BIM技術在結構設計應用中的問題研究

楊 金 輝

(河南理工大學，河南 焦作 454150)

BIM技術在結構設計應用中的問題研究

楊 金 輝

(河南理工大學，河南 焦作 454150)

BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling),BIM技術作為繼計算機輔助設計(CAD)又一次技術變革，極大地提高了建筑行業設計的效率。然而，現階段BIM技術與結構設計的工作仍未得到有效的集成。通過對BIM技術的定義，特點的闡述，指出了BIM技術在結構應用中存在的不足，并對今后的研究給出了建議。

BIM(建筑信息模型)，結構設計，應用

0 引言

隨著國民生活水平的逐漸提高，各種廣泛的社會活動及豐富的生活需求對建筑的多功能性、大容量性及靈活性提出了更高的要求，另外新技術、新材料的不斷出現及應用，也為建筑行業的迅猛發展提供了基礎及保障。傳統的二維CAD設計無法滿足現在社會的精細化生產需求，這時，建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)應運而生。BIM技術作為當前建筑設計新技術，掀起了從二維設計向三維設計的浪潮，給我國的建筑行業帶來了革命性的新契機及新突破。

1 BIM定義

BIM技術最初是由美國喬治亞技術學院的查理伊斯曼(Chuck Eastman)博士提出的，但目前建筑信息模型沒有統一的權威性的定義，不少機構和學者，尤其是應用成熟的歐美地區都對BIM進行描述。

美國NBIMS(National Building Information Modeling Standard)定義BIM為“BIM, is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility that has shared knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle[1]”。該定義主要強調了BIM是對一個工程項目的物理信息和功能特性的數字表示，它為一個項目的各參與方提供信息資源共享，為其生命周期中的決策提供可靠的依據。

英國BIM標準定義為“Data beyond graphics. The creation and use of coordinated, internally consistent, computable information about a building project in design and construction[2]”。該定義表達了BIM技術包含了圖形以外的數據。在設計和施工中創建和使用協調的、內部一致的、可計算的關于建筑項目的信息。

2 BIM技術的特點及軟件選擇

2.1BIM技術的特點

從上述的定義中可以看出BIM技術是信息化和數字化在建筑工程上的應用，并且BIM技術包含的信息在項目的各個階段進行傳遞，大大提高了建筑工程的設計質量和效率，降低了工程風險。與傳統的二維CAD設計相比，在策劃，規劃，設計，施工，運營階段，BIM具有信息化，可視化，協同性，模擬性，優化性和可出圖性等方面的優點。

1)信息化：模型中創建了大量的數字化設計信息，從而為項目施工的各個階段，各參與方提供與建設相關的信息，包括幾何信息，物理信息，功能信息，價格信息等。

2)可視化：通過BIM軟件建立的模型，可以直觀的反映建筑外觀，結構構件和管線綜合系統，使各專業的交流更加方便快捷，實現“所見即所得”的效果。

3)協同化：基于BIM協同平臺，多專業以三維方式進行設計，這與傳統的二維設計相比，更加及時，全面，直觀的發現隱藏的問題，有利于問題的快速解決。

4)模擬性：基于BIM軟件建立的模型，導入到施工管理的軟件中，能夠模擬施工過程，和進度計劃相結合，可實現BIM4D建造模型，最終實現建設全過程的BIM建造模擬。

5)優化性：基于BIM軟件建立的模型，導入到環境分析的軟件中，可以對日照，采光，通風等方面進行綠色性能分析，提出對項目優化的建議，以人為本，實現綠色和可持續發展設計。

6)可出圖性：通過建立的BIM模型，除了能夠輸入平、立、剖面圖之外，還能出節點詳圖和碰撞報告，以及工程量清單。

2.2BIM建模技術軟件選擇

BIM不是一個軟件的事，也不是一類軟件的事，這樣一來，要充分發揮BIM技術給一個項目帶來的經濟效益，要涉及到十幾種BIM軟件。而BIM軟件根據功能不同可以分為：方案設計軟件，核心建模軟件，施工模擬軟件，運營管理軟件等。這里重點介紹核心建模軟件。

在BIM建模軟件選擇上，總結國內大量實際工程BIM應用情況，可初步得出以下參考結論[3]：

1)民用建筑可選用Autodesk Revit；

2)工廠設計和基礎設施可選用Bentley；

3)單專業可選擇ArchiCAD, Bentley, Revit；

4)異形建筑或預算充裕可選擇Digital Project。

該項目屬于民用建筑且在后期需要與其他軟件實現互用鏈接，故選用Autodesk Revit作為初期主要建模軟件。

Revit軟件涵蓋建筑，結構，機電三大專業體系，支持多專業協同設計，具有強大的建模功能和可視化表現功能，較好的用戶交互界面與兼容性，通過族樣板文件進行構建庫的創建，同時提供了開放的二次開發接口，國內的多個知名軟件如鴻業，天正，探索者等都在Revit平臺上進行了二次開發[4]。

3 BIM技術在結構設計應用中的問題

就目前BIM在項目實踐中的發展應用來看，結構設計階段的應用程度遠不及建筑設計，機電暖通設計階段，主要存在以下幾個方面的問題：

1)設計規范問題；

2)數據轉換問題；

3)軟件方面的問題；

4)協同流程方面的問題。

3.1設計規范問題

2002年，BIM理念和技術引入國內。在這十五年的起步階段中，國內缺少一套設計，交付標準規范，每個企業制定了自己的企業標準，導致在工程信息交流困難。2012年12月2日，住房城鄉建設部發布了國家標準GB/T 51212—2016建筑信息模型應用統一標準,該標準自2017年7月1日起實施，標準由我部標準定額研究所組織中國建筑工業出版社出版發行。由此BIM技術在國內缺少設計規范的問題得到解決[5]。

3.2數據轉換問題

對于結構設計專業，我國采用PKPM，廣廈和盈建科軟件，這些軟件可以建立三維的結構設計計算模型，并包含結構計算信息。通過廣廈，盈建科的轉換接口，可以完成與Revit模型的轉換，然而僅限于幾何數據。國內施工圖普遍采用“平法標注法”，這是我國獨有的標注方法，國外的BIM軟件無法滿足施工圖要求，需要本地化。

3.3軟件方面的問題

BIM軟件對電腦配置要求高，設計企業及高校需要增加相當數量的硬件投入。設計院中BIM設計人才不足，需要對設計人員進行專門的培訓學習。本地化構件未能滿足設計需要，有些構件和表達需要另外建族，影響了設計效率。

3.4協同設計方面的問題

BIM設計最大的特點是各專業設計人員能夠在基于BIM平臺上協同設計，及時，準確的發現問題，解決問題。傳統的設計，設計人員習慣了完成自己的設計，把沖突放到最后。這導致剛接觸BIM技術的設計人員對BIM設計工作產生疑慮，這會影響BIM技術在結構設計的推廣應用。

4 結語

1)BIM技術在國內還處于起步階段，還需要社會各個部門的共同努力，推進BIM技術的大力發展。政府有關部門鼓勵企業將BIM技術應用于實際工程中，鼓勵高校開設BIM軟件課程，培養技術人才。結構專業中的鋼筋是最重要的元素，Revit軟件中難以完整的表達鋼筋實體，這使結構專業的設計人員的工作效率并沒有從Revit軟件中得到明顯的提高，需通過研究和開發打通技術降低技術門檻。企業在使用Revit建立模型及施工圖出圖方面，Revit自帶的結構樣板文件及加載的族文件難以滿足設計要求，從而導致工作效率低下。企業需要創建適應使用需要的試圖樣板，創建和構建信息相關聯的注釋族，解決施工圖的線型問題。

2)國內軟件商應該在基于Revit平臺上進行二次開發，尤其是結構專業，實現結構計算軟件和Revit軟件之間的無損轉換，讓BIM軟件更加本土化。從而加快結構專業從傳統CAD向BIM的轉型，推動結構BIM及建筑業的BIM發展。

[1] NIBS[DB/OL]. National BIM Standard Project Committee,2006.

[2] AEC(UK) BIM Standard for Autodesk Revit[DB/OL]. The BIM committee,2010.

[3] 何關培.BIM和BIM相關軟件[J].土木建筑工程信息技術,2010,12(4):110-117.

[4] 焦 柯,楊遠豐.BIM結構設計方法與應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2016:9-10.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.住房城鄉建設部關于發布國家標準《建筑信息模型應用統一標準》的公告[EB/OL].http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201703/t20170322_231182.html,2016.

ResearchontheapplicationofBIMtechnologyinstructuraldesign

YangJinhui

(HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454150,China)

BIM(Building Information Modeling), BIM technology as a Computer Aided Design(CAD) another technological change, greatly improving the efficiency of the construction industry design. However, the work of BIM technology and structure design has not been effectively integrated at the present stage. Through the definition and characteristics of BIM technology, this paper points out the shortcomings of BIM technology in the application of structure, and gives some suggestions for future research.

BIM, structural design, application

TU318

A

1009-6825(2017)27-0043-02

2017-07-17

楊金輝(1992- )，女，在讀碩士