建筑結構設計中BIM 技術的應用

逯曉強

（廣州市住宅建筑設計院有限公司山西分公司，山西太原 030000）

現階段，BIM 技術在建筑行業中得以廣泛應用，該技術具有可視化、參數化、仿真化功能，可顯著提高建筑工程管理控制水平。建筑結構設計和建筑工程管控息息相關，在工程結構設計中合理應用BIM 技術，可改進結構設計質量，為工程作業的順利發展奠定堅實的基礎。

1 BIM 技術概述

BIM 技術融入了建筑學、工程學、土木工程等專業知識，是建筑設計和施工中不可或缺的工具。建筑信息模型中應用了三維技術、計算機技術、物件導向技術，可結合現場概況和工程要求創建系統模型，為工程結構設計提供強大的技術支持。在建筑結構設計中應用建筑信息模型，能科學分析結構性能、連接概況和工程材料，設計人員也可獲取更加全面和可靠的數據信息。

2 BIM 技術在建筑結構設計中的主要功能

2.1 模型集成

BIM 技術可量化處理工程設計中的數據信息，在結果信息整合的過程中，認真探究結構設計中所需的信息化模型，如圖1 所示。BIM 技術在模型集成過程中的應用可生動地展現建筑結構多個構件間的位置及空間信息和不同構件間的聯系，更好地展現建筑結構的特點。應用BIM 技術能夠基于建筑模型，清晰、生動地展現設計的理念和設計的最終效果。設計人員可合理利用BIM 的特點和優勢更加詳細地了解建筑結構，保證設計數據和結果的科學性和準確性，有效預防設計工作中由于人為失誤而影響工程施工進度和質量。

2.2 參數整合與編輯

建立建筑模型數據庫，實現參數的量化處理是BIM 技術的重要功能，該技術可推動建筑模型數據庫中模型創建工作的順利開展。因此，在建筑結構設計中，整合與編輯BIM 技術是核心重點。BIM 技術在參數確定和組合時，需滿足建筑結構參數的要求，注重模型應用的科學性與合理性，確保工程設計效果滿足設計方案的要求，全面提高設計工作的質量。

圖1 模型集成

2.3 數據信息共享

建筑結構設計過程中，需參考不同類型的信息數據，傳統設計軟件信息共享和信息交換的效果不佳，應用BIM 技術能夠最大限度解決上述問題。設計人員可在BIM 技術和模型的支持下，將所有重要數據均錄入數據庫當中，其他人員若需查詢數據信息，可訪問數據庫，進而獲取結構設計中所需的數據信息。建筑結構設計中，設計人員也可全方位參考其他設計設計者的設計成果，為自身的設計工作尋找靈感，合理調整和修改設計方案，增強設計方案的科學性與合理性。

如今，互聯網技術日益完善，大數據和云技術的應用也體現出BIM 技術的安全信息管理功能。BIM 技術的數據共享功能，可顯著提高建筑結構設計的整體水平，這有助于后續作業的順利開展。

3 BIM 技術在建筑結構設計中的應用

3.1 建筑場地分析中的應用

建筑結構設計內容較多且極其復雜，工作人員一方面要認真分析建筑主體結構，另一方面也應認真分析建筑施工場地的地理環境、水文地質環境，從而增強結構設計的科學性和可靠性。BIM 技術不僅有助于建筑結構的合理性分析，也可支持設計前期建筑場地地質及水文環境分析，應用BIM 技術能夠在動態數字信息的基礎上，探究建筑結構在既定地理水文環境條件中的盈利情況。此外，BIM+GPS 技術，可有效落實建筑場地分析，確定建筑的體系結構，同時也有利于建筑選址的科學決策，確保建筑結構設計與工程施工現場的水文、地質和氣候條件相適應，為建筑工程后續施工作業的順利進行奠定堅實基礎。

3.2 創建結構模型中的應用

建筑設計中，若想創建科學合理的結構模型，則需充分利用BIM 技術的功能和優勢，基于模型更加準確地描述梁體、柱體和樓梯等重要的結構信息，進而為后期工程施工作業提供更詳細和全面的信息。例如，在墻體結構中，要認真分析墻體結構模型創建的總體思路。首先，定義建筑實體，全面掌握結構概況。其次，做好建筑結構模型信息關聯和融合處理，以此密切模型與建筑實體間的聯系。最后，定義墻體。在建立結構模型后，合理利用和管理建筑空間，實現樓層與墻體相互關聯的總體目標。

3.3 創建部分結構模型中的應用

創建BIM 部分結構模型時，會涉及諸多內容，如工程成本、工程材料、工程規格等信息。現階段，BIM 模型可全面滿足構件的多種屬性。如在墻體設計中，為定義墻體關聯關系，BIM 模型中的構件需要使用多種材料。而墻體也是建筑當中十分重要的構件，上面也提到墻體的構成具有復雜性，主要由結構層、隔熱層、墻面和外墻面磚構成。為保證關聯的效果，要求工程人員先定義材料屬性，了解材料的性質和特點。隨后定義集合實體、分層實體和使用實體，并依據材料關聯實體，使墻體與墻體材料相互關聯，如圖2 所示。

圖2 墻體樓梯樣板模型

3.4 創建關聯性結構模型中的應用

對稱性關聯下，如果對主實體進行調整，則梁實體也會發生變化調整，反之也是一樣。設計人員在結構設計的過程中，應充分考慮個體間的關聯。BIM 模型可有效體現結構的關聯性，也可更加直接地展現信息的關聯性。其中，非對稱關聯主要指兩個實體間的主從關系。這種關系是指修改主體后，建筑實體也會隨之發生變化，但是對結構主體幾乎沒有影響。例如，墻體和洞口，墻體為實體，洞口為主體。洞口依賴于墻體，如拆除墻體，也要同時拆除洞口；如拆除洞口，則無須拆除墻體。切斷二者的關聯關系是上述過程的主要影響。關聯墻體與洞口結構能夠建立二者間的實體關聯。

對稱性關聯也是一種十分重要的關聯形式，是與非對稱性相對得到的兩個實體之間所形成的關系。若其中一個實體發生變化，則另一個實體也會發生相應的轉變。如建筑結構梁柱關聯中，基于建筑構件關聯梁、柱實體，若調整主體，則梁實體也會發生十分明顯的變化，反之亦然。

3.5 建筑結構性能分析中的應用

建筑結構設計并非羅列建筑結構框架，主要是使建筑結構具有審美性的同時，也具有優良的抗震性能。如無法維護工程結構的穩定性和安全性，則需優化建筑結構設計，從而滿足建筑工程的規范和要求。結合過往的經驗，若開展建筑結構性能分析，需要較長的時間，而且也會投入大量的人力、物力和財力。同時，在分析過程中無法保障分析結果，這主要是由于人的主觀性較強，或者無法嚴格按照規范要求完成各項工作，相應的也就不能維護結構性能分析結果的準確性和可靠性。合理利用BIM 技術，可充分展現性能分析軟件的作用與價值。自動化分析模式可最大限度地減少結構設計失誤，若在結構設計中發現不足之處，可第一時間采取有效措施加以控制和調整。

3.6 建筑結構協同中的應用

利用BIM 技術可實現建筑工程數據信息的及時更新，也可及時增加和刪減信息。為有效減輕數據信息對設計的影響，首先要對不同區域采取不同的設計措施，防止工程結構設計中出現信息無序的問題。其次，在模型中可設置中性數據，這樣即使設計人員較多，也不會在數據交流中出現明顯的問題。在協調工作中要求人員高效整合所有的重要數據，利用統一的平臺做好信息分析和處理工作，從而增強建筑結構設計的協調性與合理性。

4 結束語

BIM 技術在建筑結構設計中的應用極大地提高了結構設計效率，在完善建筑結構設計的同時，也可為我國建筑行業的穩定發展奠定堅實基礎。在具體設計工作中，應注重BIM 技術在結構協同、結構性能分析、場地分析和結構模型中的應用，以此加強整體作業的規范性，促進建筑工程的高質量完工。