芻議建筑結構設計中BIM技術的應用

蔡位明

湖南省建筑科學研究院 湖南 長沙 411101

前言

當前階段的建筑施工技術已經相對成熟。隨著科技水平的提高，一些現代化的建筑技術能夠在建筑工程的設計和施工過程中極大程度的提高建筑工程的建設效率和質量，并且這些先進技術還能取代一部分人工作業和體力勞動，有效降低人力成本。BIM技術是當前被廣泛應用在建筑結構設計環節中的一種建筑信息模型軟件，它能夠有效運用在建筑領域的各個環節當中，從設計、建模、建造過程的開展與實施，到后期的建成投入使用，全過程都能夠利用BIM軟件及其相關的技術完成資料的收集，模型的建立以及建筑過程的安排和演示等。BIM技術能夠幫助設計員在建筑建造之前的設計階段就對建筑的預期效果和建筑方式做出預估和判斷，以此全面保證建筑體系的完整性。利用BIM技術的建筑模型構建功能和信息管理功能，能夠讓施工單位更好地掌握建筑工程項目的設計方案以及設計人員的意圖所在，從而有針對性地對建筑產品的結構進行科學合理的設計和優化，全面提高設計的效率和質量。

1 BIM技術的基本概念與特征

1.1 BIM技術概述

隨著城市居民數量的增多，城市化進程的加快，人們對建筑結構和設計方面的要求也越來越高。現在的建筑工程項目不僅要滿足足夠的穩定性和安全性，還要在建設的過程中充分的站在建筑企業的角度去考慮，控制好開發建設成本，保證企業的經濟效益。在建筑工程項目的初期設計階段，設計人員需要根據建筑需求、企業工程預算和建筑預期功能作用等因素，綜合分析后制定出建筑工程的設計方案。建筑方案當中直接影響建設施工難度和施工技術的是建筑結構的設計，為了讓設計出的建筑產品具備更佳完備的性能和更加優秀的使用感受。在建筑產品的結構設計方面必須經歷十分煩瑣的大量建模和計算過程，BIM技術能夠在建筑結構設計當中充分發揮高科技信息技術的作用。它能夠建立大型的三維建筑模型模擬平臺，并通過復雜的建筑工程數據收集和管理，讓建筑產品在生產過程之前進行最科學有效的結構設計。除了在設計階段能夠充分發揮作用外，BIM技術的生命周期可以延長至整個建筑產品的建設和使用過程當中。在后期的建設施工等環節都能夠運用到BIM技術及其相關的軟件產品，全面的提高建筑效率，縮短工期，并且顯著的為建筑企業減少建設的投入成本，創造更大的企業效益。此外，BIM技術能夠更好地幫助企業進行建筑數據和建筑環節的信息化管理。

1.2 BIM技術的特征

BIM技術具有極高的信息集成度。BIM技術可以將建筑所需要的相關數據和信息進行有機的統計和整合，并根據具體的項目實施方案而進行二次規劃和階段性梳理。根據原有的數據資料顯示，BIM技術是當前在建筑建設領域和構建建筑體系中能夠提供最完整信息構建系統的一種技術。專業資料和數據的豐富程度將直接決定BIM技術能夠在建筑模型構建上的準確度和細節豐富程度。

BIM技術是一種協同設計技術。為了滿足建筑使用者和業主的需求，在建筑的結構設計階段需要根據有價值的信息來進行建筑構件和建筑模型的理論性分析。這一過程不僅需要BIM技術，還要依靠一些現有的相關領域的專業規則和理論知識基礎，還需要設計團隊之間加強溝通協作，共同為技術使用中存在的不足和缺陷進行補充，共同促進建筑結構設計的優質化。可以說，BIM技術對設計團隊間的工作協調性有著較高要求。BIM技術能夠實現工作的傳遞。利用建筑信息構建系統能夠將建筑工程所需要的工作數據以信息化的形式在系統之間進行傳遞。在這一過程中，不需要傳統工作傳遞過程中的圖紙、表格的任務交接等復雜的形式，在BIM技術構建的平臺上直接可以進行傳遞，這樣不僅能夠節省工程師的設計時間，也為建筑結構設計提供了更好的信息獲取渠道，多個設計師可以共享同一個建筑模型[1]。

2 建筑結構設計中BIM技術應用存在的問題

2.1 使用成本高，投入成本大

應用BIM技術需要強大的資金進行支持，不僅需要建筑企業投入大量的資金，對相關操作人員的專業技能與個人素養也提出了更高要求，因此，對相關人員進行培訓仍需要花費大量的資金。同時，還需要購置必需的機械設備，還需對使用的信息技術與相關軟件進行更新，這些都需要大量的資金支持。

BIM技術計價項目主要包括交通工程、地下綜合管廊工程以及建筑施工等，建設單位以BIM技術為應用核心，根據工程項目的復雜程度以及應用范圍，計取BIM技術應用的費用，計入工程建設成本。根據我國相關部門調查分析可以知道每年使用BIM技術的費用呈現上升趨勢，與不使用BIM技術相比較，建設單位使用BIM技術所獲得的經濟效益會增加很多，從側面說明BIM技術給企業創造更多的利益。但其投入成本客觀而言也非常大。每年對相關人員進行培訓需要花費大量的資金，同時還需要購置必需的機械設備，還需對使用的信息技術與相關軟件進行更新。這些都是使用BIM技術所帶來的成本。據調查顯示，使用BIM技術的成本約占整個建筑資金的50%，所以需要大量的資金才可保證BIM技術的有效應用。

2.2 缺乏完善的標準體系

現階段，在我國的建筑結構設計中對BIM技術進行應用尚處在初期階段。BIM技術是近年來隨著科技的不斷發展而涌現出來的一項新型技術，該項技術囊括了動態的數據庫信息。通過科學合理地控制與調整建筑結構，其實際上就是通過對計算機進行利用來為建筑結構設計進行輔助的技術，與建筑工程信息數據相結合來建立的一個信息化、系統化的數據模型。

由于我國建筑行業應用BIM技術與發達國家相比起步較晚，還處于摸索期，對BIM技術的理論研究還是實踐研究都還不夠成熟，我國對BIM技術的使用還沒有建立全面的標準體系，設計規范要求還不夠成熟。BIM技術需要對各專業間進行協調處理，將各種信息有效傳遞，在建筑行業中的實踐應用仍需要一定的時間，我國需要在實踐應用中逐漸完善相關規范體系與要求，為保證BIM技術更好地發揮其優勢提供制度支撐[2]。

3 BIM技術在建筑結構設計中的應用

3.1 建筑結構設計可視化

利用BIM技術能夠在計算機繪圖功能的基礎上，將傳統建筑設計圖紙的平面結構圖轉化為立體的三維模型，能夠更加直觀地展示建筑結構設計的細節內容。為客戶和施工人員提供更加直觀的建筑結構設計方案和內容的展示，BIM技術的三維實體模型是CAD等傳統平面繪圖軟件所難以實現的。它能對建筑各部分細節的構建信息和整體的功能布局規劃給出更加直觀的展示。

3.2 建筑結構參數設計

利用BIM技術能方便地在相應的軟件和計算機內對已經完成建模的建筑結構模型進行實時的參數修改和調整。不同于傳統圖紙上改動一個參數，就需要全局重新計算的方式，設計人員可以在BIM系統提供的數據庫當中，通過相關聯的函數來自動計算多個關聯參數的變化情況，從而構建一個新的建筑結構設計方案。這種便利的操作和設計方式不再需要依靠設計圖紙和反復的演算，通過參數的實時更新就能快速得出建筑的三維結構模型。

3.3 鋼結構建模

在傳統的建筑結構設計當中經常會遇到一些具有較大跨度建筑主要構件的設計內容。這些建筑的主要構建模式往往是以鋼結構為主，其中包含的大量零部件都需要對它們之間彼此的銜接和裝配關系進行建模和分析。對鋼結構的設計和規劃不僅是簡單的機構關聯問題，還需要考慮到梁柱間銜接的應力參數等方面的因素。為了全面的保證各零部件之間的參數化，可以利用BIM系統進行高效的參數管理和統計，設計人員只需要根據系統中輸入的相關參數進行連接的模擬和試驗，就能夠畫出滿足建筑設計標準，且最接近理想情況的鋼結構模型[3]。

4 結束語

綜上所述，現階段，在我國建筑結構設計中對BIM技術的應用尚處在初期的階段，其在日后的發展過程中還有極大的發展與提升的空間。所以，在建筑領域中，有關設計人員在對BIM技術進行應用期間，必須要深入地認識與了解BIM技術，防止因應用不當而造成建筑工程成本及工期的提升與延長。倘若我國的BIM技術與建筑工程項目難以真正的結合在一起，相關單位就需要組織相關的培訓，是建筑工程結構設計人員能夠對BIM技術進行系統化的學習，從而使其能夠更好地應用在建筑工程結構設計中，促進建筑領域的持續健康發展。