BIM技術在建筑結構設計中的應用分析

魯勇兵　李鋼

【摘要】：我國建筑行業市場龐大，BIM技術的應用帶來了新的理念和發展前景，已經成為了世界發展的主流方向。目前，我國的BIM技術發展還處于一個初級階段，本文對BIM技術在建筑結構設計中的具體應用進行了分析探討。

【關鍵詞】：BIM技術；建筑結構設計；應用

0引言

隨著國家政策的扶持及對BIM技術研究的深入，國內已有不少單位開始將BIM技術不同程度地應用到了設計過程中，并完成了不少成功的實踐項目。

一、BIM技術在建筑結構設計中的應用

1.1場地分析

場地通常是建筑設計首要考慮的因素之一，對于場地指標的分析和評定，在設計前期往往起著決定性的作用。然而在傳統的場地分析中存在著諸多弊端，譬如人為的主觀因素、數據整合處理中不可避免的誤差等等。但通過BIM技術的介入，大大提高了場地分析的精確度和完整性，通過BIM技術與地理信息系統（GeographicInformationSystem，簡稱GIS）的結合，可以對場地內既有數據和建筑物的信息進行整合處理，通過BIM技術模擬成型，可以更加準確和迅速提供設計前期的依據，幫助設計師設計出最為理想的建筑形體和場地規劃等等。

1.2建筑方案輔助設計

BIM技術的設計對象不再僅限于點、線、面這些簡單的2D對象，而是以墻體、門窗等建筑構件作為基本元素進行設計活動，并且各個建筑構件之間均存在關聯，自此帶來了一種新的設計方式—參數化設計。與傳統的設計模式相對比，BIM技術的運用可以讓建筑設計更加的多元化，形體的邏輯性也得到了加強。通過參數的改變，建筑的形態相應的也進行參數化改變，可以列舉出不同的方案進行性能分析對比，從而選擇最優方案進行下一步的深化設計，一些復雜、重復的工作都交予程序來解決，大大節省了設計師的時間與精力，從而把更多的力量放在選擇和深化方案上面，提高設計效率和質量。

1.3建筑性能分析

BIM技術通過構建的建筑信息模型，輸出不同的數據格式，再根據應用的方向不同，選擇合適的數據格式，配合專業的分析軟件，可以有效解決傳統綠色建筑分析中數據不一致的問題，提高建模效率。最后綜合各項分析結果反復調整模型，尋找平衡點，提高建筑整體性能。

1.4可視化設計

在傳統的建筑設計中，準備把握建筑的三維造型有一定的困難，尤其是對于較為復雜的建筑形體來說。應用BIM技術以后，在整個設計過程中，實時掌握建筑模型的設計進度，對設計不足的地方進行及時的修改，大大避免了各專業圖紙之間不協調現象的發生。

1.5協同工作

BIM技術構建了一個以BIM模型為核心的協同工作平臺，使不同專業、不同地區的設計人員都能在同一個建筑模型上面展開設計。各專業人士可以利用這個平臺實時檢查建筑、結構、管線、設備各專業圖紙的沖突并及時修改，在建設過程中各個參與方可以利用這個平臺進行協調和溝通，保證了建筑施工中人員、材料、設備等能及時到位，保證工程高效、順利的進行，并節省了由于反復修改帶來的經濟損失。

二、參數化設計

很多現代建筑都面臨一個對建筑幾何進行理性描述的難題，和傳統的方盒形建筑相比，創新型建筑的形體往往非常復雜，涉及很多自由曲面等的變化，傳統的設計工作流程已經很難高效準確的完成設計。現在可以借助BIM技術的數字化設計平臺，對這些復雜的幾何變化進行理性的分析和設定，包括從幾何學的角度上面對異形建筑的平面和三維空間生成進行準確的定義和呈現。對于無論是平面還是立體的幾何體生成過程的描述都可以被稱為生成算法。而算法則是參數化設計的核心，其最終目標是以最快的速度和最少的步驟生成海量的包括建筑幾何在內的各種數據。實現上述目標的手段則是根據設定的算法在參數化軟件中建立關聯性模型，通過參數的輸入和調節，計算機自動完成復雜的運輸，并實時輸出設計成果。

三、BIM技術在武漢光谷國際網球中心方案設計中的應用

3.1項目概況

武漢光谷國際網球中心項目建設地址位于東湖國家自主創新示范區，三環線武黃立交東側，省奧體中心西側。該場館將于2014年開始承辦國際女子職業網球聯賽（WTA）的各項賽事，時限15年。該項目旨在以可持續發展為原則，建立綠色、低碳的城市共享平臺，打造生態低碳綠色網球館，體現武漢“敢為人先，追求卓越”的城市文化。

3.2BIM技術在項目方案設計中的應用

3.2.1場地設計

該項目方案前期利用Civil3d從GoogleEarth中導出地形，再利用其強大的地形處理功能對實際地形三維設計以及仿真處理，對場地高程進行模擬分析。這樣對于場地周圍的狀況有著更加直觀的了解，也更利于之后建筑布局、體塊的推敲。在方案設計論證階段充分利用AIM三維集合管理、實時虛擬城市的能力，再將建筑信息模型與其鏈接，對項目的規劃布局決策提供數據及快速可視化的支持。

3.2.2參數化設計

該項目運用非線性設計方法根據設計概念通過設計特定的算法程序將各種設計條件綜合起來生成一個可控的三維計算模型，然后將所限制條件抽象成參數，通過調整參數化模型，動態查看參數的編號，同時通過參數控制，追蹤形態與各個條件之間的關系，最終選定最優化的設計結果。例如：網球外墻有幾十根傾斜旋轉的立柱形成“旋風”的造型，內層的遮陽百葉，隨著外墻傾斜的角度呈現不同的傾斜方向，在設計中，通過參數控制網格密度，在選定的網格密度的基礎上，按照網格來創建主桿件，在通過參數在確定的主網格中進行剝離分割與次桿件的劃分等，完成了外殼模型并重新載入Revit中的建筑信息模型中進行深化設計。

3.2.3協同設計

在該項目中，通過鏈接各個專業的模型文件在公共的平臺上面進行整合，首先將整體模型分成了幾個組成部分，分給不同專業的設計人員來建模，再將模型通過鏈接的方式進行整合。該項目模型分別是由給排水模型、暖通模型、幕墻系統模型、墻門窗模型、場地模型以及結構模型構成。隨著建筑行業的發展，跨學科的合作成為主要發展趨勢，在二維設計模式中缺乏一個整合各個專業設計的技術平臺，但BIM技術就提供了一個良好的協同設計的平臺，通過各個專業設計師進行分別設計，產生各部分的模型文件，通過鏈接將其整合到一塊，使得設計流程更加精確和可視化，大大提高了個專業的工作效率，不僅如此，BIM技術還可以與施工方、業主、材料制造商提供協同設計，使得他們都可以基于同一個建筑信息模型系統協同工作，更加有利于后期的建筑管理和成本控制。

四、結束語

BIM的概念及相關技術已經引入中國近十年，然而在BIM技術的應用上面仍然存在較大的誤解，認為BIM技術在施工圖設計階段有著強大的優勢，而不適用于前期方案構思。其實不然，BIM技術是通過一種相互關系的角度來設計建筑，在BIM技術的平臺下，建筑的場地、形態、空間、構造均集合在一個三維模型當中，通過設計師的推敲和各個專業的協同，來得到最優的設計方案。通過在設計階段中的項目實踐，其高度關聯的信息、參數化設計質量的提高以及對建筑性能優化的優勢將慢慢凸顯，隨著BIM技術研究的深入，BIM技術的應用領域會更廣，將開發出更高層次的應用，進而產生新一輪的建筑變革。

參考文獻：

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