用

3.1 可視化應用

BIM技術是建立在計算機三維模型基礎上，它能夠將各種建筑構件良好的體現出來，相比于傳統的CAD技術，BIM能在有限空間出展現出各種構件，設計者能夠清楚的看到建筑整體的布局，從而得出準確的結論。BIM設計非常適合大規模的機構設計過程，可有效結合動態演繹功能，對結構尺寸深入研究，從而選出最優的方案。除此之外，在設計過程中可直觀的發現設計的潛在問題，從而進行妥善處理。

3.2 參數設計中的引用

BIM核心是數據庫，數據庫包含的不僅僅是各種數據，還包括數據之間的關聯。而整個建筑的信息模型正是將大量數據和數據之間的關聯完全體現出來，設計者通過此模型可創建一個結構體，并且依據各種參數來進行約束數據，從而使得系統符合項目實際需要。另外在參數輸入中，BIM可做到簡單輸入，高效輸出，為數字化設計提供必要的支撐，減少人為失誤。

3.3 鋼結構建模中的應用

建筑結構中會運用到大量的鋼結構，鋼結構關系到建筑的整體穩定性和安全性，因此鋼結構設計非常重要。鋼結構的建模難點在于連接部位設計和加強件的設置，利用BIM技術可根據其他構件數據來進行詳細計算，從而降低難度，減少安全隱患，如根據橋梁的數據特征來制作連接件，然后將連接件數據參數化。另外的案例就是鋼結構中的螺栓設計，通過BIM技術可通過參數來計算出螺栓的使用數量和艱巨，做到科學和精確控制。

通過BIM技術進行設計，即使是在工程中需要變更設計，也僅需要將參數進行調節，然后形成新的連接件，降低了變更設計圖紙的工作量。

3.4 BIM技術應用難點

BIM技術的應用需要依賴計算機技術和軟件技術，這種方法實現將結構模型設置到專業的處理軟件中，然后通過分析和計算，從而得出具體的設計信息。在設計中要注意技術模型和圖紙的統一性，這就需要確保模型的準確性，同時要注意結構的實際安全性，這是整個設計的關鍵部分。由于設計會受到多方因素影響，比如材料性能、荷載、單元面積等，所以設計時模型構建并不是那么簡單，要充分考慮到各種參數，才能保障模型的完整和準確性。

BIM模型是一種完整的數據模型，但并不意味著能夠達到理想標準要求，更無法完全做到無縫連接，設計者應認識到這一點。通常來說在實際工作中只有物理模型能達到具體的標準，如果構建的模型構建較為復雜，在模型實施中會出現數據丟失的情況，這些因素都是應該考慮到的。因此在BIM技術結構設計中，物理和結構模型要做到真正的完全對接是較為復雜和難度較高的過程。

4 結語

從上面的論述可以看出，BIM技術相比于傳統的結構設計方法具有多方面優勢，它將建筑結構設計從二維發展到三維，BIM技術充分結合了計算機三維技術、數據庫技術、模型技術等多種先進理念和技術，能更直觀的展現建筑結構的各個構建，幫助設計者更好、更快的完善設計方案，并且能夠根據建筑項目的變化隨時更改設計方案，大大提高了建筑結構設計的工作效率。因此BIM技術在建筑設計行業的應用前景是非常巨大的，設計單位應予以重視，并進行深入研究。

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