探析建筑結構設計中BIM技術的應用

何正宇

（身份證號：522229198104035632 貴州貴陽 550000）

引言

建筑結構設計是建筑工程項目建設的一個重要環節，結構設計的合理與否，會直接決定整個建筑工程的安全，因此，保證建筑結構設計的質量十分重要。BIM技術是一項先進的、設計效果較好的技術，將其應用于建筑結構設計中，可以很大程度地提高建筑結構設計的效果和水平。本文就在介紹BIM技術功能的基礎上，對其在建筑結構設計中具體應用進行闡述，以推動建筑結構設計的良好發展。

1 BIM基本概念及主要設計項目

BIM指建筑信息模型（Building Information Modeling），這項技術是隨著我國建筑行業近些年的發展而發展的一種數字化的技術，目前BIM技術已經運用到項目協作的各種方式，對于我國的工程建設無疑起到了改革的作用。BIM技術通過在計算機上使用虛擬的建設三維模型，不僅僅將工程建設從二維模型之間帶入了三維模型，同時采用數字化的技術，在整個工程建設的過程中能夠提供相應的信息庫（具體如圖1）。那么在建設信息庫的過程中能夠詳細的描述建筑的集合信息和專業化的信息，并且包含非構件對象（例如空間、運動行為）的狀態信息。

圖1 建筑結構設計中的BIM模型

2 BIM技術在建筑結構設計中的具體應用方式

2.1 應用于建筑結構與場地分析

建筑結構設計的合理與否并不僅僅體現于建筑工程本身，還與建筑工程所處的場地有著密切聯系，場地的地質環境、水文狀況等都會給建筑結構的設計產生諸多方面的影響。而通過BIM技術與地理信息系統的結合，可以對建筑工程的場地進行全面模擬，并在模擬的環境中擬建建筑工程的模型，這樣就可以對建筑場地的特點、條件等作出全方位的分析，選擇最佳的建筑物建設地點，使建筑結構與其所處的場地適應性達到最佳，從而保證建筑結構設計的合理性（具體BIM建模核心如圖2）。

圖2 BIM技術建模核心內容

2.2 應用于建筑結構性能分析

建筑結構設計并不是對建筑各個部分簡單的排列，還需要使各個部分有機組合起來，形成一個彼此支撐的整體，確保整個建筑結構的抗震性、牢固性等達到相應標準，這就需要對建筑結構的性能進行分析。在傳統的建筑結構性能分析中，需要花費大量的人力、時間，利用各種計算公式來完成這個分析過程，且分析的結果比較容易存在誤差，給建筑結構性能的可靠造成影響。而在BIM技術中，可以設計相應的性能分析軟件，將BIM模型的相關數據導入軟件之中，就可以快速、準確地完成整個分析過程，并根據分析的結果來發現和改正設計中存在的不足，提高建筑結構設計質量。

2.3 應用于建筑結構的協同

在BIM模型中，建筑工程的數據是不斷進行交流和共享的，這主要包括兩個方面：①通過借助中間數據文件，完成異地不同設計軟件進行模型設計時需要的相應數據和信息；②通過設置中性數據庫，實現不同專業之間的數據傳遞和共享，將與建筑工程相關的水暖、土建、裝飾等各種專業的內容有機地結合起來，利用統一的處理平臺來對信息進行規范處理，實現系統內部信息流的暢通。在這種數據交流和共享的基礎上，保證了建筑結構設計充分顧及了與建筑有關的各方面內容，避免了某一點、某一參數疏漏導致的結構不完善問題，對于建筑結構設計的質量有著重要作用。

2.4 應用于鋼結構的建模

在現階段，隨著建筑工程的不斷發展，大跨度、大空間成為建筑工程發展的重要趨勢，鋼結構的應用也越來越加廣泛，在鋼結構建筑物中，由于鋼結構是通過梁柱連接來實現的，在連接方式上，有梁梁剛接、梁梁鉸接等多種，結構的鏈接和加強件布置十分繁多，給建筑鋼結構的設計帶來了難度。利用BIM技術，可以通過對鋼結構梁高度的計算，對所有連接件進行專門的設計，并連接件進行參數化處理，應用BIM技術的參數共享功能，即可以完成對鋼結構中螺栓等連接件數量和間距的控制，在需要構建新連接件時，設計人員只需要調整相應的參數即可完成；對于加強件，設計人員可以通過BIM技術繪制出相應的大樣圖，在鋼結構施工中，技術人員只需要參考相應的設計位置，就可以確定加強件的部位，避免了鋼結構中薄弱環節的存在。因此，在建筑鋼結構設計中應用BIM技術，可以確保連接件和加強件位置的準確，保證鋼結構連接的牢固、可靠，確保鋼結構設計的質量和水平。

3 BIM在結構設計應用中的難點

BIM技術在應用過程中，也存在一些難點，遇到了一些問題，這些在一定程度上影響了BIM技術的廣泛應用，這些難點主要包括以下幾個方面：

①缺乏標準體系。由于BIM技術目前還處于探索階段，國家和地區相應的各種規范和標準還沒有出臺，處于前期調研、或正在制定過程中。因為BIM技術需要信息的傳遞，所以BIM相關的規范和標準與軟件的協調性是一個十分關鍵的問題。②法律責任問題。主要體現在：BIM技術在使用過程中的合法性和有效性；參數進行傳遞，涉及到產權和責任問題；建立模型與傳統技術內容的一致性；BIM各方的修改權限。③應用和交付問題。不同設計階段，BIM技術設計的深度也不同，設計標準也不同。參與設計的各方與傳統技術相比，分工和內容也不同。④BIM技術的缺點。由于BIM技術處于前期推廣階段，還存在以下幾個方面的問題：軟件主要是國外軟件，本土話程度不高；軟件對應用人員的專業素質和硬件設備要求較高；軟件各個模塊之間連接不完善，數據共享、數據傳遞程度較低，BIM技術的數據信息的傳遞成都有待進一步提高。⑤使用成本過高。由于對使用人員素質和硬件設備要求較高，所以需要投入一定的資金對專業人員進行培訓，購置高配置設備，進行軟件更新。⑥BIM技術存檔問題。由于目前沒有具體存檔標準，加之存檔對硬件的配置要求較高，需要進一步提高硬件的配置，增加使用成本。所以，BIM技術的文檔存儲問題亟待解決。

4 BIM在結構設計中的處理辦法

4.1 建立完整的項目樣板

項目樣板是整個設計的基礎，項目樣板包括經過有限的標準化處理的各種族、線型、字體、符號以及表達方式。在BIM技術中形成一個良好的樣板，是完全能夠減少工作的重復性，加快設計速度的，并逐漸建立一套符合中國國情的設計標準，使其能夠對多數設計用戶，甚至是對有特殊需求的用戶都有相當有益的指導作用。

4.2 設計符合要求的結構構件

結構設計中的主要構件有基礎、柱、墻、梁、樓板、樓梯等。這些構件在施工中分為預制構件、現澆構件和鋼結構構件，以建筑主要設計形式為準，根據各種結構構件進行構件設計。目前現澆構件是最為常見的結構形式，在結構方案設計的選擇中，建筑師都是根據功能要求和管線走向進行布置的，以避免結構構件中多種因素相互沖突。

4.3 鋼筋混凝土結構中的平法表示

在鋼筋混凝土施工圖繪制中，通常采用平面方法進行表示，在圖紙上采取特殊的標點符號進行標注，施工技術人員通過工藝轉換形成樣圖。BIM技術可以使平面表示法的內容多環節和多角度展示，BIM模型能夠更加輕松的提取出關鍵數據和核心信息，以滿足施工時間和放樣需求。

4.4 BIM模型分析

BIM中應用最廣的兩個軟件是Revit和PKPM，Revit著重對于BIM模型建立，而PKPM是保證結構受力分析能夠和行業規范更好的接觸，這兩種軟件在數據交換過程中還存在一定漏洞，所以在數據交換中還要借助第三方軟件，使數據能夠形成通用格式。

5 結束語

BIM技術的快速發展和普及，必將引起結構設計的一次重大變革。目前由于BIM技術在應用過程中遇到了以上問題，但是這些問題會逐漸解決，推動BIM技術的廣泛應用。結構設計人員也要加強專業素質的提高，增強綜合能力，熟悉掌握BIM技術，在保證建筑結構設計質量的前提下，快速、高效的完成建筑工程設計任務，從而保證建筑結構的質量。

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