BIM技術在建筑結構設計中的應用

管 濤

（信陽職業技術學院，河南 信陽 464000）

在傳統的建筑結構設計中，設計師們無法直接看到立體模型，不能及時發現建筑結構中的問題，導致建筑過程中出現紕漏，增加建筑成本的同時也會影響建筑質量。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，該技術是以現代信息技術為基礎發展起來的的軟件性工具。其主要通過可視化、協調性、模擬性等優勢，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變成三維模型，并通過分析三維模型中的數據，進行參數設計。BIM技術的優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，對數據進行基礎調整，最大程度排除建筑的安全隱患，避免出現返工情況。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，優化設計內容。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、規則信息等。BIM技術能根據建筑結構中的實際變化要求進行調整，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，優化整改不正確參數，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的問題，利用這一優勢對比原有數據，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主展示，更能提高業主滿意度，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，實現建筑墻體與墻體所需材料之間的關聯。

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，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再進行關聯，以體現建筑中每個樓層與實體之間存在的關聯，進而通過空間結構關聯實體，更直觀地展現墻體實體與各樓層實體之間的聯系。

3.1.3 關聯性結構模型的構建

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不發生變化。針對墻體與洞口之間的關聯性，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現預算超出范圍，應利用BIM技術對建筑結構進行局部調整，把重鋼結構更換為輕鋼結構，調整建筑面積，縮減無用空間，進而優化設計方案。

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之處，更精準地找到設計漏洞，避免因設計方案引發更多問題。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，在塔樓間采取高區位、中區位與低區位進行三道樓體連接，其中高區連體部分一共四層，最高點與地面間距離175m，中區位置連體四層，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技術能專業模擬工程建設中的起吊過程，先對高區進行模擬，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技術全面統計起吊點荷載，分析統計的數據結構，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據。

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化建筑結構設計方案，提高設計水平，既保證建筑結構質量符合標準，又確保建筑工程周圍環境與地質不被破壞。

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，及時發現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，進而有針對性的調整各項建筑信息設計內容，優化現有建筑結構設計方案。

4 結語

綜上所述，當前建筑行業普遍引進BIM技術，旨在通過此技術提高建筑工程整體效率與質量，優化設計水平，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。