淺析建筑結構設計中BIM技術的應用

王玉 董凌

【摘要】在現代化建筑中，涌現出諸多形式新穎、造型奇特的建筑設計，結構或巧妙或復雜，設計則往往十分困難。傳統的建筑設計結構方法已不適用于現階段的建筑結構設計要求。本文對BIM技術在建筑結構設計中的應用展開研究，以BIM的顯著特征及建筑結構設計中存在的普遍問題作為論述的出發點，總結和探討BIM技術在建筑結構設計中的應用。

【關鍵詞】建筑結構設計;BIM;應用策略

BIM是一項創建或利用數字模型進行建筑項目的設計和管理的技術，對于建筑設計來說，BIM是一種先進的設計技術和流程，為設計項目提供了智能化、數字化的信息交換平臺，具有設計協同、參數化、模擬、分析管理等功能。在現階段的國內外建筑設計領域，BIM技術受到了廣泛的關注，不少學者認為，BIM技術是未來數字化、信息化建筑行業必不可少的一項技術，在許多建在現代化建筑中，涌現出諸多形式新穎、造型奇特的建筑設計，結構或巧妙或復雜，設計則往往十分困難。傳統的建筑設計結構方法已不適用于現階段的建筑結構設計要求，本文主要對BIM這一技術在建筑結構設計中的應用展開研究，以BIM的顯著特征及建筑結構設計中存在的普遍問題作為論述的出發點，總結和探討BIM技術在建筑結構設計中的應用。在建筑設計企業，BIM技術是建筑項目各方信息進行及時有效傳遞和交換的平臺[1～2]。

1.BIM技術優勢分析

簡單來講，BIM技術在建筑設計中最主要的優勢就是能運用三維數字模型進行建筑項目的設計、施工及運營管理。

1.1建筑項目BIM模型具有可視化的優勢

可以進行實體建模，完成建筑項目的三維實體模型，通過三維立體形式來展示實體建筑信息，突破了以往通過二維施工圖紙去想象三維建筑實體的限制，使得建筑項目各部門或各專業之間在可視化的實體模型中進行溝通、討論和決策。

1.2建筑項目BIM模型具有信息集成的優勢

通過形成整個建筑工程所有階段的數據性文件，匯總建筑模型信息，例如幾何信息、物理信息、空間結構信息、建筑材料構件信息、建筑材料數量及屬性信息等，形成龐大的建筑模型，信息數據庫形成龐大的建筑模型，信息數據庫實現了建筑設計過程的集成化，信息的統一化。

1.3建筑項目BIM模型具有可模擬性優勢

通過BIM技術，設計人員可以對建筑模型處于不同條件環境下的狀態進行模擬，例如進行建筑模型的放大、縮小、旋轉，來進行多維的觀察，再例如可以進行受力模擬、日照模擬、節能模擬、熱傳導模擬、施工進度模擬，來進行建筑的影響因素模擬與思考。

1.4建筑項目BIM模型具有可傳遞性與協同性優勢

具體就是BIM技術軟件應用程序可對圖紙、鏈接等進行自動修改，當程序出現某項數據或內容的修改后，系統會自動將信息傳導到相關聯的圖元中去，進行反饋與更改。并且基于可傳遞性，實現了設計過程中設計人員、施工人員、經營者、業主之間的高效溝通。

2.建筑結構設計中存在的普遍問題

目前，建筑結構設計中存在的普遍問題是仍沿用傳統的設計流程和管理模式，受到二維結構設計的較大局限。具體表現為：

2.1設計方法的局限

傳統建筑結構設計流程和管理，采用二維施工圖繪制方法，其須分別從平面、剖面，進行各個結構、構件間的布置表達與繪制，不僅設計工作量大，設計效率低，還可能因為受主觀因素影響出現設計錯誤。

2.2設計手段的局限

傳統的設計手段，結構設計與建模計算需要在不同軟件系統中完成，若出現需要修改和調整的地方，需要在結構設計及建模計算中反復切換與修改，降低了設計效率。

2.3涉及管理問題的局限

傳統的建筑結構設計管理，設計監管不到位，常會導致設計過程中施工圖不按相關標準繪制、忽視自檢校對現象的出現，導致施工圖內容、布局不完善。

3.基于BIM技術的建筑結構應用策略

3.1建筑結構模型的可視化應用

在進行一些大型建筑設計或獨特造型建筑設計時，傳統的二維設計方式不能將復雜的或獨特的建筑結構構建準確地表達出來，例如結構的空間位置信息。對此，可以利用BIM技術進行三維建模，將復雜的建筑結構或異性的建筑結構，以三維建模的方式體現其空間位置，直觀、準確而真實地將結構構建信息、空間位置及模型展現在設計人員面前，更加真實地反映建筑物的面貌，便于進行多角度、多距離的觀察，然后對建筑構件的功能布局以及構件與構件之間的空間聯系進行更準確的分析，進而判斷建筑設計構建尺寸及空間位置的合理性，優化建筑結構設計方案，提高設計質量，并且可視化的結構模型觀察起來十分方便，易于解讀，大大提高了設計人員的設計效率。

3.2建筑結構模型的參數化應用

在建筑結構模型中，常見的結構構件有基礎、梁、柱、板、墻等，傳統的建筑結構設計，設計人員需要花費大量的時間及精力在這些結構構建的繪制與信息匯總中，使得設計工作量相對較大。而BIM 技術具有強大的參數化功能，可以進行三維模型及模型相關信息的參數化表達，將二維設計中的點、線、面等元素轉化為三維設計中的梁、柱、板、墻等結構構件，并且應用“族”概念，將重復的結構構件統一結合起來，將同族結構單元的幾何信息、邏輯信息、材料屬性等參數信息包含在同一族內，并且將個體構件的所有特征，構件、構件之間的簡單或復雜關系集中起來，讓數字化的構件模型與現實中真正的構件結構一一對應。在BIM軟件中，只需選擇相應的構件族，設置其實例參數，然后根據軸網坐標將其放置到指定位置即可完成該建筑結構的BIM模型創建，后續再根據需要搭建主體BIM模型，提高設計工作的效率。

另外，BIM技術的參數化功能還可提高設計工作的修改效率。參數化的BIM模型，其信息均保存在軟件數據庫中，這一參數化的形式數據庫，具有強大的參數修改功能，設計人員提出結構設計時的文字、符號的任何修改時，BIM數據庫都會隨之改變，然后迅速地在BIM模型中表現出相應的變化，保證了BIM模型與相關參數數據的協調一致，通俗來說，就是可進行聯動修改提高設計修改的效率。

3.3 BIM技術中的鋼筋表達

鋼筋表達指的是鋼筋混凝土框架在BIM建模中的三維虛擬表現，可以得到準確的鋼筋尺寸與定位，可視化隱蔽工程，感受建筑結構的真實信息，進行混凝土鋼筋的算量。但同時，當前建筑結構施工圖均為平面圖，以及受目前計算機硬件設備的限制，建筑結構模型鋼筋的表達方式會有所不同。目前BIM技術中主要采用實體與詳圖表達鋼筋以及平法注釋表達鋼筋兩種方法。實體與詳圖表達鋼筋可以對鋼筋的信息進行三維立體表達，便于確定鋼筋的位置、形式、尺寸，并且通過三維視圖隱蔽阻擋鋼筋的混凝土參數，對隱蔽部位的鋼筋信息進行觀察。但這種表達方式對電腦硬件要求十分高，比較占用施工圖紙，設計工作量較大。而平法注釋表達鋼筋則是進行構件的鋼筋信息賦值，使其與構件形成一體，并通過注釋進行提取和交換分析，其優點是可以在一張圖紙上表達多個鋼筋信息，圖紙簡潔，缺點則是需要進行三維效果想象，表達沒有實體詳圖表達那么直接。兩種表達各有優缺點，實際設計時可根據工程需要進行選擇。

3.4 BIM技術在建筑結構設計流程中的應用

BIM技術能夠提高建筑結構設計的質量，有很大原因使其能在建筑結構設計的多個階段進行適當的優化。基于BIM技術的建筑結構設計可分為方案設計、初步設計和施工圖設計三個階段。其設計工作的重心為建立結構模型，可以進行設計圖紙的聯動高效修改，以及模型數據進行信息的傳遞與更新，及時、協同且高效。

3.4.1方案設計階段流程

具體流程為：實際結構設計基本條件/建筑專業方案模型→結構方案設計建模→結構計算分析→結構專業校審→編輯組合模型→專業協調→完成。方案設計完成后步入下一階段：初步設計階段。利用BIM技術后，可以實現結構設計在這一階段的提前參與，將結構方案設計的方法、表達方式從紙質說明過渡到結構模型表達，并可以作為建筑設計方案的重要組成部分應用到建筑設計的審批交付中。

3.4.2初步設計階段流程

具體流程為：按報告和載荷信息/建筑初步模型→結構初步設計建模→結構計算分析→結構專業校審→編輯組合模型→專業協調→完成。初步設計階段完成后步入下一階段：施工圖設計階段。這一階段，在前一階段的BIM結構模型基礎上進行結構設計建模，各專業可協同設計。

3.4.3施工圖設計階段的流程

具體流程為：項目實際地基條件、雪荷載條件、風荷載條件、地動參數/建筑施工圖模型→結構施工圖建模→結構計算分析→結構專業校審→編輯組合模型→專業協調→BIM結構施工模型生成/部分二維施工圖深化設計→BIM結構施工模型審核/二維施工圖校審→完成。這一階段通過一系列的專業校審、協調與修改，對BIM結構模型進行了一系列的修改和調整，進而得到完整的BIM結構施工圖設計模型。

4.總結

總的來說，BIM技術是一項能提高建筑結構設計效率和質量的技術，具有可視化、信息集成、可模擬性、可傳遞性與協同性等諸多優勢，具體可在建筑結構模型設計中進行可視化應用、參數化應用、鋼筋表達、流程設計、結構功用和施工現場分析應用。當然，BIM技術尚處發展中，其在建筑結構設計中的應用技術還有更多未知功能等待進一步的探索。

參考文獻

[1]張健， 陶豐燁， 蘇濤永. 基于BIM技術的裝配式建筑集成體系研究[J]. 建筑科學， 2018， 034（001）：97-102.

[2]樂云， 鄭弦， 李永奎，等. 基于SVN的BIM技術應用價值流及驅動路徑研究[D].管理工程學報，2018，032（001）：71-78.

【南京工程學院校級科研基金，引進人才科研啟動基金項目，YKJ201836，基于LCA的預制裝配混凝土建筑（PC）碳排放仿真量化方法研究】

（作者單位：1.南京工程學院 ?2.南京工業大學）

【中圖分類號】TU201.4

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）10-0070-02