BIM 建筑結構設計方法分析

夏華祥

（貴州省建筑設計研究院有限責任公司，貴州貴陽 550081）

0 引言

BIM 技術是現代建筑工程發展的主要方向，其具備的可視化、參數化等特征，對于建筑工程提升意義重大。但BIM 技術建筑結構設計應用較為淺顯，這雖然存在已有建筑結構設計軟件功能較為完善的影響，但同樣表明BIM 技術自身在應用層面存在一定缺陷，需要進行針對性優化。

1 BIM 技術及其優勢

BIM 技術即建筑信息模型構建，不同于傳統的二維工程圖紙，BIM 技術成圖中包含了建筑設計、空間結構、建筑參數等建筑物相關的全部信息，并采用三維圖像的方法進行直觀展示，是消除不斷復雜化發展的建筑工程中不同專業內外沖突的有效技術手段。相較于傳統設計方案，BIM 技術具備的優點有：

1.1 可視化

如圖1 所示，BIM 技術最終產出圖像不同于傳統意義中的三維線條，可以十分清晰的展示建筑物設計過程中的全部細節。且BIM 技術產出的標準圖像具備與查看人員互動的能力，可以展現出局部設計細節與參數。建筑工程參與者可以通過BIM 圖像直觀查看建筑設計當中是否存在不合理之處并進行嘗試修改，減少建筑施工進程中現場修改發生的頻率，最大程度上簡化施工與驗收流程，提升建筑設計與建筑施工的質量。

圖1 上海世博會BIM 建筑設計

1.2 模擬性

BIM 技術具備一定的模擬結構，即采用BIM 技術進行建筑設計時，建筑人員可以通過軟件模擬光照、行人、行車等因素對建筑物的影響，也可以進行建筑物內部如供熱管線試運行，建筑設計過程能夠更加細致的考量使用狀態，建筑設計的科學性與合理性大幅提升。

1.3 關聯性

即BIM 技術為一項從整體角度進行建筑設計展示的技術類型。當設計人員對建筑物某一構件進行修改時，其相關部件都會發生適應性改變，更加精確、直觀的展現建筑設計更改所帶來的效果，提升建筑設計的合理性，有效平衡了不同專業建筑設計中的沖突，對于尋求最佳建設方案有重大價值。

1.4 參數化

參數化主要指BIM 技術成圖中直接包含了設計參數信息，并與對應構件配合展示，增強不同專業設計人員信息共享的效率，提高了建筑設計優化的速率，在建筑設計階段的不同人員工作協調中意義重大。

2 BIM 技術在建筑結構設計中的應用

建筑結構設計主要包含三個流程，分別為依據業主方提供的地形地貌、地質穩定程度、建筑物個性化需求等進行基礎結構設計；充分考量建筑自重、建筑使用、風雪等荷載條件進行建筑物參數核算；繪制建筑施工指導圖紙[1]。BIM 技術在其中的應用方向主要包含：

（1）三維模型圖可以將建筑結構設計成果清晰展示出來，便于設計人員對梁、柱、墻、樓梯、空間等結構設計的合理性進行直觀分析，提升建筑結構初步設計的科學性，排除其中的不協調因素，避免后續參數核算過程中對結構設計進行臨時調整影響工作速率。同時，三維立體空間展示有利于設計人員與業主方進行溝通，保證建筑結構設計更加符合業主方的需求。

（2）BIM 技術中強大的模擬功能對于參數計算提升作用巨大。傳統參數核算過程只能在大量因素綜合核算的基礎之上，得出一個并非完全精確的表面荷載而后進行進一步參數核算。計算過程復雜，參數精確程度同樣難以標定。BIM 技術可以從整體角度分析各種荷載對于建筑物的作用成果，幫助設計人員進行更加詳細的受力分析，有效提升了參數計算流程的效率。

（3）建筑結構設計并非孤立開展的，而是需要與不同專業設計人員進行充分的交流協調，但由于專業界限及門檻的存在，協調工作往往十分低效。BIM 技術以直接展示設計成果與影響分析的模式，消除了專業界限，不同專業設計人員擁有更高的相互理解程度，專業協調工作效率提升明顯，建筑結構設計工作成效大幅增長。

（4）圖紙質量優化。傳統施工圖紙中以二維圖像展示三維的模式，雖然能保證建筑施工的正常開展。但隨建筑結構設計的不但復雜化，施工人員圖紙理解難度明顯提升，設計人員施工參與程度不斷提升。而BIM 技術的應用，在圖紙提供的同時，也提供了更加直觀形象的建筑信息模型，有助于施工人員進一步了解工程設計的意圖，保障工程施工質量。

3 BIM 在建筑結構設計中優化應用

BIM 技術在建筑工程中應用優勢巨大，但受多種因素的影響，BIM 技術在建筑工程中應用并不深入，尤其在建筑結構設計層面，BIM 技術綜合應用仍停留在嘗試與研究階段，在工程中實際出現的頻率較低。

3.1 技術限制削弱

BIM 技術雖然現代主要應用在建設工程當中，但一方面BIM技術并非完全起源于建設工程體系當中，專業院校在建筑結構設計人才培養進程中極少涉及BIM 技術，建筑結構設計與其深入結合存在一定的技術門檻；另一方面，雖然BIM 技術構想提出較早，但實際發展時間較短，與建筑工程綜合發展時間更短，技術層面仍舊存在一定缺陷[2]。針對該種現象，相關人員及部門應當從多方面入手，促進BIM 技術與建筑結構設計的綜合運用。

（1）加強人才培養力度。人才培養同樣包含兩方面內容。一方面，加強現有設計人員技術培養。即針對全部在崗設計人員進行BIM 技術教育，幫助其熟練掌握BIM 相關軟件的應用，與BIM 技術在建筑結構設計中的應用途徑與具體方法，加速建筑結構設計與BIM 技術的綜合發展。作為一項陌生程度較高的技術種類，即使存在詳細的技術教育，綜合應用初期也會存在多種多樣的問題。因此，單位可以考慮為建筑設計團隊配備BIM 技術專業指導人員，保證技術應用初期，建筑結構設計不會受到BIM 技術的限制而產生小幅退化。另一方面，加強綜合性人才的儲備，建筑結構設計人員培養院校應當將BIM 技術重視程度與課程比例提升到與CAD 相同或者相近，保證綜合性人才儲備的數量充足，為BIM 技術與建筑結構設計綜合發展提供人才與技術支撐，保證研究與應用層面的同步飛速提升。

（2）BIM 技術面向建筑結構設計的針對性優化。現有BIM 操作軟件在部分層面與建筑結構設計偏離較大，強行應用雖然會在一定程度上提升建筑結構設計的效率，但對于設計人員的工作流程有一定負面影響。如現代常用BIM 軟件之間兼容性仍存在一定疑慮，物理模型與數據模型相互轉換效率較低，需要人為進行一定的修改；如我國尚未有獨立的BIM 技術操控軟件，軟件成圖功能與我國建筑結構設計標準有一定的差距，最終成圖工作較為困難。因此，相關部門要做好BIM 技術優化工作，面向建筑結構設計應用進程中存在的主要問題與建筑結構設計進步主要的功能需求進行針對性技術與軟件優化設計，提升BIM 技術與建筑結構設計的相性，為二者綜合應用發展提供良好的基礎條件。

3.2 前期成本投入削減

BIM 技術應用前期投入十分巨大，昂貴的設備購買、高昂的相關軟件使用費用、大量的人員培訓成本，相較于傳統工程軟件，BIM 技術的應用成本通常在幾倍以上。相關調查數據表明，針對某些大型企業或者部門投資項目來說，BIM 技術成本已經成為建筑工程中最為主要的資金消耗。雖然整體層面經濟效率有一定程度提升，但高昂的前期投入使我國大多數企業不具備使用BIM 技術的經濟條件。

針對該種現象，可采取鼓勵BIM 技術服務提供行業的發展，即通過第三者介入的方式，實現BIM 技術前期成本投入的分擔。使小型企業同樣具備使用BIM 技術經濟可行性。但BIM 作為現階段尖端技術種類之一，市場化技術服務往往代表著十分高昂的服務費用，可能導致部分企業依舊不具備技術應用的可能性。相關部門應當做好市場監管與協調工作，在支撐BIM 技術建筑結構設計應用推廣與服務商家設備與技術價值層面做好平衡，尋求一個多方均能夠接受的市場標準，保證BIM 建筑結構設計的發展。

3.3 國家標準的細化

我國于2016 年便在清華大學的引領與指導之下推出了BIM建筑結構設計執行標準[3]。但對于初步發展的行業來說，嚴格的總體標準是遠遠不足的，需要結合大型企業與政府部門的實踐經驗對其進行進一步細化，使執行標準具備較高的指導意義，為企業技術應用與發展提供支撐，保證市場實踐進程中發展方向的正確性，確保技術應用的基礎成效，充分激發中小型建筑企業進行技術嘗試的積極性，加速BIM 建筑結構設計的進步。

4 結論

BIM 技術對建筑結構設計提升作用巨大，值得采取較高的重視程度推廣應用。但受技術、成本等多種因素的影響，BIM 建筑結構設計推廣一直較為緩慢，企業及相關部門應當采取一定措施加速BIM 技術在建筑結構設計中的應用，提高我國建筑工程的效率。