探析建筑結構設計中BIM技術的應用

陳希 陸曉望

隨著社會經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，人們的生產和生活都已經離不開現代信息技術，它已然被應用于各個不同的領域，建筑行業也不例外。在整個建筑工程的施工過程中，建筑結構的設計起著至關重要的作用，只有建筑結構設計既科學又合理，才能確保建筑工程的質量達到預期的標準，才能保證建筑的安全、穩定性能。為了進一步提高建筑結構的設計質量，將BIM技術應用到建筑結構設計中不僅可以提高建筑設計的安全性、可靠性和舒適性，并且對整個建筑工程項目來說也更加經濟，完工也更加迅速。

隨著經濟的快速發展和科技的不斷進步，BIM技術越來越完善，在工程界應用也越來越廣泛，BIM技術是一種數字化的三維建模手段，具有可視化的功能，利用數字化特點進行實際的應用。在電子模型中，該技術能夠儲存全面、完整的數據資料，將其應用在建筑工程設計中，對建筑領域的創新提供了相應的技術支持，特別是近幾年BIM技術的飛速發展，實現了多個專業、部門之間數據信息的共享，所以，在建筑行業中，設計人員、工程師、用戶均可以利用BIM技術來進行設計信息的交流，并利用其可視化模型的特點，對建筑結構進行真實的模擬和相關的分析。從而更加快捷的完成建筑工程施工任務，采用BIM技術能有效的提高建筑工程結構設計質量，為建筑施工提供安全保障。

1、BIM技術特點

建筑工程在現代不斷的發展，其規模不斷的擴大，人們對于建筑物的要求不僅僅在于功能方面，建筑物結構越來越復雜，體型也越來越多樣化，因而工程項目中涉及的信息量也越來越大。這些信息作為建筑企業重要的資源，如果能夠加以利用，不但能夠縮短工期，節省開支，還能夠保證施工質量、避免安全事故的發生。所以，信息技術開始在建筑工程中展現巨大的優勢，得到了建筑行業的一致肯定。如何才能夠科學迅速的處理建筑工程中的各類信息，控制成本并安排工期，同時在設計過程中及時的發現失誤以及不當，避免對整個工程的影響就顯得尤為重要。作為整個工程信息源頭，建筑設計具有核心地位，也是BIM技術關注的重點內容。作為建筑設計行業的革命性技術，BIM技術使得設計從二維向三維方向轉變，同時作為整個建筑行業的信息革命，BIM正展現出無與倫比的生機活力。

設計圖紙可修改功能，運用BIM技術所設計出來的建筑圖紙，其中包含的所有設計信息，都是以整體建筑模型為基礎的，如果發現問題，設計人員只需要進行針對性的修改，系統即可自行完成參數的調整和修正。這種設計圖紙的自動修改功能，大大減少了設計人員在畫圖、改圖工作中需要消耗的時間與精力，從而使其能夠集中注意力，放在建筑結構的設計重點上，完全由系統實現對參數修改前后圖紙的對比，從而選擇最佳的設計方案，保證設計效果。

BIM技術是利用數字模型進行建筑結構設計、施工、管理的一種施工方法，其主要特點有信息集成、協同設計、工作傳遞等。

1.1 信息集成

BIM技術的信息集成主要體現設計信息集成和設計過程集成，建筑信息模型是整個建筑工程唯一的信息模型，各種專業的設計信息都要在這個模型中完成，因此BIM技術具有明顯的信息集成特征，也就是因為這個特點，所有的專業設計人員都可以在這個平臺進行建筑結構設計，從而實現設計過程集成化。

1.2 協同設計

BIM技術構建了一個全新的設計平臺，能為業主、設計、施工建立良好的溝通平臺，根據需求快速的將需要的信息反映出來，BIM技術能根據不同專業的設計原則，對建筑構件之間的相互影響進行自動檢測，極大的提高了設計團隊的溝通效率。

1.3 工作傳遞

BIM技術能將各種工作數據關聯起來，當設計師修改了某項內容后，設計師不需要自己更改連接或者處理圖紙，BIM系統會自動將修改的信息反饋到受影響的構建中，同時BIM技術還能進行模擬施工，工程師不需要為了分析不同的因素，建立多個模型，極大的節省了設計時間，提高了設計效率。

2、BIM技術在建筑結構設計中的應用

2.1 BIM技術在建筑結構設計中的可視化

BIM技術是利用三維模型將真實的建筑構件展示出來，傳統的建筑結構設計中，常采用CAD技術進行施工圖紙繪制，這種方法很難將更多的建筑構建信息表示出來，運用BIM技術在設計階段，構建建筑構件三維實體模型，能直觀的觀察建筑構件，分析建筑結構的功能布局，推斷建筑體量。在大型的建筑工程結構設計中，采用BIM可視化技術，能對建筑結構進行動態演示，對建筑結構的尺寸，相符度進行考察，從而確定最優設計方案，采用BIM技術能快速的檢測出建筑結構設計中存在的漏洞，確保設計質量。

2.2 BIM技術在建筑結構參數設計的應用

在建筑結構信息模型中，整個模型和所有的設計信息都存在同一個數據庫中，所有的設計參數都是相關聯的，設計師可以在這個建筑結構信息模型中，利用參數值和參數關系構建建筑結構形體，同時對不同的參數施加一定的約束，從而保證BIM系統更新維護及時。BIM能現實高質量、安全、可靠的設計信息輸出，有助于數字化工作的開展。

2.3 BIM技術在鋼結構工程建模的應用

當前的建筑工程日益發展，工程規模也逐漸擴大，向著大跨度、大空間的趨勢發展，其中，以鋼結構的廣泛應用最為顯著。建筑結構中，鋼結構的連接件、加強件布置等非常繁雜，因此給此種結構的設計造成一定困難。但是，運用BIM技術即可解決該問題，BIM技術能夠自行對鋼結構的梁高進行精確計算，針對所有的連接件實行專門設計，實現參數化處理，并通過數據共享功能，完成對鋼結構中螺栓等連接件的數量、設置間距等的掌控，這樣，如果有構建新連接件的需要時，設計人員只需調整相應的數據即可。對于加強件的設計，則可利用BIM技術繪制大樣圖，而設計人員只需參考設計位置，即可確定加強件的設置位置，從而避免鋼結構中出現薄弱環節。

2.4 BIM在建筑設計中不同專業協調設計中的應用

BIM技術在建筑設計中的應用，通過創建數字化、唯一的模擬信息化模型，該種設計模型的數據能夠跨越不同的專業，在水暖、機電、結構、建筑等系統之間相互交換，集成化的設計模型將不同專業設計師完成的三維模型所攜帶的信息，更加方便的與其他專業團隊進行共享，保證建筑設計的所有參與方能夠在掌握建筑設計所有信息的前提下進行工作，這種方式改變了施工企業、制造商、業主、設備工程師、結構工程師、建筑設計師等各個參與方的工作協調模式，保證所有的參與方能夠使用基于相同參數的建筑模型進行協同工作，例如，在進行建筑設計的工程中，建筑設計師需要添加構件時，結構工程師將墻、柱、梁等材質結構的信息完整的輸入到BIM模型中，設備工程師根據添加構件的位置、方式以及數量等，在建筑內部進行各種設備的配置，通過測試各種設備的數據信息，當出現異常時進行調試，保證建筑的整體設計效果。通過將BIM技術應用到不同專業協調設計中，各個專業的工作人員能夠實現信息的完全共享，便于進行協同工作，保證建筑設計以及施工能夠正常、有序的進行，進一步保證建筑的質量。

3、BIM技術在結構設計中的應用難點

在現階段結構設計中，設計過程都是以設計方案為基礎，進行結構構件的分布，然后利用有限元技術軟件進行建模，分析出整體的空間受力和變形計算，最后再根據結構構件布置進行設計調整，最后使用CAD形成結構平法施工圖。整個建筑的模型信息是由設計者完成的，與其它專業之間都是通過關聯的物理模型進行結構導入，最后實現設計信息的匯總，并且根據計算的結果進行設計修改，使建筑模型能夠更好的完成動態信息和施工圖信息。建筑信息模型針對結構設計來說，都是將施工圖和結構分析相互關聯。

基于BIM技術的3D工作軟件（如：Revit）用了眾多的系統參數和模塊參變量，與2D創建視圖技術有很大的不同，BIM工具軟件還要兼顧與2D設計習慣的連貫性，所以系統參數和模塊參變量比2D工具軟件中的參數要復雜很多倍，這就使得應用中因為系統參數設置不當或參數與參數之間不匹配而導致很多意想不到的問題。

在結構設計的過程中，很多結構的建筑形式十分特殊，這就需要特殊的結構模塊對其進行控制，但是3D圖形和剖面視圖不能形成理想的施工效果，很多設計者會因此放棄BIM技術，而使用原始的2D繪圖設計方案。

結構工程師在建立BIM模型時，注重的問題主要是物理模型能否自動生成平法施工圖文檔，以及能否正確轉化為可以被結構分析軟件認可的結構分析模型。在結構設計中，安全性分析計算是首要環節和重要問題。BIM建立的是完全的數據庫式模型，從理論上來說，實現BIM物理模型與結構分析模型之間的雙向鏈接是完全可行的。

現代建筑工程中，涉及到的專業知識很多，加上現代建筑生命周期長，建設周期短，傳統的CAD技術已經不能滿足建筑工程低消耗、低污染的要求，采用BIM技術能有效的解決這些問題，BIM技術的功能雖然強大，但其上手難度比較大，因此，設計人員要不斷的提高自身的綜合能力，全面掌握BIM技術，在快速高效的完成建筑工程設計任務的同時，確保建筑結構的設計質量，從而保證建筑工程的施工質量。