基于BIM的建筑結構設計方法研究

谷宜豪（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077）

由于建筑領域直接關乎社會大眾的安危與舒適度，建筑領域一直處于高速狀態進行發展。但在發展速度過快后逐漸發現很多問題，而且這些憑借傳統技術無法實現切實處理，這時建筑領域開始將重點放在BIM技術上，只要在建筑結構設計中靈活落實BIM，就能深入其中找出建筑結構之中隱藏的安全風險，在這些風險完全排除后，社會大眾的安危就不會受到威脅，建筑舒適度也會有所增長。

1 基于BIM建筑結構設計的價值

BIM模型即三維建筑工程信息數據模型，是基于三維建筑數字信息技術的一種新型計算機信息技術，能夠依據模型相應的建筑工程設計數據，構建建筑工程數據模型，并在建筑工程項目整體建設的工程設計、施工等各個環節之中發揮重要指導作用。可以輕松實現對所有建筑全面使用數據的實時展現，其中還具有數據動態實時更新數據管理的強大功能，不僅是它能夠有效確保所有使用建筑全部數據的充分動態展現，同時還能夠對建筑數據模型進行及時自動更新，對模型數據進行自動優化調整，大大提高的建筑工作效率及建筑工作管理質量。除此之外，BIM建筑技術的迅速出現及廣泛應用，使整個建筑業所有結構生產技術部門都基于同一個新的建筑技術模型進行工作，為整個建筑業的結構設計人員提供了統一的建筑技術應用平臺。同時，運用這一信息技術所設計構建的建筑模型，包含了大量的建筑設計參數信息，工作人員僅僅只需對其中的基本信息和設計參數數據進行手動修改，就已經能夠輕松實現對建筑整體結構設計的自動調整，真正完全實現了現代建筑主體結構的信息參數個性化整體設計。

2 基于BIM建筑結構設計的現狀

當前，隨著現代建筑行業的快速健康發展，社會對于現代建筑工程的結構施工設計要求也逐漸地提高，同時，對于現代建筑工程結構也逐漸提出了更高的設計要求，而現代建筑工程結構的施工設計管理過程也逐漸變得更加復雜，并且在進行現代化的建筑工程結構的施工設計管理過程中，以往一些傳統的施工設計管理方法已經根本無法真正起到有效地防范作用，反而將其自身的一些問題逐漸地暴露下去出來，進而對現代建筑工程結構的施工設計過程產生了不良的社會影響。

社會進步時代的經濟發展技術進步大大提高了當今人們的精神生活品質，也使得當今人們在精神物質生活品質上的提高要求越來越高，其中也特別包括專業建筑物，不僅特別要求整個建筑物必須具有美觀的整體外形，還特別要求整個建筑物的整體內部結構及室內空間功能分布都具有一定的美觀性及經濟實用性，這也大大增加了專業建筑物的結構設計從業人員的工作難度。近年來，建筑工程的立面主體形式結構變得愈加復雜，導致許多建筑主體結構設計工程師在研究設計各種建筑主體結構的整個過程中，需要重新想象比以往更為復雜的各種建筑結構空間。

3 基于BIM建筑結構設計的方法

3.1 準備設計方法

相關項目設計工作人員，在對一個建筑施工結構項目進行總體設計之前，需要對一項建筑工程及其施工結構所在地的各個環節情況，進行深入的專業了解與實地考察，對建筑施工結構所在地，自然水文、地形、地質等各種多方面情況進行詳細的調查勘測，以此才能獲得準確的勘測數據分析信息，而新的BIM勘測技術也同樣可以廣泛應用其中。相關設計工作人員不僅可以直接利用BIM中的可視角變化功能特點，對整個建筑工程結構施工前期所在地的外部環境情況進行實景勘察與設計分析，并將建筑施工過程所在地的自然地形、地貌等外部環境的各種具體情況實時呈現顯示出來，這樣便可根據這些具體信息對整個建筑工程結構的前期設計要求進行全面、合理地設計分析，保證整個建筑工程結構的前期設計施工質量。

3.2 流程設計方法

BIM在建筑結構設計中的運用，能夠實現3D設計，通過計算機技術，實現對建筑信息在三維空間中的有效體現，而在這一過程中，工作人員應先實現建筑項目設計流程的構建。在建筑方案階段，結構工程師需要與建筑工程師進行充分溝通，從建筑功能、結構力學等方面，對結構設計進行分析，并運用BIM技術展示設計結果，與各專業工程師對設計進一步地調整。在初步設計階段，工作人員可以將建筑相關數據導入到BIM軟件的新建結構樣板中，從而構建三維立體模型。隨后，工程師通過在平面結構中對構件進行布置以及在相應建筑模型中的檢驗，實現優化設計，避免構件碰撞沖突情況。并在結構模型完成后，運用有限元件分析軟件進行試算，運用BIM數據交換接口，實現數據的直接轉換、更新和修改，避免重復建模，提高模型更新速度。在施工圖階段，工作人員需要將設計內容反映到二維圖紙上，運用BIM軟件中的平面視圖轉換功能，實現對施工圖的轉換。而在后期圖紙變動中，仍然在三維圖形中進行變更，從而實現對所有視圖構件的修改。

3.3 空間設計方法

科學合理的整體空間規劃設計，能夠有效提高整個建筑物內結構的設計質量，而對于建筑物內結構的整體空間規劃則，主要包括：考慮建筑物的內外室內空間結構分布、建筑物的整體外觀等，BIM設計技術能夠在充分集合各種建筑工程各種立體數據統計信息的根本基礎上，將建筑初步設計時提出的各種建筑立體結構設計方案進行構建，并形成完全可視化的各種建筑立體結構模型，相關工程設計工作人員則不僅可以通過觀察各種建筑立體結構模型，對其整體空間規劃及資源分布利用情況可以進行科學有效的設計分析，同時還要充分考慮整個建筑工程的整體功能性，進而可以促使進行建筑工程結構的整體空間規劃并使設計方案最終達到最佳設計效果。

3.4 建模設計方法

BIM這項技術本身其實就是一種有效建模設計技術，將其廣泛應用于我國建筑工程結構的有效建模設計過程中，則不僅能夠有效實現我國建筑工程的三維立體結構模型的有效建模構建，進而能夠促進我國建筑工程結構設計技術有效性的大大提高。BIM這種技術應用能夠將整個建筑工程結構的整體設計方案從二維立體平面的信息展示設計狀態形式轉變為了成為三維立體的信息展示設計狀態，這樣不僅大大提高了整個建筑工程結構的整體可視化展示程度，而且也為所有參與工程設計的建筑相關從業人員自身提供了更為直觀的整體建筑結構模型，使得他們不僅能夠對整個建筑工程的整體結構設計信息及建筑空間布局設計規劃一個更為明確的整體認識。不僅如此，BIM這種技術方案中的碰撞檢測技術能夠及時發現整個建筑主體結構設計中不合理的部分，并希望能夠及時檢測并找出其中部分存在的安全問題，相關建筑設計工作人員也希望能夠充分利用碰撞檢測這種技術手段對整個建筑主體結構設計過程中的存在問題部分進行及時修正，保證整個建筑工程的后期整體設計質量。

3.5 構件設計方法

在現代建筑工程中的結構設計中，構件設計族主要類型包含板式結構構件基礎、板式結構樓梯等。其中，鋼結構和各種預制建筑構件在各種建筑工程設計項目中十分常見，主要廣泛應用于各種工業工程建筑中，而高層住宅等各類工程建筑中，一般也都會盡量選用這種現澆鋼筋混凝土預制構件。設計施工人員可能需要根據不同工程實際設計需求隨時進行不同結構型和構件族的設計選擇，以大大提升工程設計施工效率。除此之外，還有必要同時加強，對這一關鍵技術的研究開發和應用研究，提升其各項應用功能，以利于優化大型建筑物的結構設計管理工作。

3.6 碰撞設計方法

有效的裝備碰撞條件分析技術能夠有效減少裝備設計變更，降低設備工程維護成本。而BIM則是在粒子碰撞物理分析過程中的重要運用，則實現了信息的充分共享和協同設計，能夠將建筑中復雜的空間幾何關系充分展現出來，實現有效的碰撞分析檢查。

例如：在某高度為25m、總面積在17953m2的通信機房設計中，設計人員運用了BIM技術進行碰撞分析。通過直接在軟件建筑結構模型上對管線構件布置進行自動布置，從而實時獲取文件相應的建筑結構力學計算原理模型，工程師可以通過手動連接管線文件，對管線設備及相關管線文件進行自動布置，并通過對監控中心管線文件如何修改運行狀態的自動監控，及時分析獲取文件相應的管線變動條件情況。在碰撞分析中，運用BIM技術構建了建筑模型，并在碰撞檢查中及時發現了設計中的問題。工作人員立即對這一問題進行優化，從而避免了后續施工中的圖紙變更等問題，大大節省了工程成本。由此可見，BIM技術在結構設計中的運用是行之有效的，還需要工作人員在結構設計工作中加強運用。

4 結語

總而言之，BIM在建筑結構設計中的落實水平，可以直接決定建筑結構的最終質量，所以施工單位在開展基于BIM的建筑結構設計之前，最好先行了解BIM對于建筑結構設計的具體價值。除此之外，在開始建筑結構設計工作時，需要注意BIM在準備、流程、空間、建模以及碰撞等多方面的設計方法，保證基于BIM的建筑結構足夠合理，從而促使現代建筑的實際質量得到持續強化。