建筑結構設計中的BIM技術的應用實踐分析與研究

孟凡濤

濟寧市建筑設計研究院，山東濟寧 272001

隨著經濟的發展，工程項目的規模愈加龐大、工藝愈加復雜，一旦設計方案修改，即使很小的變動都會產生連鎖反應，設計人員的壓力陡增，大量的圖紙需要重新繪制，而土建、設備等專業之間是存在約束條件的，極易導致數據信息的錯誤、遺漏、矛盾（建筑行業中常提為“錯、漏、碰、缺”）。人力、物力與時間成本的損失不可避免[1]。美國人 Charles Eastman在1975年提出了BIM概念，當時僅僅是提出了構建虛擬系統模型，并以此自動生成剖視圖和平面圖，通過在系統模型中增加材料等相關數據進行系統模擬分析。在實踐中，人們發現設計中采用這種方法實用性很強，虛擬數據模型也可以為建筑各種相關分析提供幫助，BIM被不斷賦予了更多技術方法[2]。BIM技術是一項以數據為依托，充分融合現代化信息技術與建筑結構設計專業知識的綜合性技術，借助三維仿真模擬實現對真實建筑的定量、精確刻畫與展示，為建筑結構設計人員提供直觀、便捷、可操作的建筑結構設計三維虛擬場景與環境，極大地簡化了建筑結構設計與修改的工序與工作量，提高建筑結構設計的穩定性與可靠性[3]。

1 BIM技術及其應用特征

BIM技術以信息化手段與技術為支撐，首先將建筑設計相關參數與數據存儲到數據庫中實現建筑數據的信息化存儲、關聯與共享，再以建筑構件作為基本組件，基于數據庫中的建筑相關參數實現基本組件的立體組合，在建筑信息以及BIM建模技術的支撐下實現建筑三維仿真建模與可視化表達，改變了傳統建筑軟件以二維成圖為主，以三維建模為輔、三維僅僅用于展示與可視化的應用現狀，其以逼真的立體建筑構件，如柱子、臺階、梁、樓板等作為基本單元，而非傳統二維建筑軟件中的點、線、面或者傳統三維建筑軟件中的規則性圓柱、圓錐、立方體等，這種建模理念的突破極大地簡化了建筑設計人員的工序，豐富了建筑設計人員的設計想象力，通過以逼近實物的三維建模場景為設計工作者營造出近乎真實、極富質感的設計環境，設計人員可以基于自身的專業知識與對BIM軟件操作的熟練程度，充分發揮其主觀能動性，在BIM技術的支撐下實現“所畫即所得、所觀即真實”的建筑設計[4]。

2 BIM技術在建筑結構設計中的主要功能

2.1 集成化、組件式功能

BIM技術區別于傳統的建筑軟件，其最大的不同在于三維組件式建模，通過以逼近真實地物的基本單元作為基礎性建筑構件，可以實現立體建筑構件的拼接、疊放、鑲嵌等直觀可視化操作，使不同類型的建筑構件形成高度的集成與融合，準確刻畫與表達出真實建筑構件之間的空間關系與組合關系[5]。建筑結構設計人員通過對基本構件單元進行排列、組合，可以較為簡易且便捷地搭建建筑的整體結構。在進行建筑結構自動化檢測后，設計人員可對檢測結果中存在的不合理立體構件設計與建筑相關參數進行科學調整與修改，降低建筑設計不合理帶來的建筑工程風險性與住宅用戶的舒適度。

2.2 數據關聯、可編輯

BIM技術的核心理念與核心內容是數據的關聯性，通過將數據庫中的建筑數據與建筑結構三維立體模型組件進行關聯與對應，可以便捷的將建筑結構設計人員所設計的建筑架構、基本單元構件以及其之間的空間關聯關系等均存儲于數據庫中，當設計人員更改或調整現有設計方案時，三維立體模型可以以可視化表達的形式直觀地向設計人員實時展示調整效果，相應的，后臺建筑信息數據庫中的參數、結構、關聯關系等也會自適應的發生更新，保持三維立體模型與數據庫中數據的關聯性與一致性，充分保證建筑結構設計工作的有效性與高效性[6]。

2.3 信息高度共享機制

信息高度共享機制是BIM技術中的顯著優勢，以現代信息技術為依托的BIM技術，可以通過數據庫服務器實現建筑結構數據的高效存儲與訪問權限管理，不同的作業人員可以根據其訪問權限共享并獲得相應的建筑結構數據，例如，對于建筑結構設計人員而言，通過對同一建筑結構數據庫進行操作，可以極大地調動設計團隊的力量共同完善建筑結構設計作品[7]。

3 建筑結構設計中BIM技術的應用分析

3.1 結構化建模與可視化

基于BIM技術的建筑結構設計通過構建結構信息數據庫實現立體構件與屬性數據庫的關聯，設計人員可以在結構數據庫的支撐下構建建筑結構的形體，以大跨度建筑物中的常見的鋼結構為例，設計人員在設計鋼結構時會涉及到梁、柱、鉸等基本構件單元，并將這些單元進行參數化與有效地組合連接，實現不同構件的有機集成，在整個設計過程中，設計人員可以基于BIM技術構建建筑三維實體模型，并直觀觀察建筑構件，分析建筑結構的功能布局，以對建筑結構的形態、尺寸等形成清晰的認識與把握。

3.2 優化建筑結構質量

建筑結構的質量關系到建筑工程施工的質量以及工程竣工后住戶居住的安全性與舒適度，因此，對設計的建筑結構進行可行性、合理性檢測具有重要的工程意義。傳統的基于CAD等建筑軟件設計的二維平面建筑結構設計圖缺乏立體性，單單從二維平面圖、側視圖、俯視圖等方面設計人員無法直觀地判斷出建筑結構中個體與個體、個體與整體的碰撞性，極易忽略模型的碰撞問題，導致在后期建筑工程施工過程需要進行設計變更，影響工程施工進度，更有甚至會威脅到建筑工程的施工質量。BIM技術為建筑結構設計方案提供了直觀立體的可視化呈現效果，設計人員可以對三維立體設計進行全方位瀏覽，消除建筑結構設計中的碰撞問題，同時，BIM技術中的自動化檢測工具可以通過預先設置的規則自動檢測建筑結構之間的不合理、不合規問題，設計人員可以以此為參考對設計方案加以調整優化。

3.3 協同設計過程

傳統的建筑結構設計大多基于建筑軟件進行單獨設計作業，然后在由團隊進行協商與分析，再由負責的設計師單獨對設計方案中的不足進行調整與修改，這樣的設計模式無法發揮設計團隊的力量與協同工作能力，難以保證設計方案的科學性。基于BIS技術的建筑結構設計保證了建筑結構設計團隊能夠高度參與到同一設計項目中，通過建筑結構三維模型的展示與動態演示，設計團隊中的所有人員均能夠根據建筑結構模型進行設計任務的分配，設計師可以就其所給定的設計任務進行立體構件的新增、刪除、修改以及內部設備的配置，最后再通過集成化手段將不同設計師所設計的內容進行有效匯總與整合，保障設計工作的正常有序開展，極大地提高建筑結構設計的工作效率。

3.4 簡化設計交底

設計交底是設計結束階段與施工準備階段的過渡環節，在這一環節，建筑設計單位需要將建筑結構設計等詳細設計資料提交給建筑工程的施工單位，施工單位需要領取相應的施工圖紙，同時要負責對圖紙和資料進行完整性檢查，保證所拿到的資料是齊全的。同時施工單位需要組織專門的人員對設計圖紙內容進行學習，在工程類圖紙設計交底階段，所有參與設計圖紙的單位需要協同剖析并處理專業圖紙之間的矛盾與不解之處，針對存在矛盾的地方可以充分利用本次機會加強溝通，針對標注有遺漏的地方需要落實到具體的單位予以補充修繕，如果圖紙中的內容有矛盾和錯誤，需要及時提出并洽談修改。現有的設計交底過程與工序相對繁雜，不利于建筑工程的進一步開展。BIM技術為建筑結構設計方案的共享、協同、調整提供了非常便捷的平臺，設計交底階段不同的單位，如施工單位、設計單位、工程負責單位等可以借助BIM技術的共享性對建筑結構設計三維立體方案進行直觀瀏覽，針對存在疑惑的部分多方可進行在線實時調整，以提高建筑結構設計的合理性，同時極大地簡化了設計交底的流程。

4 結語

在建筑結構設計中，BIM技術所具有的集成化、可編輯、高度共享功能與機制可以有效提高建筑結構設計工作者的工作效率與工作質量，其極具鮮明的核心優勢使得其在一眾建筑軟件中脫穎而出，成為未來建筑結構設計的主流產品與主流技術。

[1] 盧平，田鄒. 關于建筑結構設計中BIM技術的應用分析[J]. 科技與創新，2017（20）：147-148.

[2] 高明星. BIM技術在高層建筑結構設計中的應用分析[J]. 門窗，2017（10）：136.

[3] 李君永. 建筑結構設計中BIM技術的應用實踐分析與研究[J/OL]. 中國住宅設施，2017（1）：19-20.

[4] 賈智立. BIM技術在建筑結構設計中的應用及注意事項分析[J]. 科技展望，2017，27（16）：31.

[5] 黃卓夫. 新時期建筑結構設計中BIM技術應用分析[J]. 低碳世界，2016（32）：172-173.

[6] 泮歡良，韓振國. BIM技術在建筑結構設計中的應用分析[J].江西建材，2016（11）：32.

[7] 張利偉. 基于BIM技術的建筑工程結構設計中的應用分析[J].山東工業技術，2015（16）：82.