結構設計中BIM技術應用的探討

王佳煒

貴州省建筑設計研究院有限責任公司 貴州 貴陽 550081

1 BIM技術在結構設計中的優勢

在實際開展結構設計工作時，應用傳統形勢下的方法和流程進行設計，在施工圖紙設計階段會存在較多任務。雖然此階段的工作狀況并不會對建筑性能產生較大影響，但是施工圖設計階段的變更工作會產生較多反復，影響施工圖質量及設計工期。為了防止產生這一系列問題，充分應用BIM技術，在構建科學合理地BIM模型之后，能夠防止后期產生設計變更問題[1]。不僅如此，在結構設計工作中正確應用BIM技術，既能提高施工圖的質量，還能做好信息化模型的集成工作。基于此，建筑結構設計人員為了保證設計工作符合標準要求，會將BIM技術作為技術支撐，具體的應用優勢體現在以下幾個方面。

1.1 有利于實現三維可視化設計和虛擬設計目標

結構設計人員應用BIM技術開展三維可視化設計工作時，主要就是將三維實體模型作為基礎依據，生動形象地表達各個構件之間具體存在的空間關系，這樣能夠為設計方、施工方、建設方溝通交流提供保障。以設計人員對一些大型復雜的建筑結構進行設計為例，進行細致分析，如果只是依據平面圖紙、立面圖紙進行研究，就會產生設計方案缺乏針對性、難以保障不同專業有效協作等問題[2]。基于此，充分應用BIM技術的三維可視性特征，以漫游演示的方式為主體現出設備模型和結構模型的動態性，同時也能檢查各個構件的空間關系是否滿足標準要求，一旦結構構件與設備構件發生碰撞，也能及時發現和處理，對于結構設計人員選擇出最優方案具有重要作用。

1.2 有利于保證實體配筋技術發揮應用價值

結構設計人員結合設計要求，充分應用BIM實體配筋技術，不僅能夠模擬局部復雜部位或是節點的鋼筋配置狀況，也能及時發現問題和處理問題。此外，充分考慮施工要求之后，配置的實體鋼筋模型在發揮作用的基礎上，還可以為后續高效開展鋼筋工程量統計、選用針對性的鋼筋下料方法提供參考依據。

1.3 有利于高效開展實體模型參數化設計和協同設計工作

細致分析“模型的參數化”內容，可知主要指為構件定義的參數化、不同圖元之間的參數化約束關系。在明確這項內容之后，設計人員充分利用模型的參數化關系，能夠進一步提高建模效率，甚至對于增強可編輯性也具有重要作用[3]。使用傳統形勢下的二維CAD施工圖，因為圖元由不具備實際物理意義的點、線、面等模型組合而成，所以難以開展一處修改和處處更新工作。這就要打破傳統觀念的束縛，將BIM軟件應用其中，在將平、立、剖視圖整合在一個參數化數據庫之后，可以做好一處更改和處處更改工作，甚至對于減少人為失誤也具有重要作用。

1.4 有利于集成、共享、交換結構設計信息

主要就是將BIM模型作為主要平臺，開展設計信息集成、共享、交換等工作。比如：充分利用Revit 的明細表，高效開展工程量統計工作，從而保證Revit與其他類型的分析設計、算量軟件之間的數據有效傳遞。

2 結構設計中數據交換分析

BIM技術充分發揮應用價值，能夠實現共享信息和交換信息目標[4]。現階段在實際開展結構設計工作時，將BIM技術應用其中，非常關鍵的一項工作是開展數據交換工作，如具體包括依據IFC標準，使不同軟件之前的數據進行交換；在將BIM 核心建模軟件的輔助下開展二次開發工作，如在以Revit為基礎依據，充分利用Revit API進行二次開發，從而保證形成與之具有關聯的插件；充分應用其他不同形式，開展數據交換工作，以利用中間數據文件Excel為例，達到數據交換的目的。

2.1 依據IFC標準交換數據

細致研究“IFC標準”，可知其是工業基礎類的簡稱，現階段已經有多種軟件已經通過了認證，如具體使用的Revit Structure 軟件就已經通過了認證。在實際開展測試工作時，將BIM建模軟件Revit Structure 作為主要依據，并利用IFC模型查看器開展數據交換工作。

為了提高測試結果精準性和可靠性，需要充分利用多種結構體系開展轉換測試工作。在此期間，依據轉換結構的Revit結構物理模型、結構分析模型等做好各項操作。在多種模型的構件截面中，具體包括矩形、T形、圓形等。在具體操作過程中，先要分別在軟件中構建符合要求的測試模型，并將具體構建的模型稱為“原始模型”；之后以標準格式開展導出工作，從而形成IFC模型；最后使用Solibri模型查看器將IFC模型打開，細致對比IFC模型與原始模型之間存在的相同點和不同點[5]。在此之后，需要降低每一個IFC模型導入到Revit中，保證可以重新生成模型，并且也要對比重新生成模型與IFC模型的相同點和不同點。

經過多次測試，可知以IFC標準開展的數據交換操作，具體狀況如下。

一是原始模型與IFC模型存在差異，主要體現在模型信息丟失和錯誤等方面。二是Revit中重新生成的模型的結構物理模型，與原有的IFC模型進行對比，可知具體表現具有一致性，但是Revit中重新生成的模型，并沒有形成結構分析模型。三是Revit重新生成模型中構件的族類型、族參數定義改變，一部分的構件可以在參數化方法的輔助下，載入族足夠變為非參數化的內建族構件，并且這些構件只能在原位上進行拉伸會或是縮放，這樣導致無法對其他組類型進行編輯。

2.2 以Revit API為基礎的二次開發

以Revit API為基礎依據的二次開發接口的數據交換形式，具體分為以下兩種類型。

一.是只是轉換結構分析模型：轉換接口發揮重要作用，主要是讀取Revit中的分析模型并完成轉換工作，不可否認這是應用率較高的一種轉換接口的方式。因為在Revit自動形成的結構分析模型中存在一些不足，所以非常關鍵的一項工作是調整Revit中的結構分析模型，在保證梁、板、柱等建筑構件形成了良好的約束關系之后，再按照標準要求將結構分析模型導入到具體應用的分析軟件中。

二.是在轉換物理模型同時，保證軟件可以自動生成分析模型：將這種類型的數據交換形式與前一種進行對比，可知理論上這種轉換形式不存在簡化的狀況，也能保證結構分析結果具有精準可靠性，但是無法保證自動生成的結構分析模型具有合理性和可計算性。

在細致分析這兩種數據轉換形式之后，不難發現雖然以Revit API為基礎依據的接口轉換工作，能夠保證物理模型轉換信息具有完整性，但是仍然存在一些難以解決的問題。比如：無法全面滿足建筑結果設計要求。實際上，一個完整的結構設計模型包括多項內容，像分析模型、物理模型、荷載布置、邊界條件等[6]。有一部分的接口只是支持模型轉換，存在不支持荷載轉換的問題，甚至還有一些接口的構件截面類型轉換，會受到一些因素的限制，導致不能轉換組合之后形成的構件截面。除此之外，這種類型的轉換方式，主要以截面匹配為原則進行轉換，導致無法轉換截面非參數化、形體復雜的構件。特別是節點復雜的結構，更要從結構設計軟件中轉入到Revit中，這樣構件的混凝土極易在節點位置上出現沒有相互融合的問題，進而就會產生難以調整的空隙，不利于后續高效開展設計和施工工作。

2.3 數據轉換方法的對比分析要點

以對比轉換原理內容為例，進行分析，以IFC標準為依據的模型轉換優勢包括具體轉換的信息非常全面，受到制約的程度比較小，可以轉換幾何信息、荷載信息、材料信息等，在一定程度上保證結構模型分析計算實際需要信息具有完整性；以Revit API為基礎的數據轉換形式，主要以截面類型的匹配為主，構建空間位置、截面類型等信息進行轉換，存在無法傳遞荷載組合信息等問題，主要因為此項操作會受到不同程度的限制。

3 平法表達與 BIM理念

在實際繪制結構施工圖過程中應用BIM技術，主要有三種非常重要的方式。

一.是直接在Revit中直接繪制結構施工圖，此種繪制方法具有與CAD繪制方法具有相似性。

二.是將Revit平臺作為基礎依據，在充分應用Revit共享參數標注族、自行研發的二維詳圖智能圖之后，可以保證平法的注釋符合、標注文本等與BIM模型之間具有一定聯系。

三.是二次開發，在將Revit作為基礎條件之后，科學地開發符合平法理念的插件，并且也要將平法理念有效地融入到BIM技術中。

經過深入研究，可知第一種方法具有相應的優勢和弊端，如雖然方便結構設計人員操作，但是無法精準地體現出BIM技術在協同設計方面的優勢。第二種方法充分發揮應用價值，可以使平法符號具備較強的物理意義，甚至也能體現出參數化特征，但是在具體應用到結構設計工作中，還是存在一些難以解決的問題，如將此種方法與AutoCAD進行對比，Revit在三維建模方面具有諸多優勢，但是與平面圖元點、線、面的支持力度進行對比，不能超越CAD，而平法會涉及到平面圖元的創建和編輯等內容[7]。在實際開展平法信息錄入工作時，具體的操作流程非常復雜，并且具有較大的任務量。在此期間，墻柱、框架柱等多個結構的構件，與Revit二維詳圖構件之間的聯系比較少，進而導致無法完成協同設計工作。平面注釋的鋼筋信息，與結構計算軟件、工程算量軟件、鋼筋下料軟件之間的聯系少，無法實現數據共享，這就要在后續做好完善和擴展工作。

因此，結構設計人員如果想要在使用BIM技術期間，具備較強的可操作性平法表達和實體配筋，就要著重開展平面插件開發工作，在保證結構設計軟件配筋結果的回傳、平法標準與實體配筋處于相互驅動狀態。比如：在開發相應接口過程中投入更多的時間和精力，并要將結構設計的配筋結果，科學合理地導入到Revit中，從而保證Revit模型的各個構件與配筋信息處于有效匹配的狀態。全面結合現代社會發展趨勢，充分利用具有先進性的計算機技術，并要結合平法制圖規則、構造詳圖的具體要求，重新補充并定義平法標注，在保證平法標注符號與構件實體配筋之間具有較強的關聯之后，進一步減少實體配筋工作量。除此之外，也要保證這些操作全面滿足第三方軟件運行要求。

4 結束語

在我國建筑行業迅猛發展的背景下，結構設計人員在日常工作時面臨嚴峻挑戰，不僅要充分應用BIM技術，也要不斷優化結構設計方案，在后續施工建設提供正確指導同時，保證BIM技術充分發揮應用價值，達到創新結構設計模式的目的。在應用BIM技術開展結構設計工作時，不可避免地會涉及到數據交換工作，如果沒能嚴格按照標準要求交換數據，極易在此期間產生數據丟失和數據錯誤等問題。主要就是因為從二維設計轉變為三維設計，在平法表達與BIM技術的相容方面存在不足。在實際應用以Revit API為基礎依據的網架時，結構模型轉換工作備受關注，在混凝土結構轉換期間，BIM模型向分析模型簡化時存在問題，無法滿足結構設計要求，進而就會對精度造成影響。IFC標準模型轉換數據，同樣具有優勢和劣勢，需要結合數據轉換要求做好細節處理工作。為了保證BIM技術在結構設計工作中充分發揮作用，一定要注重處理BIM理年與平法表達之間的問題，為后續提高BIM技術在結構設計中的應用價值創造條件。