建筑結構設計中BIM 技術的應用實踐分析與探究

胡波 滁州市建筑勘察設計院

一、BIM 技術概述

20 世紀70 年代，由BIM 之父ChuckEastman教授提出了這一概念，并在新加坡、日本、歐洲等國逐步推廣應用。如今，它已經成為我國建筑行業的新技術。近幾年來，隨著我國學術界對BIM 研究的增多，提起BIM 的次數也越來越多。尤其在建筑設計、建筑設備設計等專業中有著廣泛的應用。但對大多數建筑行業來說，BIM 在結構設計中的應用還很少，要實現建筑、結構、設備、機電等各個專業的協同，還有很長的路要走。

BIM 技術是隨著信息技術發展并在建筑行業中深入應用而形成的新型建筑設計技術，通過計算機技術能夠把建筑數據信息化并把建筑的設計、建造及管理等環節融合在一起，實現了高效設計管理建筑結構。BIM技術綜合了多種技術支持包括三維建模和信息管理等，所搭建起的流程圖能夠囊括了建筑設計施工及后期維護，不同環節的工作人員能夠同時獲取建筑相關數據實現了建筑結構基本信息數據的共享。傳統建筑設計消耗大量資金且因受制于技術、人工失誤等原因建筑設計效果并未能十分理想，而BIM 技術可以利用目標建筑基本數據設計出不同的方案，且能夠搭建出多個1：1 虛擬建筑模型以供選擇，因此BIM 技術擁有更好的設計效果與效率，為建設單位節省大量的資金投入。

二、BIM 技術在建筑結構設計中的優勢分析

（一）BIM 技術工作效率高，有助于降低設計成本

與傳統的建筑結構設計相比較BIM 技術無疑具有更高的工作效率，且能夠節省人力物力降低設計成本。除此以外BIM 技術能夠根據不同場景要求建立多個虛擬方案，構建出不同的虛擬模型，為后期施工提供更加詳盡的依據。在對施工環境分析方面BIM 技術能夠進行更好的把控，對于施工場地信息例如地質、周邊居住情況等能充分考慮進設計中，對方案能夠及時進行調整確保最終的方案施工可行性得到提高。對于施工進程的控制BIM 技術也可以結合地理信息等模擬出詳盡的流程方便發現問題和改進完善，尤其是對各種突然情況的模擬可以進行預處理方案的制定及完善。然后根據多個模擬的結果不斷地優化實際設計方案，最終使方案的可行性大幅度提高，為后續施工提供可靠的依據。此外在傳統的建筑設計中，如果設計者在設計過程中發現問題，就必須調整建筑物的總體尺寸，修改設計方案，但這樣做既費時又費力。與此同時，BIM 技術能很好的解決這個問題。設計者只需對問題零件進行修整，系統將自動修正其余零件的尺寸。

（二）BIM 技術綜合協調多種應用技術

BIM 技術綜合協調多種應用技術，包括數據庫技術等。在建筑結構設計過程中數據庫技術發揮著巨大的作用，利用數據庫技術能夠把建筑基本信息參數、材料資源信息、成本控制信息等綜合在一起搭建起建筑數據庫，以方便建筑設計施工甚至后續使用維護保養。根據實際的設計情況工作人員可以進行數據的增刪改查，實現建筑設計調整和提高整個建筑項目運作效率。此外BIM 技術能夠為設計者提供有關建筑的最新資料。設計過程中，設計者需要從各個方面收集信息，以設計出符合國家標準和時代感的建筑。與傳統的建筑結構設計比較，BIM 技術可以為設計師供給最新的信息建造。在設計者需要建立相關信息時，BIM 技術可以為設計者提供一系列最全面、最可靠的報告。

三、BIM 技術特征的簡要闡述

（一）信息集成

BIM 技術是集成了多個信息技術應用于建筑結構設計中，因而擁有了不同信息技術綜合優點，所以BIM 技術的一個功用是有利于信息的有效整合，相關資料的收集、整合、規劃與設計，進而為施工單位設計部門提供相關參考，從而能夠縮短數據檢索、鎖定與了解優秀的建筑設計的時間。針對工程的具體情況，提出了更全面的設計方案，以促進建筑設計的發展與完善。

（二）協同設計

BIM 技術是一項綜合技術，其特點是能夠充分利用BIM 技術，有機地構建專門的建筑設計平臺，為業主、相關設計單位和施工企業之間的信息共享提供了良好的溝通渠道。有關各方就能根據各自當事人的實際情況，更快地對要求提供的信息作出反應。可自動檢測結構構件與設備管道的相互作用。該方法可以大大提高設計團隊的溝通效率，同時也可以減少其他設計者在架構設計過程中所花費的時間，因而能夠切實有效地提升工作效率。

（三）可傳遞工作過程

利用BIM 技術建立幾何信息模型的優勢在于，它能夠保證各傳輸鏈路中數據信息的一致性，并結合自動管理模式，使用BIM技術系統能夠修改某些模塊或某些數據，但BIM 技術的發展在不斷變化。此應用程序不需要遵循傳統技術來修改參考數據或處理相關數據，要確保變量數據系統完成自動修改，從而最大限度地減少了雇員的工作量，確保他們能夠完成工作。將BIM 技術應用于建筑結構設計中，在規定的時間內完成相關任務，減少建筑設計過程中的失誤。

四、BIM 技術在建筑設計中的應用實踐分析

（一）設計方案中的建筑模型解釋

BIM 技術需要操作者有很強的計算機操作能力，雖然二維平面結構已從手工繪圖躍升為電子繪圖，但它仍不能真正與建筑物的原始外觀相適應。BIM 技術的出現打破了這一局面，并促進了對之前二維規劃的分析。

（二）開發綜合項目模型

全面、完整的模型工程在充分實現現有建筑結構的同時，其價值與實用性也十分重要。這種設計主要采用有限的標準處理方法，并且有各種系列，線條風格，字體，線型，符號和表達方式進行優化。充分利用BIM 技術，可以創建完整的項目模板。此外，還必須特別注意設計速度，盡可能地提高速度，這樣可以更好地為大多數普通用戶和特殊用戶有效地提供相應的指導效用。

（三）在場地分析中的應用

將BIM 應用于建筑結構設計，對于加強現場分析具有重要意義。施工分析是保證建筑結構合理、科學設計的重要依據。因此，只有從根本上保證施工現場各項指標分析結果的準確可靠，才能有效地提高預設計工作的效率。常規的現場分析方法存在一定的缺陷和問題，分析過程受分析者主觀因素的影響較大，對結果的準確性有一定的影響。利用BIM 技術，既能從根本上保證現場分析結果的準確性，又能保證其完整性。利用BIM技術對建筑結構進行現場分析，還可以與GIS 技術有效地結合。有效地縮短了建筑結構設計的時間，使其更加科學、合理。

（四）建筑空間規劃上的應用

建筑設計首先要進行空間規劃。選定建筑位置之后，就可以對當地空間進行地形分析。尤其對于地形較復雜的建筑地基，需要進行地形分段。建筑基礎的BIM 空間分析，如特定坡度、斜率、長寬比等。對建于地形復雜地區的建筑，可采用BIM 技術進行初步探討，為設計工作提供強有力的支撐，拓展設計思路。利用GIS 可以對坡度分析中的各種參數進行建模。設計者可以根據需要從不同的角度進行探索，并生成一系列基本數據，以供未來設計參考。探索完地形之后，就可以規劃建筑空間了。建筑物空間規劃通常采用BIM 視覺分析技術，利用BIM 技術對建筑物進行三維顯示，在進行各種分析前先建立相應的模型，并利用BIM 技術進行調試，綜合各種因素，供綜合參考，得到最佳的空間規劃模型。

五、BIM 技術在建筑結構設計中問題分析

（一）使用BIM 技術經濟成本問題

BIM 綜合了多項技術，它的優勢是顯著的，但其使用成本也是較大的，需要足夠資金支持方能實現。BIM 技術需要使用到機械設備及軟件系統，這些都需要大量資金投入。根據目前對BIM 技術費用調查研究可以看到，隨著BIM 技術發展強大，其使用費用在也在不斷攀升。對于中小企業來說使用BIM 技術的費用支出并不是小額資金，因此中小企業應用BIM 技術的廣泛性有所降低。

（二）行業整體應用BIM 技術水平低

BIM 技術在我國建筑行業中的應用發展起步比較晚時間比較短，加上BIM 是綜合技術需要掌握的知識及技能都較為繁雜，在國內能夠完全理清BIM 技術脈絡的專業技術人才較少，建筑行業融通BIM 技術還需要一定的時間。此外還存在一部分建筑設計人員對BIM 技術認識不足的情況，認為BIM 技術是簡單的計算機技術，與傳統設計經驗相比重要程度不高，唯經驗論未能得到有效的破除。

（三）BIM 技術標準缺失

BIM 技術在國外發展較為成熟，但在國內應用時間尚淺，相關的技術標準體系尚未建立起來，BIM 在我國屬于初級發展階段需要不斷地摸索發展的方向與道路。此外BIM技術人才培養標準缺失是另一重要的不足之處，如何對BIM 技術人員進行評價并建立標準是當前需要解決的重點問題，人才培養方案到位其他相關的技術標準也會迎刃而解。

六、在建筑結構設計中應用BIM 技術的策略

根據目前BIM 技術在國內應用中遇到的問題可以看到，要完善BIM 技術應用充分發揮出其應有的作用，就需要建立起BIM技術規范體系和人才培養標準。技術標準得到完善發展程度較為成熟后其他的問題例如資金投入及認知不足等方面問題就會水到渠成得到解決。同時也可以走出國門向先進國家學習BIM 技術的標準體系，并結合國內的實際情況加以修改制定出符合我國建筑行業的BIM 技術標準體系。同時應為BIM 技術在建筑結構設計中的應用搭建一個完善的環境，保證BIM 技術能夠為更多的設計人員所接受和使用。針對最為重要的人才培養方面，可以實行深層次的校企合作和產教融合，設計更具針對性的課程方案，并注重實踐應用與理論應用相結合的效果。現階段國內對BIM 技術的認可程度逐漸提高，加上政策及行業對技術應用的支持，中小企業跟上時代步伐應用BIM 技術指日可待。

七、結束語

綜上所述，BIM 技術目前已被應用于建筑結構分析與設計中，雖然在國內發展起步較晚，但發展勢頭是良好的。當前我國BIM技術是以IFC 國際標準為基礎，利用智能技術將目標建筑物轉化為三維結構模型圖。通過BIM 技術的具體應用，可以幫助設計者進行模型分析、程序選擇和修改，提高設計效率。