BIM建筑結構設計過程的研究與實現

胡夏越

摘 要 BIM技術是利用數字化技術，建立工程三維模型，同時為模型建立實際信息庫的一種新興建筑設計工具。BIM建筑結構設計有極高的設計效率，但其信息一體化比較難達成。因此，現階段的BIM建筑結構設計要重點發展應用流程。本文針對BIM建筑結構設計過程進行了討論與研究。

關鍵詞 BIM技術;建筑結構設計;研究

傳統建筑結構設計是利用手工繪圖與計算實現的，效率較低，比如一棟普通多層樓房的設計普遍需要三個月以上。隨著計算機技術的發展，設計師利用CAD進行設計，擺脫了復雜低效的手工繪圖，現今已通過BIM技術徹底擺脫繪圖。BIM建筑設計應用是復雜的，它不僅要對建筑的幾何、屬性、狀態等信息進行添加與設計，同時還包含空間、運動等狀態信息設計。未來的BIM發展重點是AutoCAD自動出圖與Revit快速轉換這兩項技術。

1利用BIM技術的原因

建筑結構設計需要描述建筑墻、柱、梁、板等構件的規格，包括幾何形狀、尺寸、載荷分布、約束、強度要求、結構要求、構件相互關系等參數信息，這些信息是結構設計的基礎保障，不論是傳統結構設計還是BIM結構設計都是圍繞這些信息記性展開的。然而傳統設計完全依靠人力，相對于如此龐大的數據信息人力工作明顯效率不高;而BIM技術的自動化、信息化程度高，能節約大量信息采集、錄入的時間。基于效率這方面原因，應利用BIM技術進行建筑分析。

建筑結構設計過程可以分為四個階段：方案設計、結構分析計算、成圖、檢測，各階段有不同的數據產物，分別是：模板圖、計算模型、施工圖、檢測模型。傳統設計的這四個階段都是相對獨立的，整體性差，從而導致設計效率低;而BIM技術整體性強，可以實現方案設計、結構分析計算、成圖、檢測四個階段的內部一體化，同時還可以先結構、建筑、施工三者信息的外部一體化[1]。

2BIM建筑結構設計流程

目前的BIM建筑結構設計還不能達到全面化，無法明確設計工作分工，因此設計單位設計工作與結構計算工作內容仍存在交叉。要解決只一點不只是多專業協同通過就能達到的，還要實現計算機技術的提升，比如將目前CPU運行速度提升10倍，才可以滿足全面BIM三維設計。具體可以概括為：結構信息一體化、軟硬件技術條件成熟兩方面。

對于目前的BIM建筑結構設計，包括兩個階段的設計：

（1）第一階段設計流程。首先要進行Revit下的結構設計，導出結構模型，同時進行結構計算，從而確定結構方案;然后生成結構模板圖，利用模板圖對結構模型的自動更新修改，經過結構計算后，生成施工圖;最后，確立準去的結構模型，并給予Revit進行碰撞檢測。

（2）第二階段設計流程。利用第一階段獲得的結構模型進行建筑的三維結構模型設計。

上述BIM建筑結構設計流程能滿足建筑設計需要，但同時也為BIM技術發展樹立了兩大難題，一個是在出圖過程中反復使用的CAD自動成圖技術，另一個是結構模型設計中使用的Revit轉換技術[2]。

3BIM結構模型分析計算

3.1 分析準備

BIM結構模型分析計算是利用ETABS結構有限元分析軟件完成計算的，需要將Revit中的結構模型導入ETABS中。需要注意的是，此時的導入是雙向的，也就意味著導入之前需要一些準備工作。

首先，是結構模型載荷的準確定義，這是保證分析計算準確性的重要步驟。此時若是回到Revit中重新定義載荷，在導入ETABS中，不僅增大了工作量，而且提高了錯誤概率，通常載荷定義是在計算軟件，也就是ETABS中進行的，不僅定義、計算更加方便，其定義的載荷更好，因為ETABS中包含了載荷類型的定義，節約了重新定義的時間，可以直接進行數據的修改[3]。

其次，是模型一致性的檢查。在結構模型完成的同時，Revit會自動生成一個與結構模型相對的分析模型，這個分析模型是專門用啦計算分析的，這是因為ETABS只能接受分析模型，從而保證結構模型與分析模型的一致性。

3.2 導入

ETABS開發了能與Revit模型記性數據交換的程序，因此ETABS分析Revit模型是可行的，反之，Revit可以建立與ETABS分析結果相對應的模型，具有雙向性。此外，Revit模型可以保證BIM模型的外部一致性，同時作為出圖的基礎。

ETABS的應用程序會將Revit模型導出計算模型，生成ETABS分析模型，之后設計人員可以在軟件中對模型的載荷、約束、強度等參數進行設定以及分析，同時對分析模型進行詳細檢查[4]。

4BIM設計圖紙繪制

圖紙是一個設計的最終成果，BIM建筑結構設計也不例外。在BIM結構設計中，仍采用傳統的二維結構平面施工圖進行表達。具體繪制方法如下：

要先將Revit轉換為平面視圖，從而自動生成機構平面圖，可以很明顯區分結構可見部分（實線）以及不可見部分（虛線）。此時可以通過“線處理工具”對線型進行修改，還可以通過注釋添加圖紙的文字說明。最后導出成圖，包括梁結構平面圖、樓板平面圖、柱墻平面圖等詳圖的繪制出圖。

BIM技術二維圖紙出圖效率仍不是很高，有很多影響因素，比如信息重復，BIM模型中已經包含構建的配筋信息而二維平面圖仍要在導出配筋信息;再比如設計人員仍保留CAD設計的思路進行BIM二維平面圖的出圖工作。這些都降低了BIM繪圖效率，需要在未來加以解決[5]。

5結束語

BIM建筑結構設計不僅協作性強、數據信息量大、共享程度高，適合未來日益復雜化的建筑工程設計。一方面可以提高各專業之間的協同性，發揮各專業的特長提高設計質量;另一方面可以提高建筑設計工作的效率，加快建筑設計流程。

參考文獻

[1] 蔣慧，李希勝.基于BIM的建筑結構協同設計關鍵問題研究[J].森林工程，2018，34（6）：102-108.

[2] 趙華英，李元齊，陸揚.BIM結構設計企業級標準研究[J].土木建筑工程信息技術，2015，7（4）：15-21.

[3] 吳文勇，焦柯，童慧波，等.BIM建筑結構設計過程的研究與實現[J].建筑結構，2013，43（S1）：825-828.

[4] 劉照球，李云貴，呂西林，等.基于BIM建筑結構設計模型集成框架應用開發[J].同濟大學學報（自然科學版），2010，38（7）：948-953.

[5] 趙華英.BIM結構設計應用[J].土木建筑工程信息技術，2015，7（3）：

30-39.