建筑結構設計中BIM技術的應用

張軍軍 吳志華

浙江省工業設計研究院

1 引言

近年來，我國建筑行業得到了快速地發展，已經成為我國社會經濟中的重要產業。隨著現代社會建筑物數量的不斷增長，人們對于建筑物的質量越來越重視，現代建筑企業需要不斷革新技術以謀求更長遠的發展。一方面，現代建筑企業創新技術有助于節省建筑工程中的施工成本，另一方面，現代建筑企業的施工技術水平有所提升以后，會對整體的建筑行業起到帶動的作用。而BIM技術在建筑結構中的應用可以提升建筑施工設計的效率，以信息化的方式將建筑結構的設計工作整合為虛擬建模的形式，使建筑結構設計工作更加清晰、直觀、明了，為后續的工程施工奠定基礎。

2 建筑結構設計中BIM技術的相關內容

2.1 BIM技術的內涵

BIM 技術指代建筑信息管理應用，也就是利用現代化的科學技術方式建立起完整的可視化模型，對應具體的集合數值，將建筑結構的設計形式具體化地展現出來，并將其充分的應用于建筑結構設計工作內，幫助設計人員更加充分、完整的整合建筑物的相關信息，使之能夠作用于施工效率提升，并且可以有效地降低設計的難度。BIM技術與傳統的建筑結構設計技術有所不同，是從平面設計的形式轉變為立體設計的形式，可使人們從整體的角度清晰的考慮到建筑設計的結構框架。將BIM技術應用于建筑設計中，能夠有效地減少設計時間，保障建筑工程施工的質量與安全。

2.2 BIM技術的常見問題

BIM技術在建筑結構設計中常常面臨著以下幾種問題。

第一，BIM是否具有規范的技術體系，顯然現代建筑企業在應用BIM 技術時并未存在具體的標準進行參考，所以建筑設計中常常出現BIM技術使用不規范的情況。

第二，有關部門對于現代建筑企業應用BIM 技術的法律監管并不具體，部分企業存在鉆法律漏洞的情況，從技術的角度區分，BIM技術可以建立起虛擬的工程模型，但是由于BIM技術所建造的模型并未確定其產權，所以區分度也并不明顯。

第三，現代建筑企業對BIM技術的修改權利并不明確，所以BIM技術中的許多內容缺乏有效監管。

第四，國內的BIM 技術軟件尚在研究的起步階段，多數的BIM 技術軟件是國外制造。第五，參與研究的設計人員并不具備較高的BIM專業技術水平，對數據信息的把控力度不強，未能對數據信息進行有效分享。

總之，現代建筑企業對BIM技術的研究仍需不斷努力，加強資金方面的投入，探索更加有效地BIM技術使用過程。同時，現代建筑企業要購置先進的設備，升級原有的配置，幫助相關人員提供良好的應用環境。

3 建筑結構設計中BIM技術的功能分析

3.1 數據信息化

BIM 技術的應用是以現代科學技術為基礎而實現的，設計人員利用BIM 技術軟件可以對現有的信息進行有效地處理，與傳統的設計模式相比，BIM 技術具有更為明顯的優越性。工程設計人員利用BIM 技術能夠高效處理信息，減輕一定的人工作業負擔，并且在建筑工程數據庫中可以快速地查找到與工程相關的信息，而且各類信息之間并非單獨存在，是彼此聯系的，在信息化設備上建立數據庫，便于工作人員調取數據。設計人員可以在數據庫中查找針對性的信息，而且信息的保真程度很高，克服了傳統的信息記錄的一些弊端，有助于設計人員提升工作效率，促進工程設計工作的高效進行[1]。

3.2 修正設計圖紙

傳統的建筑結構的設計圖紙常需要人工進行修整，如果僅修改其中一處，那么設計人員也需要重新計算其他方面的內容，所以傳統的圖紙設計環節，需要設計師付出大量的時間對照計算圖紙中的其他內容。應用BIM 技術以后，可以通過修改工程數據的方式，克服這一缺點。眾所周知，BIM技術是通過建設模型來獲取工程數據的，所以在修改工程圖紙時，施工人員只需要對圖紙中出現錯誤的部分進行修改就可以，其他部分的信息會根據設計人員的修改情況而自動修正，那么設計人員就擁有更多的時間研究其他方面的內容，BIM 技術的應用使工程的設計方案越來越合理、高效，便于建筑結構取得更好地設計結果。

3.3 設計統一化

在建筑模型設計中應用BIM 技術，可以在電子設備中將建筑工程的立體效果呈現出來，包括建筑工程的光源、外貌及材質屬性等，利用BIM技術能夠從工程中的真實數據信息出發，設計人員根據虛擬模型就能夠判斷該設計方案是否可行。在一些節能要求較高的建筑工程中，BIM技術的優勢則更加明顯，建筑工程的光源及舒適性是現代建筑追求的內容，而BIM 技術所建造出的虛擬模型，能夠將各方面的信息整合，并且生動地展現出來，對建筑結構模型進行自動處理、自動驗算設計中的數據信息，如圖1 所示，BIM 技術的應用有助于推動工程設計的統一化發展[2]。

圖1 建筑工程統一化組織架構圖

3.4 三維效果圖

將BIM 技術應用于建筑結構的設計工作中，可以在信息化設備中體現出三維效果，三維技術屬于BIM 技術內容中的一部分，能夠對建筑結構的模型進行立體展現，設計人員可以通過對建筑模型所呈現的立體效果來詳細了解模型的各個方面情況，如建筑物的管道、電路部分施工等，并根據虛擬模型呈現出的施工效果認真分析其中的方法，尋求有效地解決方案，促使施工方案的合理化，便于現代建筑企業提升施工效率，而設計人員也可以根據三維效果圖來完善施工設計圖紙，取得更好地施工效果[3]。

4 建筑結構設計中BIM技術的具體應用

4.1 分析建筑結構功能作用

設計人員在設計建筑結構時，會考慮建筑結構的整體構建方式，不僅僅是針對結構的某一部分進行設計，而是需要將建筑結構中的各個部分進行順序置換。依照國家的建筑規定，從整體的角度重新設計建筑物的功能，而在此過程中，BIM技術的應用可以有效提升設計工作的效率。在傳統建筑結構的設計工作中，現代建筑企業在分析建筑結構的性能時，就會投入較多的資金，并且需要大量的設計人員參與工作中，然而人為的分析工作難免會出現誤差，無法對工作人員的工作狀態和效率作出過高的要求。應用BIM 技術可以準確地剖析建筑物的結構功能，設計人員只需將調查所獲得的數據填入模型中，BIM 技術就可以在模型中呈現出結構功能的效果，設計人員在審查建筑模型是能夠一目了然的看出問題所在，并進行高效的修正與整改，在最短的時間內得出修正方案。

4.2 剖析建筑結構施工流程

要想保證建筑結構的質量，建筑企業就不能僅依靠建筑結構方面的設計，還要綜合考慮施工現場的環境因素等，利用BIM技術的信息化系統，將建筑方案設計中的各部分內容與施工現場形成緊密地聯系，之后再建立起具體的建筑工程模型，如圖2所示，即可將施工現場以信息化的方式再現出來。設計人員可以根據BIM 技術所創造的虛擬模型來分析設計的結果，并對設計方案中建筑結構存在問題的部分加以修正，便于更好地完善建筑方案的內容，制定更加詳細、科學的施工流程，之后將建筑結構設計方案與施工現場的具體施工情況進行匹配，可以有效提升建筑工程的施工質量[4]。

4.3 鋼結構建模的運用

建筑工程多以鋼結構為主，設計人員可以結合鋼結構的建筑需求進行建模，在建模的過程中要注重器件方面的連接問題，由于鋼結構的連接包括梁柱連接及梁梁鉸接等，所以在施工圖紙的設計中，設計人員要與技術人員做好溝通，充分考慮梁的高度因素，使連接部分能夠符合施工的具體要求，并且可以在圖紙上充分地展現出來連接的形態。在此過程中應用BIM技術能夠將參數信息更加準確地表達出來，如螺栓數量的多少及螺栓之間的距離等，可以根據BIM技術所建模的效果圖進行修正，設計各類連接件的施工流程、設計人員需要對建筑結構的施工流程具備基本的技術認知，之后了解其流程的施工方法，并在BIM虛擬模型中利用加強件進行定位即可完成鋼結構建模的工作任務。

4.4 協調建筑結構各部分設計

設計人員利用BIM 模型可以添加或處理建筑信息，使其建筑工程的施工質量獲得全面的保障。需要設計人員格外注意的是，不同的施工內容中形成的BIM模型也有所差異，為更加準確的傳達信息，設計人員可以在BIM 模型中插入數據文件，提升BIM模型的輔助說明功能，還可以科學的處理中性數據庫，讓設計人員能夠了解其中的數據信息，與技術人員之間形成充分有效地溝通，之后和技術人員協調建筑的土木施工及裝飾施工等流程，便于達到理想的建筑效果。在BIM 建模中所使用的軟件要具備模型建立、圖紙生成及模擬分析等功能，設計人員可以在根據需求選擇軟件。如Revit軟件中，就可以將建筑物的室內結構及機電工程等內容相互結合，如同資料庫一般，設計人員可以從中調取模型自由設計，并能夠根據需求更新資料，可以實現信息的實時共享，具有較強的實用性。

5 結束語

現代建筑工程的建設需要對建筑工程的質量作出保障，其中涉及諸多的專業知識，并且需要在最短的時間內完成建筑工程的設計工作，可以為建筑企業節約一定的成本。BIM 技術的應用能夠促進建筑行業的可持續發展，該項技術在實際的應用過程中能夠節約能源，并且對環境的危害較小，不僅可以提升施工人員的效率，還可以加強對現代工程建設的信息化管理，逐步提升BIM 技術在應用過程中的靈活性，從而使現代建筑企業擁有更加完善、優質的施工方案，既有助于提升建筑結構質量，又可以保持企業在行業之中的競爭力。