BIM技術在建筑結構設計中的應用

管 濤

（信陽職業(yè)技術學院，河南 信陽 464000）

在傳統(tǒng)的建筑結構設計中，設計師們無法直接看到立體模型，不能及時發(fā)現(xiàn)建筑結構中的問題，導致建筑過程中出現(xiàn)紕漏，增加建筑成本的同時也會影響建筑質(zhì)量。在建筑結構設計中充分利用BIM技術，可以保證建筑設計更具科學性、可行性。

1 BIM技術概述

建筑信息模型簡稱BIM，該技術是以現(xiàn)代信息技術為基礎發(fā)展起來的的軟件性工具。其主要通過可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性等優(yōu)勢，收集、處理建筑結構中的信息。以計算機為搭載橋梁，將設計圖紙上的模型轉(zhuǎn)變成三維模型，并通過分析三維模型中的數(shù)據(jù)，進行參數(shù)設計。BIM技術的優(yōu)勢在于建筑設計人員可以通過三維模型檢驗設計圖紙的可行性，尋找紕漏，對數(shù)據(jù)進行基礎調(diào)整，最大程度排除建筑的安全隱患，避免出現(xiàn)返工情況。BIM技術為建設工程提供技術性支持，推動工程有序開展。

2 BIM技術的特點

2.1 優(yōu)越化

合理應用BIM技術能為整體建筑結構設計提供幫助，全面控制建筑結構形式，優(yōu)化設計內(nèi)容。建筑結構設計存在很多制約性因素，BIM技術可以結合信息形式以及復雜程度進行準確分析，優(yōu)化分析階段，精確掌握建筑結構中存在的信息資源，包括幾何信息、規(guī)則信息等。BIM技術能根據(jù)建筑結構中的實際變化要求進行調(diào)整，同時還能在施工前做好外形結構的分析工作，結合其中的變量因素與目標對象，優(yōu)化整改不正確參數(shù)，快速算量，提升精度，直至符合標準再進行實施。

2.2 可視化

建筑行業(yè)管理中的關鍵在于可視化，可視化能明確整個建筑結構設計所需要的形式，并將施工圖紙和建筑構件信息相互結合。針對建筑過程中出現(xiàn)的問題，利用這一優(yōu)勢對比原有數(shù)據(jù)，完善三維立體模型，以三維渲染動畫的方式進行展示，通過三維立體模型可以更為直觀地找出不足，再有效處理。

2.3 模擬性

BIM技術在建筑結構設計中，不僅可以模擬單一的建筑，還可以模擬特殊事物與條件。BIM技術能結合特殊要素，進行模擬實驗，包括節(jié)能模擬實驗、緊急疏散人群模擬實驗等。對外招投標時，采用4D模擬形式進行分析，渲染效果更為精準，通過直觀的宣傳方式向業(yè)主展示，更能提高業(yè)主滿意度，以提高項目中標機率。

3 BIM技術在建筑結構設計中的實際應用

3.1 BIM建模

3.1.1 基于IFC標準的BIM模型構建

BIM技術應用于結構模型時，應對計算、作圖以及工程造價等多種問題進行分析。基于IFC標準格式的背景下，解決結構模型中的問題，IFC具有很多優(yōu)勢，有利于BIM結構模型中對最小結構單元的幾何尺寸以及組織形式進行定義，還能為結構模型建立出模型所需要的材料族庫。

以磚墻為例，IFC設定標準的建筑模型，其基礎主要組成結構是磚塊，包括構建出磚塊的幾何尺寸、物理能力以及空心等信息。通過利用構建出的材料與實體相互關聯(lián)，實現(xiàn)建筑墻體與墻體所需材料之間的關聯(lián)。

3.1.2 BIM結構模型的構建

材料族庫建立后，BIM技術可以將材料模型與建筑結構中構建出的模型相關聯(lián)，例如，建筑結構中的梁、柱、板和樓梯。設計建筑墻體結構中的構件部分時，應先定義好建筑的實體性質(zhì)再進行關聯(lián)，以體現(xiàn)建筑中每個樓層與實體之間存在的關聯(lián)，進而通過空間結構關聯(lián)實體，更直觀地展現(xiàn)墻體實體與各樓層實體之間的聯(lián)系。

3.1.3 關聯(lián)性結構模型的構建

工作人員在設計過程中應充分考慮結構中構件之間相關聯(lián)的因素，通過BIM技術建立建筑模型，分析建筑之間存在哪些關聯(lián)性。通常有兩種形式，一種是對稱性，另一種是非對稱性。建筑模型中的非對稱性主要體現(xiàn)在兩個建筑之間存在主要、次要的關系。如果要修改建筑實體，應保證建筑實體本質(zhì)不發(fā)生變化。針對墻體與洞口之間的關聯(lián)性，洞口存在于建筑墻體中，如果在結構模型中刪除墻體，洞口會隨墻體消失而消失，如果在建筑模型中單一地刪除洞口，墻體依然不變。

3.2 具體應用

3.2.1 建筑結構方案設計

設計建筑結構時，應充分利用BIM技術中建構的模型，預估建筑造價成本，分析其中利弊。這種做法有利于工程建設初期制定設計方案，避免后期施工出現(xiàn)問題而返工，減少建筑投資在資源和資金上的浪費。例如，設計某面積為4 000m2的公共建筑時，應繪制建筑的立面結構后，再計算工程造價。如果在設計過程中發(fā)現(xiàn)預算超出范圍，應利用BIM技術對建筑結構進行局部調(diào)整，把重鋼結構更換為輕鋼結構，調(diào)整建筑面積，縮減無用空間，進而優(yōu)化設計方案。

3.2.2 結構可視化設計

BIM技術中的三維技術能夠為建筑結構構建出相應的立體效果，帶來更直觀的視覺沖擊，方便用戶對建筑構件大小、方位以及采用的材料進行觀察，為用戶提供便利條件。

BIM技術的可視化特點，可以幫助設計師仔細查看建筑結構整體布局與細節(jié)之處，更精準地找到設計漏洞，避免因設計方案引發(fā)更多問題。例如，樓梯高度是否符合標準，是否會碰到用戶的頭部，梁的尺寸是否影響建筑凈空等，都可通過BIM技術中的可視化技術進行查看。

由此可見，BIM技術在建筑結構可視化設計中有著不可忽視的作用，不僅保證建筑設計過程中的工作效率，還能提高工程建設的整體質(zhì)量，在一定程度上提高建筑結構設計精度，降低誤差。

3.2.3 主體結構受力復核

復雜的建筑結構對建筑結構設計技術要求更高，尤其是建筑結構中的主體結構受力復核方面。以某高層建筑為例，要將兩棟塔樓連成一個整體，在塔樓間采取高區(qū)位、中區(qū)位與低區(qū)位進行三道樓體連接，其中高區(qū)連體部分一共四層，最高點與地面間距離175m，中區(qū)位置連體四層，最高點與地面間距離125m。因樓體高度不符合標準，很難進行施工。此時應用BIM技術，降低了三道連體的施工項目難度，進而使工程順利開展。BIM技術能專業(yè)模擬工程建設中的起吊過程，先對高區(qū)進行模擬，爾后模擬下2層位置，采用塔式起重機安裝上2層。模擬中區(qū)時，先在地面初步拼接，拼接完成再進行起吊工作。確定以上所有方案后，利用BIM技術全面統(tǒng)計起吊點荷載，分析統(tǒng)計的數(shù)據(jù)結構，確保無誤再向設計院提交，BIM技術的運用為主體結構受力復核提供了一定支持與參考數(shù)據(jù)。

3.2.4 建筑場地分析

建筑結構設計的合理性影響著建筑的安全性與穩(wěn)定性。利用BIM技術對建筑工程周圍場地進行全面分析可以優(yōu)化建筑結構設計方案，提高設計水平，既保證建筑結構質(zhì)量符合標準，又確保建筑工程周圍環(huán)境與地質(zhì)不被破壞。

3.2.5 建筑結構性能分析

建筑結構布局的合理性，將影響其抗震性能。如果設計師缺乏對抗震性能分析的意識，缺少人力、物力的投入，將會影響建筑的質(zhì)量與安全性能。設計過程可合理應用BIM技術，對建筑結構進行虛擬施工，將施工計劃與實際進展進行對比，及時發(fā)現(xiàn)項目施工期間可能會遇到的問題，更清晰地了解項目總體建設信息，進而有針對性的調(diào)整各項建筑信息設計內(nèi)容，優(yōu)化現(xiàn)有建筑結構設計方案。

4 結語

綜上所述，當前建筑行業(yè)普遍引進BIM技術，旨在通過此技術提高建筑工程整體效率與質(zhì)量，優(yōu)化設計水平，降低建筑工程建設成本，減少返工情況。本文結合BIM技術在建筑結構設計中的應用進行研究，將建筑結構中的二維結構設計模式轉(zhuǎn)向三維結構設計模式，全面采用信息模型模擬建筑結構，可以更為高效地完成建筑項目。