BIM技術在建筑結構設計中的應用

周勝利

摘 要：隨著我國社會主義市場經濟的發展，建筑業發揮著越來越重要的作用。近年來，我國的科學技術在不斷的創新與完善，建筑領域的新技術和新的施工工藝層出不窮，BIM技術能夠提高建筑結構設計的合理性和穩定性，因此得到廣泛的關注和使用。

關鍵詞：建筑結構；設計；BIM技術；應用

建筑信息模型（BIM）是一種以建筑工程項目的各項相關數據信息作為基礎，建立起三維模型，具有信息完整性、信息一致性、可視化、協調性、模擬性等特點。在三維模型中，該技術能夠完整的存儲項目的各種信息資料，將其應用于建筑設計過程中，對建筑設計領域具有極大地推動作用。近幾年，政府的大力扶持，企業的高度重視，都推動了BIM技術的高速發展，從而實現了不同專業，不同部門信息集成與共享的有效組合。設計人員、施工單位、業主均可以利用BIM技術進行設計信息的交流，對建筑設計的可實施性、工期預測、外形設計等都可以作相關的分析。

1 BIM技術的簡要概述

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。基于此，針對整個建設施工過程的全面信息管理便成為了當代建筑企業不可或缺的內容。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位方向轉變，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。

2 BIM技術的特點分析

2.1 可視化

傳統的建筑設計只能通過紙張或者計算機2D/3D軟件完成，其主要作用是為后期施工提供相應的規格尺寸及效果展示，但還需要借助人們的空間想象才能將整個建筑在自己的腦海中呈現。BIM技術的出現為建筑模型的直觀展現提供了平臺，設計人員的設計理念能夠直接在建筑模型中展示出來，有助于建筑企業內部的人員交流，并對相關的設計進行討論，做出最佳決策。

2.2 協調性

協調工作首先反映在設計部門內部的專業人員的組織和協調，并在內部形成有效的標準文件，以推動建設項目的進程。BIM技術也可以在建筑布局和空間協調效果中設置，例如樓梯井計劃、防火區布置、管道布置、線路布置等輔助布置等，把握好BIM技術的協調性能夠使建筑的各個要素發揮出應用的作用和效果。

2.3 信息集成

BIM技術一個很大的特點是對于各個方面的信息進行整合，一方面是對整個設計過程方面的數據整理，另外一方面是對設計信息方面的整理。在數據建模工程中，我們必須把握住每一道工序都有其實踐的可行性并且能夠保證整個建模的有序進行。計算機主要是有三個維度，利用多個幾何信息建立信息模型，我們無法忽視的是，在建筑結構中所使用的建筑材料，他們各個連接結構中的尺寸，以及建筑過程中所用的構件數量等等，這些需要再數據建模時奠定一定的基礎，從過去傳統的CAD制圖，到現在逐漸使用的BIM技術，我們可以明顯看到在設計上面的顯著進步。

3 BIM技術的設計理念

3.1 參數化設計

參數化設計從實質上講是一個構件組合設計，建筑信息模型是由無數個虛擬構件拼裝而成，其構件設計并不需采用過多的傳統建模語言，如拉伸、旋轉等，而是對已經建好的構件（稱為族）設置相應的參數，并使參數可以調節，進而驅動構件形體發生改變，滿足設計要求。參數化設計更為重要的是將建筑構件的各種真實屬性通過參數的形式進行模擬，并進行相關數據統計和計算。在建筑信息模型中，建筑構件并不只是一個虛擬的視覺構件，而是可以模擬除幾何形狀以外的一些非幾何屬性。對參數定義屬性的意義在于可進行各種統計和分析，如材料表統計，在建筑信息模型中是完全自動化的，而參數化更為強大的功能是可進行結構、經濟、節能、疏散等方面的計算和統計，甚至可以進行建造過程的模擬，最終實現虛擬建造。

3.2 構件關聯性設計

構件關聯性設計是參數化設計的衍生。當建筑模型中所有構件都是由參數加以控制時，若將這些參數相互關聯起來，就實現了關聯性設計。換言之，當工程師修改某個構件，建筑模型將進行自動更新，而且這種更新是相互關聯的。如遇到修改幕墻分格，在建筑信息模型中，只要修改分格的數值，所有的墻、柱、窗、門都會自動發生改變，因為這些構件的參數都與分格相關聯，而且這種改變是三維的，并且是準確和同步的，無須再去分別修改平立剖。關聯性設計不僅提高了工程師的工作效率，而且解決了長期以來圖紙之間的錯、漏、缺問題。

4 BIM技術在建筑結構設計中的應用

4.1 實現建筑結構設計的可視化

BIM技術是基于三維模型技術而成的應用于現代建筑工程領域的新興技術，其可以利用三維模型技術來將真實的建筑構件展現給用戶，由于傳統建筑結構設計中都是以CAD軟件進行繪圖，該種方法很難將建筑結構的詳細信息展示給不同用戶，而BIM技術在建筑結構設計初期階段便通過建立建筑結構的三位實體模型，來幫助各層次用戶通過直觀的角度對建筑構件信息、功能布局有一個準確的認識與了解。很多大型建筑工程結構設計中可以利用BIM技術來對其整體結構進行動態演示，幫助用戶利用直觀的角度對建筑結構的各項參數進行觀測，從而幫助設計單位選取最佳的設計方案，并且可以及時發現建筑結構設計中的質量缺陷與設計缺陷，對進一步提高建筑結構設計的整體質量有著重要意義。

4.2 BIM技術在建筑結構參數設計中的具體應用

建筑結構信息模型中會有一個包含所有設計信息的數據庫，所有建筑結構設計參數都是相關聯的，設計人員可以利用該數據庫中的數據信息來對建筑結構形體進行構建，而且在設計過程中會對不同的參數予以一些約束，從而確保BIM系統在建筑結構設計中可以及時更新數據庫。BIM技術在建筑結構設計應用中最大的特點，是可以實現高質量、高安全性、高可靠性的設計信息輸出，對提高建筑結構設計的數字化發展有著重要意義。

4.3 BIM技術在鋼結構建模中的具體應用

現階段鋼結構已成為一個大跨度建筑物的主要結構形式，其在建模中往往需要面臨結構鏈接和加強件布置等多個方面的難點，鋼結構在設計中需要涉及到梁柱連接、梁梁鉸接以及梁梁剛接等多種連接形式，所以在設計中往往需要根據梁的高度，來將各個連接件進行專項設計并要將其參數化。BIM系統在應用中可以利用參數共享，來對螺栓的數量與間距來進行控制，設計人員只需要對參數進行調節便可以形成新的連接件，而在加強件、連接件設計中設計人員只需要畫出大樣，而在鋼結構施工中技術人員只需要對相應位置設計進行參考，便可以來確定加強件、連接件的準確位置，這對進一步提高鋼結構設計質量及施工效率有著重要作用。

4.4 BIM技術在利用及節約材料方面的應用

在評價綠色公共建筑的標準中，涵蓋有建筑材料使用比例的具體標準，計入施工環境是安全的，且不降低施工質量的情況下，就可保證建筑總體重量超過10%是可持續利用的標準。假如使用以往的手段與技術，是難以實現計算精度的顯著提高，從而無法滿足新時期綠色公共建筑的設計需求。假如能將BIM技術應用到綠色公共建筑設計過程中，就可使得上述問題迎刃而解。究其原因，是因為BIM技術具有十分強大的統計資料及信息數據的功能，在有限的時間內就可將建筑施工中需要的各種建材的數量精準計算出來，從而給工程建材配置提供了科學的指導，以促使公共建筑順利通過綠色建筑評價工作。另一方面，BIM技術可井公共建筑的暖通、電氣、給排水、結構等有機融合在一起，其具有解決設計中各種專業設計方案存在矛盾及檢查管線敷設情況等的作用，所以可在有效避免施工過程中因各種沖突導致的返工及材料浪費等情況的發生，最終顯著節約綠色公共建筑在各種建筑材料的用量。

4.5 對結構設計中難點的處理

1）應用BIM技術的三維設計工具軟件用了較多的模塊參變量和系統參數，與二維創建視圖技術有很大的不同，軟件需要兼顧與二維設計習慣的一致性，所以模塊參變量和系統參數比常規工具軟件要復雜很多，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。

2）在進行結構設計時，很多結構形式十分特殊，這就需要特殊的結構模塊對其進行控制，但是三維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，而使用原始的二維繪圖設計方案。

3）結構工程師在建立BIM模型時，注重的問題主要是結構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。

5 結束語

綜上所述，隨著我國居民對建筑行業要求越來越高，對建筑設計提出了更高的要求。其中，BIM技術在建筑結構設計中應用的非常廣泛，在設計的過程中，需要充分把握這項技術的優點，對建筑結構進行優化設計，不斷完善和規范這項工藝。同時，需要采取合適的措施，使各方面達到規定的標準，增強建筑結構設計方案的合理性和科學性，促進建筑行業健康長久的發展。

參考文獻

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