BIM 技術在建筑結構設計中的運用探討

張 韋 山西省建筑設計研究院有限公司

1 引言

對于建筑結構設計而言，所需獲取的信息規模越來越大，處理和協調的內容越來越多。而這些數據、信息又是建筑結構設計期間最為基礎、關鍵的資源，需要在實際設計、施工過程中進行有效利用，才能更好地降低工程建設成本、縮短項目建設周期，改善現場質量，提高安全工作水平。BIM技術的出現、運用對于建筑工程行業的現代化、信息化作用重大，其運用實現了建筑結構設計由二維轉向三維，推動了建筑行業新一輪信息革命，幫助企業在設計、生產、經營等階段降低成本，推動建筑工程領域可持續發展。

2 BIM技術概述

2.1 BIM技術定義

BIM技術暫時仍未有統一的定義，BIM技術利用三維模型對工程項目進行設計、施工、運營等活動進行管理。BIM技術依托現代3D數字化信息技術，對工程項目不同階段的信息進行集成，實現項目工程特性、設施實體的數字化表述。

2.2 BIM技術特點

1）協調性：BIM技術運用過程中能夠實現功能協調，避免出現沖突，減弱建筑整體功能表述。2）模擬性：BIM技術以現實為基礎構建相應模型，運用過程中可以通過技術措施對建筑結構設計情況進行直觀的觀察、分析。設計人員通過模擬實驗對建筑施工期間可能出現的問題進行模擬，找出最為合理的解決措施。3）優化性：BIM技術可以對資源數據進行優化，提升建筑結構實體的安全性、穩定性。現代建筑結構設計涉及多個專業領域的內容，設計人員無法對各類影響因素進行掌握，利用BIM技術能夠最大限度地確保建筑結構設計安全，降低危險因素對建筑自身的威脅。4）可視化：BIM技術利用3D技術進行建模，實現對建筑結構直觀、如實的反映，提升結構安全性、穩定性的設計表述。在可視化條件下，利于多方溝通、交流，提升建筑結構設計的科學性、系統性。5）可出圖性：根據建筑結構設計方案BIM可自動生成圖紙，提升設計效率、縮短設計時間。

3 BIM技術在建筑結構設計工作中的運用實踐分析

3.1 形成三維實體模型

BIM技術不同于CAD技術，在進行建筑結構模型構建時，BIM技術可以構建三維實體模型，借助三維實體模型能夠將建筑工程項目的整體結構情況呈現出來，直觀地表示不同構件，并明確不同建筑結構構件之間的關聯。實際設計過程中，BIM技術與可視化技術進行結合，不僅能夠確保建筑結構設計方案的科學性、合理性，而且利用BIM技術建立三維實體模型能夠針對設計過程中存在的問題進行分析、解決。

3.2 對建筑空間進行規劃

建筑空間規劃在結構設計過程中需要及時進行關注，這也是建筑結構設計的初始環節。在建設區域確定后，設計人員要對該區域進行空間規劃，若該區域的地形狀況較為復雜，需要開展較為深入的空間規劃分析。借助BIM技術對建設區域進行空間規劃，分析建筑區域的坡向、坡高、斜率等參數，針對復雜地形建筑空間，提供有效的設計技術支持，進而開闊設計人員思路。通過GIS技術進行坡度分析，建立相關BIM模型，對各類參數進行模擬，設計人員通過模型對施工區域進行全方位、多角度的研究，獲取大量基礎性數據，為后續正式的建筑結構設計、空間規劃工作提供詳實資料。在建設區域地形分析工作完成后，設計人員即可開展空間規劃工作。另外，通過BIM技術還可以在建筑內部進行視野分析、可視度分析，類似于坡度分析，設計人員建立相應模型實現對各項功能的分析、調試，綜合多種因素，最終確定三維空間規劃實際情況。

3.3 研究分析建筑結構性能

建筑結構設計需要關注各設計構件的組合情況，并關注實際建設需求，通過BIM技術對建筑結構性能進行有效分析，將不同的建筑構件進行排列，最終形成所需的建筑結構形式。設計人員將各類性能分析數據輸入到BIM模型當中，軟件系統對數據進行分析，獲取當前建筑結構性能分析結果，了解其可能存在的問題，呈現給設計人員后，對其進行研究，找出有效的方法進行解決。通過這種分析、計算確保建筑結構整體穩定性及抗震性能夠滿足工程建設要求。

3.4 建筑鋼結構的設計建模

建筑工程中針對大空間、大跨度的需求越來越多，而鋼結構是實現這些需求的重要趨勢之一。相較于傳統建筑結構，鋼結構的布置、連接相對復雜，特別是各個部分的加強件布置難度較大。借助BIM技術建立建筑鋼結構模型，可以對鋼梁結構高度進行測算，為鋼結構連接件設計提供有效的計算依據，保證連接件能夠更好地適應鋼結構設計需求，同時轉化為系統內重要參數。設計人員通過BIM技術參數共享功能，可以控制鋼結構連接件數量、距離等重要參數。BIM技術還能對連接件參數變更進行及時更新，只需調整系統內參數，即可完成對連接件的構建。對于鋼結構的加強件，可以利用BIM技術繪制高質量的大型樣圖，并針對設計的實際情況合理確定加強件位置，提高鋼結構建模設計效率。

3.5 建筑結構與其他專業的協調

建筑結構設計過程中，會涉及其他不同專業的人員、內容，需要借助有關人員的協調配合，實現最終的建筑結構設計目標。在建筑結構設計之初，利用BIM技術建立有效的信息共享系統，將涉及的數據、資料、設計要求均錄入系統當中進行存儲，供不同專業人員查閱。若出現其他專業設計內容變化，系統數據庫會及時進行更新，確保各專業設計信息的及時性、準確性，設計人員可在系統當中對不同專業的設計信息進行及時掌握，并結合自身設計內容進行有效調改。有效改善傳統模式下二維圖紙的協同設計，滿足相關設計工作開展的需求。BIM技術將不同專業的數據進行轉換，形成可視化的內容，提升了各專業人員的溝通、合作的效率，通過整合各方參與工程建設的人員、信息，實現建筑工程項目的協同作業。

3.6 BIM技術在建筑結構設計中運用注意點

BIM技術運用于建筑結構設計時，設計人員要在軟件當中構建相應的建筑模型，選擇有效的算法對建筑結構進行分析，最終呈現出有效的建筑結構信息數據，然后結合用戶需求形成動態化結構模型。要想實現BIM技術的合理運用，設計人員需要進行綜合考慮，確保建筑結構模型空間的真實性，避免影響BIM技術的實現。針對BIM 系統模型能否形成施工圖紙進行深入分析。深入研究施工材料、結構性能、人員素質等多種因素影響，對使用BIM系統時涉及的各類數據進行分析，確保建筑結構性能可以達到標準規范及設計要求。

BIM技術構建的模型當中包含了建筑物理模型、建筑結構分析模型、施工圖文檔完全數據模型，在實際建筑結構設計工作中，需要嚴格遵循相關標準規范及設計要求開展工作，保證結構構件能夠達到相應的技術標準要求，實現各種類型數據模型之間的有效連接。若無法保證建筑結構構件設計達到規范要求，可能會出現大量數據丟失的情況。所以，在建筑結構設計工作中，設計人員一定要對BIM技術運用中存在的問題進行深入的研究、分析，結合建筑工程實際情況及時制定有效解決措施，發揮出各個模型的最大效用。

4 結語

人們對建筑質量、舒適性的要求越來越高。建筑結構設計過程中運用BIM技術能夠提升設計質量，實現建筑行業數字化、信息化發展。設計人員需要充分了解BIM技術，關注建筑結構設計過程中BIM技術運用的關鍵，促進BIM技術在建筑結構設計領域中獲得更多、更深入的運用，保證建筑設計工作的整體性，同時具有更高的科學性、藝術性。