BIM技術在建筑結構設計中的應用研究

黃斌

摘? 要：信息化技術的不斷發展進步推動了各個產業的不斷發展，以建筑業為例，通過應用BIM技術為建筑行業帶來了新一次的革命。通過應用BIM技術能夠對建筑進行建模，通過構建完整的BIM模型完成對于工程實現對于工程項目的全面描述，BIM模型能夠匯聚建筑設計、施工以及甲方等各個環節的資源信息并通過共享讓各方都能夠查看和使用。BIM技術在建筑設計應用較為成熟，但是在結構設計方面仍存在一定的欠缺，做好BIM技術在結構設計中的應用是十分重要且必要的。為做好BIM技術在結構設計中的應用需要做好BIM建筑模型信息轉換為結構信息模型的研究，從而使得BIM技術能夠具有更好地結構分析能力和繪制平面施工圖能力，為建筑業發展注入更強的活力。

關鍵詞：BIM技術;結構設計;應用研究

中圖分類號：TU318? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）32-0167-02

Abstract： The continuous development and progress of information technology has promoted the continuous development of various industries. Taking the construction industry as an example， the application of BIM technology has brought a new revolution to the construction industry. Through the application of BIM technology， the building can be modeled， and the complete BIM model can be constructed to complete the comprehensive description of the engineering project. BIM model can bring together the resource information of architectural design， construction and Party A and so on， and can be viewed and used by all parties through sharing. The application of BIM technology in architectural design is more mature， but there are still some deficiencies in structural design. It is very important and necessary to do facilitate the application of BIM technology in structural design， so it is necessary to do a good research on the transformation of BIM building model information into structural information model， so that BIM technology can be equipped with the abilities in better structural analysis and drawing plane construction， thus bringing more vitality into the development of the construction industry.

Keywords： BIM technology; structure design; application research

前言

BIM技術是一種伴隨建筑全壽命周期的建筑技術，其以數據采集與分析為核心匯聚包括建筑設計方、施工方、管理方等各方的信息數據，并通過共享的方式方便各方的查看分析、各專業的協作。BIM技術應用于建設設計時其可以通過構建建筑三維模型，利用其可視化的特點幫助設計人員進行更好的設計。而在施工、施工管理和施工規劃時，BIM技術所帶有的三維實體效果、工程造價、施工規劃等功能能夠有效指導施工，從而從根本上改變以往的施工模式，輔助施工，保障建筑工程施工。

1 BIM技術應用在建筑結構設計中所存在的問題

BIM技術指的是以BIM核心軟件為中心平臺，銜接各類其他的專業軟件組成一個廣義的BIM，而結構分析設計人員是BIM技術中的一個重要組成部分。結構工程師在建筑工程設計中主要用于解決一些具體的問題，通過對同一問題進行分析并從不同的側面提供相應的解決方案，從而保障建筑工程空間效果和設備管線空間尺寸要求之間的和諧統一，避免結構件與其他專業元素之間發生沖突。結構工程師在相應的設計時往往需要結合相應的實際情況采用一些異型件，如折梁、變截面梁、缺口梁、異形柱、SRC組合構件等。但是在現有的BIM技術建模工具中一般并不包含有異形構件的模塊，而在結構設計中如采用常規構件來替代異形構件將無法發揮出BIM技術的優點，常規構件將使得一些隱蔽的問題無法及時的獲得發現，而對于一些并未有沖突的地方BIM技術將會發出誤報，影響BIM技術在結構設計中的應用。為使得BIM技術在結構設計中獲得良好的應用效果，結構工程師需要創造自己的異型構建族，從而對結構工程師的使用帶來一定的不便。

國內在鋼筋混凝土結構施工圖的繪制上采用平面表示法，設計人員通過在平面圖上標準一些代號進行表示，而施工技術人員通過對照標準圖集則可以將相應的代號轉換為工藝圖或是放樣圖。這一方式極大簡化了結構設計師的繪圖工作。而在BIM技術中由于可以通過從三維模型中提取相關的數據生成施工工藝人員所需要的工藝圖或是放樣圖，在BIM技術中并未有相應的平面表示法模塊。這一缺憾與國內設計人員的設計習慣并不相符，影響了結構工程師的使用效果，此外，由于BIM技術缺少了平面表示法這一環節其與國內所要的施工圖文檔的報審和備案要求相悖。

BIM技術是一種三維立體建模技術，通過應用BIM技術能夠有效地解決CAD二維平面設計過程中所存在的一些弊端。為做好BIM技術在建設結構設計中的應用需要結合BIM技術在建筑結構中所存在的問題進行分析并采取一定的措施對其加以優化，保障BIM技術在建筑結構設計中取得良好的應用效果。

2 BIM技術在建筑結構設計中的應用

建筑結構工程師通過BIM軟件完成建筑項目的實體建模，而后將建立完成的實體物理模型導入到相應的結構分析軟件中，利用結構分析軟件完成建筑項目的結構分析計算，并依據結構分析軟件所算出的結果進行修改并更新物理模型和施工工藝圖。通過應用BIM技術能夠有效地實現結構設計和施工平面圖繪制之間的無縫鏈接，提高設計效果。在建筑結構設計中由于需要考慮到建筑結構模型中所包含的大量信息（如單元截面特性、材料力學特性、載荷條件等），導致結構模型較為復雜，導入到BIM技術進行結構分析時需要考慮到結構模型是否能夠完成模型的轉換與計算，而利用BIM技術所建立的BIM結構模型與有限元結構分析模型之間的無縫互聯問題對BIM技術的應用造成了一定的影響。

3 平法表示鋼筋信息和實體詳圖鋼筋表示在BIM技術中的應用

在BIM技術中利用平法所表示的鋼筋信息相較于傳統的平法施工圖存在著一定的差異。在BIM技術中使用平法所表示的鋼筋信息除了包含有一定的符號信息外，并將這一類信息賦值給構件，從而在構件上形成符號與數值的整體，方便查看和分析。此外，由于BIM技術中的平法注釋族和BIM屬性欄中的參數相關聯，設計人員通過修改屬性欄中的參數將能夠將修改信息方便的共享到整體模型中，并傳遞至平法施工圖中，便于施工工藝技術人員結合平法表示法進行查看。BIM技術中所表示的平法表示鋼筋信息（符號、數值化信息、位置等）都可結合修改自動進行更新。利用平法表示鋼筋能夠在一張圖紙上盡可能地包含足夠多的鋼筋信息，從而方便繪圖設計，圖紙的表達也更加簡潔高效。需要注意的是利用平法表示鋼筋雖然能夠極大的簡化鋼筋的表示，但是其相對于三維實體鋼筋表示缺乏足夠的直觀性，需要在分析平法表示的基礎上取對鋼筋的三維效果進行想象，無法直接指導施工。而在對于結構設計時，需要借助于其他第三方軟件對其進行有限元分析。

實體鋼筋表示，就是利用BIM技術對鋼筋混凝土框架結構的三維表示，建立起的BIM模型，以3D的形式表達建筑結構的細部構件，并詳細標注鋼筋信息。實體鋼筋表示能夠對鋼筋的尺寸、位置進行詳細的標注，鋼筋位置發生沖突時的避讓與實際情況保持一致，方便于查看隱蔽工程、建筑結構的信息，此類方法可以方便結構設計人員對建筑工程所需要的各類混凝土、鋼筋等級、直徑的計算。相對于平法表示，實體鋼筋表示可以方便結構設計人員確定鋼筋的位置以及形式、尺寸等的信息，對于沖突區域可以方便的對構件進行放大剖析對設計進行調整優化。借助于鋼筋實體表示可以方便的對鋼筋和混凝土的用量進行統計計算。借助于實體鋼筋表示可以方便地對隱蔽工程的混凝土信息進行查詢，借助于三維視圖通過改變混凝土相關參數設定可以改變混凝土的透明度從而方便對隱蔽工程中所含有的鋼筋信息進行查詢分析。需要注意的是實體鋼筋表示將會對建筑工程設計方案中的鋼筋位置及長度進行逐根確定，因此需要巨大的計算數據，對于電腦的數據處理能力和顯卡要求較高，并且設計完成后的圖紙篇幅和用量較大。

4 BIM技術在結構施工圖設計中的應用

BIM技術的應用是建立在BIM模型的基礎上的，利用BIM完成對于建筑項目的建模：建立新項目-軸網建立-樓層標高設定-結構柱-混凝土梁-混凝土樓板-基礎。以某三層別墅的BIM建模為例，別墅整體采用混凝土框架結構，基礎采用柱下獨立基礎，借助于BIM技術可以方便地完成結構主體的建模與結構分析以及各專業之間的協調。此別墅的BIM建模采用平法表示，通過共享參數標注族和自己制作的標簽族，實現結構的全過程平法表示。在對此別墅進行建模的過程中首先按照建模步驟完成別墅所需基礎、梁、板、柱等構件，并借助參數共享與標簽族繪制平法施工圖的方式完成相關制作，結構設計師需要結合自身習慣完成相關構件的構建，在制作構件時需要結合平法施工圖規范圖集制作合適的文件，完成別墅模型的建立。通過建立共享參數與標簽族可以方便建筑結構圖構件信息參數的共享，在一處信息改變后其他位置的信息都將跟著改變，保證了BIM中參數的一致性。完成了對于BIM結構模型和族文件的編制后，可以從BIM結構軟件中設計出梁板柱和相關詳圖的平法施工圖表示，其所顯示出的圖紙與用CAD所表示的圖形相一致。

BIM和平法雖然在表現形式上有所差別，BIM技術中主要通過創建三維模型而平法則是通過二維的抽象表示符號進行表示，但是兩者在鋼筋信息的表示上所顯示的信息是一致的，兩者之間并未有根本性的沖突，而是可以將兩者相互結合從而可以更清晰、更全面的對其進行表示。BIM技術與平法兩者之間存在著結合的可能，在BIM技術應用于結構設計時，利用BIM軟件可以繪制結構平法施工圖，通過共享參數、標簽族文件的建立完成BIM技術與平法之間的結合。需要注意的是BIM中的平法和傳統的平法之間存在一定的差異，在應用時需要結合實際在制圖規則上進行針對性的改動。

5 結束語

隨著信息化技術的發展BIM技術將有著更加廣闊的應用前景，結構設計作為BIM技術設計中的重點也是難點將會進入一個嶄新的階段，借助于BIM結構設計的應用和發展將使得建筑設計與結構設計之間的銜接更加緊密，結構與施工之間的聯系更加密切，從而使得BIM技術在結構設計中獲得更好的應用。本文在分析BIM技術特點的基礎上對其在結構設計中的應用進行分析介紹，對于BIM與結構施工圖之間的關系，尤其是平法表示和實體鋼筋表示兩者之間的區別和聯系進行分析和說明，BIM平法與傳統平法在表示上存在一定的差異，在應用時需要引起足夠的注意。在BIM技術應用于結構設計中時可以利用BIM軟件繪制結構平法圖，借助于創建共享參數和標簽族文件將能夠滿足BIM與平法結合的要求。

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