建筑結構設計過程中BIM 技術的使用分析

祁尚志

（中鐵建工集團北方工程有限公司，天津 300000）

在現代城市的建設進程當中，各類建筑工程項目是其中的主要組成，大量建筑工程的建造，能夠顯著推進整個宏觀經濟的高速發展和進步。各類建筑工程項目在施工建造的進程中，其主體結構方面的設計方案是當中非常關鍵的環節之一，為顯著提升建筑工程施工作業的品質，切實保證建筑工程項目的主體結構能夠獲得全方位的優化與改善。建筑工程的主體結構在進行規劃設計的過程中，借助BIM 技術的實際應用能夠對工程項目有關方面的信息和數據實施行之有效的整合操作，提升建筑物設計方案的科學性及合理性，有效降低建筑物主體結構設計之中有關設計人員的工作負擔，能夠使建筑工程最終取得最大限度的社會效益及經濟效益。

1 BIM 技術研究

1.1 BIM 技術簡述

BIM 技術指的是建筑信息模型相關的技術（英文全稱為Building Information Modeling）。該項技術的普遍推廣和使用，能夠把各類的參數和指標實施有機融合，在初始的建筑結構設計方案模型的框架之上，進一步生成3D 立體的數學模型，方便對建筑物的整體框架設計方案實施動態化的掌握和理解，這樣就能保證建筑結構的設計方案可以向智能化以及全方位的趨勢發展和進步。BIM 技術在建筑設計領域實際應用的過程中，必須在規劃設計的階段就對整體建造過程的品質實施全方位的檢查及管控，以此確保設計人員能夠據此生成更為完整和精確的數據資料庫，在設計過程中，有關建筑物的各類數據信息存放在數據資料庫之中，便于日后工程項目在建設過程中查閱使用。BIM 技術實際應用的領域相當廣泛，不但在建筑項目工程中有所涉及，還在公路項目以及橋梁項目中取得了非常普遍的應用。在相應的工具軟件程序之中，能夠針對建筑物框架內部的構件實施全方位的數學模擬操作，此外，工程設計人員還能夠實施系統的有關參數全面的收集和整理。借助3D 立體可視化數學模型，對設計方案實施優化和完善，并且搭建更為健全的工程運營管理系統。BIM 技術其核心框架是由電腦生成的3D 立體數學模型所組成的數據資料庫，工程設計人員對此類信息和數據進行收集和歸納的時候，可對有關的信息數據實施動態化的操作與調整[1]。BIM 技術在建筑結構設計過程中的使用如圖1 所示。

圖1 BIM 技術在建筑結構設計過程中的使用

1.2 BIM 技術的主要特點

1.2.1 可視性的特點

一般來講，在常規的建筑結構方面的設計流程中，大量的結構設計方面的方案均采用2D 平面設計軟件對建筑物結構主體方案情況實施相應的展示，不過某些特殊部位構件的詳細內容與具體的空間位置不能在2D 平面圖紙中獲得相對清晰的體現。經過對BIM 技術的實際應用，工程設計人員能夠生成3D 立體結構的數學模型，這類模型能夠把建筑結構設計過程中相關的各類參數和信息有效地整合在一處，經過空間領域的體現，能對結構中的內容實施更佳的表現。應用BIM 技術能保證建筑整體設計方案更加清晰和直觀，為后期的施工過程奠定基礎，能夠顯著提升施工過程的品質和效率。

1.2.2 協調性特點

強化各個部門間的相互配合，推進建筑項目平穩進行，BIM 技術在工程領域相關參數的基礎上，能夠強化相應作業環節的調控功能，強化各部門間的協調性。在工程施工時，合理應用BIM 技術，對關鍵環節進行模擬操作，可以對細節實施有效的模擬操作。在生成3D 立體數學模型的過程中，必須設計相匹配的預算方案及緊急情況應對方案，保證后期的環節可以穩定地進行。

2 BIM 技術在結構設計中的實際應用

2.1 前期結構設計過程中的應用

前期的結構設計通常是為了對工程項目的情況做到更為深入地了解和掌握，對實際的情況可更準確地實施后續的設計計劃，保證結構設計方案的科學性與準確性。前期的結構設計經過使用BIM 技術對設計內容實施進行相應的改進，找出最適宜的方案，采用先進的施工作業技術對建筑結構的整體效果實施真實化的數學模擬操作，能夠規避設計方案中的一系列不合理的因素。在結構設計的初期，就能夠對建筑結構的總體方案實施審核，及時找到其中不適合的地方，隨后進行適當的調整，防止在后續施工作業時發生相應的問題。前期結構設計時采用BIM 技術能夠及時掌握現場的狀態，對總體的成本有一個掌握，還可以進行綜合仿真模擬操作，確保建筑工程施工的進程中，能夠根據預期的設計方案來實現，保證經濟效益的最大化[2]。

2.2 中期結構設計過程中的應用

建筑結構相關工程技術人員在中期結構規劃設計工作過程中，針對建筑內部結構的一些技術細節實施升級、創新及優化，建筑結構相關工程技術人員對于鋼結構實施系統合理的三維模擬仿真，并且結合施工作業過程中出現的各種實際狀況，對于結構性能以及關聯程度涉及的具體技術要求實施創新、升級以及優化。建筑鋼結構三維模擬仿真如圖2 所示。

圖2 建筑鋼結構三維模擬仿真

2.2.1 鋼結構規劃設計

鋼結構是非常關鍵的組成技術模式基礎，是相關規劃設計工作中難度系數最大的部分。建筑結構工程技術人員在綜合規劃設計的進程中，把BIM 先進技術應用在其中，能夠針對各種扭力梁、主梁以及承載梁柱的連接模式進行明確判斷。搭建合理正確化的重要參數信息數據資料庫，針對當中的重要技術要求及標準進行全方位的模擬仿真，確保建筑結構規劃設計技術方案的科學合理性。建筑行業鋼結構如圖3 所示。

圖3 建筑行業鋼結構

2.2.2 綜合結構性能規劃設計研究

建筑結構相關工程技術人員在建筑結構規劃設計工作的整體實施進程中，必須針對整體的建筑框架實施明確判斷，進而能夠最大限度地掌握了解建筑工程的各種性能，例如保溫性能及抗震等級。建筑結構相關工程技術人員在建筑結構規劃設計的過程中使用BIM 先進技術，能夠全方位了解建筑工程的特性以及相關建筑原材料的安全標準等級，進而能夠最大限度地按照建筑工程設計的各種法規標準及技術要求實施設計。

2.3 建筑結構最終設計研究

在建筑結構整體規劃設計的過程中，建筑結構相關工程技術人員必須針對全部技術環節實施非常嚴格的審核及檢驗，進而能夠實現在最短的時間內查找出規劃設計技術方案中存在的不合理因素，在最短的時間內針對相關問題實施合理整改。建筑結構相關工程技術人員在BIM 先進技術整體使用的進程中，能夠針對各種類型的重要數據參數信息實施科學合理的整合，最終形成重要參數信息的數據資料庫。BIM 技術在實際使用中，必須基于系統性的觀點，對于某些不容易發現的問題實施綜合性的研究，確保施工作業的工程質量[3]。

2.4 建筑節能設計中的應用

技術人員若要實現建筑項目的綠色節能方面指標，現場施工環境以及當地氣象因素屬于重要參考要素，并且設計人員需要全面考慮各個施工周期內各類相對復雜的制約條件。通常建筑項目節能和減排方面的進度會從整體項目立項、調研、規劃設計的時候就開始部署，值得注意的問題是，在規劃設計的環節，設計人員需要對建筑物的采光、通風以及綜合能耗等要素實施全方位研究和分析，全力優化各個環節，這樣才能順利實現預期目標。

BIM 技術能夠應用到工程項目規劃設計的所有階段，由初期概念設計環節、初期設計直到詳細設計的環節，均能夠進行實際應用，還可以避免當前2D 設計過程中可能出現的問題。BIM 數學模型還能夠銜接到各類建筑模型數值模擬計算過程中，例如建筑結構外部風模擬、建筑內部氣流分析、建筑結構的采光模擬等。BIM 技術還有各類數據信息的關聯能力，能夠將各類型數據信息統一進行管理和操作，有利于后期探討和研究之用。通常來講，在建筑項目總體節能規劃設計過程之中，充分發揮BIM 技術的各類優勢和特點，發揮其可視化及有效模擬等特點，以數字化模型的模式來表現項目的各項數據和特征，確保工程設計人員及時查找方案內的不足，快速響應和改善，有效提升設計的質量。

2.5 熱工學分析過程中的應用

一般外墻部位在整個項目的節能方面將會起到非常關鍵的作用，對于建筑工程節能設計意義重大。合理應用BIM 技術，從外部結構出發，對建筑工程節能實施進一步探索。全面考慮總體結構的熱負荷以及冷負荷要素，科學分析內部熱環境因素。整個流程包含建筑內部熱源潛熱及內部濕源潛熱等因素的影響，相關設計人員需要全面綜合建筑外部圍護部位結構的特點以及熱損失等由于空氣流動所產生的熱量方面的損失。如果得到的熱量數據表現為負值，表明建筑結構發生了散熱問題。失去熱量的總量如果多于獲得的熱量總量，建筑物內部的熱總值即為負值，所以獲得以及損失的熱量，其數值的大小是關系到整體建筑內部熱負荷的重要因素之一。在進行實際設計的時候，設計人員必須保證溫度參數的取值保持在一個合理的范圍內，將房屋本身的特點以及周邊環境等要素進行探索與研究，最后基于討論結果明確實際設計的主要方向。在實際應用 BIM技術實施模擬研究的進程中，如果缺少制冷、采暖相關措施，夏季室內的溫度將比外界溫度低一些，冬季室內溫度將比戶外高一些，此時表明建筑外部的保溫隔熱層體現了相對理想的節能性能。建筑外部熱負荷仿真模擬如圖4 所示。

圖4 建筑外部熱負荷仿真模擬圖

3 BIM 技術的使用前景研究

當前，建筑結構相關工程技術人員在大量使用BIM 先進技術的過程中仍然存在一定的難題，他們必須在最短的時間內將相關問題進行行之有效地徹底解決，這樣才能夠為今后的發展打下堅實穩定的基礎，進而獲得發展空間。BIM 先進技術在我國建筑行業的高速發展，在很多個技術領域推廣，建筑原材料市場的健康平穩發展也為BIM 先進技術的廣泛使用打下了堅實的基礎。當前，建筑結構相關工程技術人員通過對建筑數據信息參數化三維模型的研究，能夠在最短的時間內獲得建筑數據信息參數化模型。現階段絕大多數的建筑設計研究院以及施工作業企業，均針對BIM 技術進行了非常全面及深入的研究與探索，這就為BIM先進技術在今后的廣泛使用，獲得了最大限度的發展空間。BIM 先進技術在實際使用的進程中，適合建筑工程的每一個發展周期，從項目工程的開始至最后階段，均可用其進行優化與創新。建筑結構相關工程技術人員應用BIM 先進技術的規劃設計理念可以徹底解決二維平面及立面定位的相關問題，與此同時也能夠大幅度強化每個建筑結構之間的協調性及合理性，進而最大限度地保證建筑結構之間的合理聯系[4]。

4 結束語

綜上所述，建筑結構相關工程技術人員在建筑結構規劃設計的過程中使用BIM 三維模擬仿真技術，能夠行之有效地提升建筑結構規劃設計過程中的工作效率以及精準效率，建筑結構相關工程技術人員基于全方位的觀點針對相關問題實施綜合的研究與探索，進而針對相應的解決方案實施升級、創新及優化。現階段建筑結構相關工程技術人員關于BIM 先進技術的廣泛使用，能夠為建筑領域獲得最佳的經濟效益，能夠最大限度地推進我國建筑行業安全穩定、可持續的發展。