建筑結構設計中BIM技術的應用

張磊

（淄博市建筑設計研究院）

BIM技術在近期已被廣泛應用于中國的建筑工程設計、施工和運營等領域。BIM技術可以在應用中實現不同的專業和部門之間的數據共享，因此在建筑結構設計中可以實現工程師、建筑師、設計師和用戶共享和使用相同的數字設計信息，促進溝通。基于BIM技術而形成的視覺數字模型可以有效幫助用戶對建筑結構進行模擬和分析，使施工單位可以加深對設計師設計理念和施工目標的理解，也有助于提高建筑產品的整體質量和生產效率設計。

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。

2 建筑工程結構設計BIM技術主要優勢

2.1 三維可視化

將三維實體模型作為設計的基礎，對不同構件間保持的空間關系進行形象表達，為工程建設參與各方的技術交流創造便利。對規模較大的復雜結構而言，單純依靠平面圖和立面圖一般難以找出自身專業和在與其它專業進行協作配合時潛在的問題。但通過對這項技術的應用，能對設備與結構兩大模型開展動態演示，檢查確認所有構件之間的空間關系能否達到要求，同時完成碰撞檢查，最終確定最佳方案。

2.2 實體配筋

通過對BIM技術的實體配筋應用，能對部分復雜節點的鋼筋布置實施模擬，通過模擬能提前找出并解決問題。此外，結合施工方面的要求，根據實體模型，還能為其它的工程量計算等工作提供參考，確保鋼筋下料一次性準確完成。

2.3 參數化、協同設計

對模型而言，其參數化主要表現為兩個方面：①構件定義實現參數化；②圖元間保持的約束關系實現參數化。通過對這種關系的合理應用，能在保證可編輯性的同時提高建模工作效率。過去的二維圖元組成要素，沒有實際的物理意義，一處修改后不能達到處處更新的目的，而BIM給出的所有視圖都將數據庫模型作為基礎，所以它能在一處修改以后達到處處更新的目的，從而大幅減少或直接避免人為失誤。

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 建筑結構建模、分析應用

鋼結構是建筑工程項目施工中需要應用到的一種常見施工材料，在建筑結構設計中占據一定比例。在建筑結構設計應用方面，設計人員可利用BIM技術進行鋼結構建模，對鋼結構加強件或者連接等可能存在的問題進行探討。比如在進行加強件問題研究時，設計人員首先需要了解建筑結構制作流程，對加強件在工程項目施工中的應用、作用等進行了解，然后利用BIM技術控制加強件。在鋼結構連接問題研究方面，設計人員首先需要對鋼結構連接方式、連接主體與相關參數等進行了解。在實際鋼結構連接難點問題解決方面，設計人員可通過螺栓間距、螺栓數量、連接形式等進行連接控制。在建筑結構分析過程中，建筑企業往往需要投入很多的人力與資金，且分析過程相對較長，分析結果可能會存在較大的誤差問題。在建筑結構分析方面，BIM技術能夠提高工作效率，降低建筑企業人力資源與資金成本。設計人員可以利用BIM技術對工程項目建筑結構功能、設計缺陷或者設計優化等進行分析，實現建筑結構設計方案的優化調整，提高工程項目設計質量。

3.5 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。

4 結束語

綜上所述，建筑結構設計是建筑工程開展的首要環節，建筑結構設計的科學性與合理性與工程建設質量以及工程建設效率息息相關，更是體現建筑工程人文關懷與人文理念，提高居民居住舒適度與滿意度的關鍵性因素。BIM技術在提高建筑結構設計質量與工作效率方面具有獨特的優勢。

[1]黃志彬.BIM技術在建筑結構設計中的應用探討[J].建筑技術開發，2018，45（08）：12～13.