BIM 技術在建筑結構設計中的應用

盧亞東

中鐵建安工程設計院有限公司（050043）

在各項高新技術的支持下，建筑結構設計的質量越來越好。其中，BIM 技術的應用為建筑結構設計提供了有力的支持，其自身的優勢為建筑結構設計帶來了便利，為建筑結構的穩定性和安全性提供了基礎保障。因此，加強BIM 技術在建筑結構設計中的應用有著重要的現實意義。

1 BIM 技術及其優勢

BIM 技術以建筑工程項目相關數據為基礎建立相應的建筑模型，并通過仿真模擬的方式反映出建筑工程的實際情況和真實信息。與傳統的設計方式相比較，BIM 技術應用于建筑結構設計有著非常明顯的優勢[1]。

1）實現結構設計的可視化。在BIM 技術的支持下，建筑結構設計可以建立三維模型，讓整個結構的設計情況可視化，動態地展示出結構設計的具體情況。設計人員可以通過改變BIM 模型中的相關參數對整個建筑方案進行實時調整，不斷對方案進行優化，保證建筑結構設計的質量滿足實際要求。

2）實現結構設計的協調性。在建筑結構設計的過程中涉及到很多個專業，需要有多個部門的參與。傳統的設計方式在吸收不同部門意見的過程中會頻繁地修改設計，費時費力；而采用BIM 技術進行設計，只要將各個部門的意見有效糅合到軟件中，就可以實現不用部門之間信息的協調，在設計的過程中也能夠更好地滿足不同部門的設計需求，保證設計質量。

3）實現結構模型的碰撞檢查。以往的設計方式無法全面并實時體現出建筑結構中不同個體、元素之間的碰撞情況，導致設計的內容不盡合理，影響了后續施工的質量。而利用BIM 技術能夠實時展示出建筑結構的三維模型，設計人員能夠直觀、及時地發現結構中不同個體、元素之間的碰撞問題，為及時消除問題、提高設計質量奠定良好基礎。同時，這種及時發現并解決問題的方式也能夠有效降低返工率和設計成本。

2 基于BIM 技術的建筑結構設計

與傳統的設計流程相比較，基于BIM 技術的設計流程發生了一定的變化，包括數據傳輸的變化、工作流程的變化及設計質量的提升等。BIM 模型是一個較為完整的、統一的共享數據庫，相關結構設計工程師可以在方案階段就對結構進行設計與分析，并建立專業的信息模型，數據的交換與共享更加頻繁、及時[2]。

在初步設計階段，設計人員可以根據結構專業及其他專業的修改意見對設計做出進一步的修改和優化，協調好不同專業之間的技術沖突，并基于BIM模型生成平面設計圖紙，保持模型與圖紙之間的協調一致性。如Revit 設計可以分為BIM 建模、結構構件繪制、結構分析等設計環節，且能夠產生質量較高的設計效果。

由于使用了BIM 技術，很多原本在施工圖設計階段才能完成的設計工作都發生了一定程度的“前置”，在初步設計階段就已經完成，所以施工圖設計階段的設計工作量也間接地減少了一部分。但是由于要滿足傳統的繪制標準，所以施工圖設計階段的設計重點依然是要對BIM 模型所生成的二維圖紙進行有效的調整與深度設計。

3 BIM 技術在建筑結構設計中的應用

由于BIM 技術在建筑結構設計中有著較多的應用優勢，且操作流程較為便捷，所以其在建筑結構設計中的應用較為廣泛。

3.1 在建筑空間規劃中的應用

建筑空間規劃是建筑設計的初始階段，當建筑區域確定以后，設計人員可以利用BIM 技術對區域的空間進行合理規劃。根據區域的地形條件，利用軟件的各項功能，對建筑區域空間的各種參數進行全面且深入的分析，包括坡向、斜率、坡高等。與此同時，為了保證空間規劃分析相關數據的準確性，在使用BIM 技術進行空間規劃的過程中，可以與GIS技術相配合來對各項參數進行分析，全方位、多角度地獲取基礎性數據，為后續的設計提供更加全面的資料。此外，BIM 技術還能夠對建筑的內部空間進行合理規劃，包括建筑內部的視野、 可視度、坡度、功能空間等，設計人員可以根據設計需求對空間模型相關參數進行調整，綜合考慮多種因素來確定三維空間規劃設計的方案[3]。

3.2 在建筑結構性能分析中的應用

建筑結構設計中需要關注不同構件之間的組合情況，可以利用BIM 技術對不同構件組合情況及建筑結構性能進行分析，形成建筑結構形式。設計人員可以將結構參數輸入到BIM 軟件系統中，利用軟件對結構性能進行數據分析，及時發現并解決結構設計中存在的問題，以提升建筑結構的安全性、抗震性、穩定性等。以抗震性為例，在抗震性能設計的過程中，為了保證建筑結構的抗震性能能夠滿足建筑所在地區的抗震要求，需要在BIM 軟件系統中輸入精確的參數，如抗震設防烈度、抗震墻最大間距、抗震設計特征周期值、基本地震加速度值等，以保證抗震性能滿足設計要求。

3.3 鋼結構設計建模中的應用

當前鋼結構已廣泛應用于建筑中，其結構的布置、連接較為復雜，保證各個部件結構穩固性的難度較大。而借助BIM 技術對鋼結構進行建模，能夠對鋼結構的高度進行測算、 對連接件設置進行計算、對鋼結構的合理布置進行設計等，更好地進行鋼結構的設計。與此同時，通過BIM 技術參數的共享，能夠對鋼結構連接件的數量及距離等重要的參數進行合理設計；當參數需要變更的時候，僅僅在軟件系統中調整相應的參數就可以完成對設計的更新。對于鋼結構的加強件，可以通過軟件來繪制質量較高的圖樣，合理設置加強件的位置，以此來保證鋼結構設計的效果[4]。

3.4 在建筑節能設計中的應用

節能設計是建筑設計中較為重要的環節之一，其主要是借助建筑結構本身及周圍自然環境的特點，對自然資源進行合理利用，以減少不可再生資源消耗量。現階段，建筑結構的節能設計主要包括自然采光、通風、保暖等。利用BIM 技術，能夠以可視化的動態模式對自然環境、建筑結構等進行合理分析。對于通風節能設計來說，往往會受到建筑本身結構、朝向及環境等方面因素的影響，設計人員將搜集到的資料、數據輸入到系統中，對環境進行自動模擬，以提升對周邊環境的利用率，達到最好的自然通風效果。對于自然采光來說，設計人員可以將建筑當地的日照、氣候條件相關數據輸入到系統中，獲得最佳的結構設計比例，從而加強采光與保暖設計的綜合水平，在提升建筑結構節能效果的同時也能夠促進人與自然的和諧發展[5]。

4 BIM 技術在建筑結構設計中的應用難點

BIM 技術在建筑結構設計中的應用雖然有著非常明顯的優勢，但是受制于技術方面及歷史遺留因素的影響，我國在BIM 技術應用方面與發達國家相比還有一定的差距，需要進一步加強對BIM 技術的開發和應用。數據是建筑信息的核心與載體，所以要將數據的利用進一步規范化、有序化，實現全生命周期應用，促進BIM 技術在不同專業、階段發揮應有的效用。此外，BIM 技術雖然功能強大，但是我國主流設計軟件之間的信息交互還存在著較大的問題，不同軟件之間的端口鏈接還需要進一步完善。同時，我國相關部門需要加強基于BIM 技術的設計規范的建立與完善，保證BIM 使用的規范化[6]。

5 結語

在建筑結構設計的過程中，BIM 技術發揮了非常重要的作用，其不僅具有可視化與動態化的功能，同時也能夠協調不同專業之間的設計需求，提升結構設計的質量。在實際情況中，BIM 技術主要應用于空間規劃設計、結構性能分析、鋼結構建模設計、節能設計等方面，在應用中需要不斷完善，攻克技術難點，為建筑結構設計質量的提升奠定良好基礎。