探析BIM技術在建筑結構設計中應用

王守昶

呼和浩特華德工程設計咨詢有限責任公司 內蒙古 呼和浩特 010010

引言

科技的創新發展使得建筑業朝著技術化與現代化的方向發展。新的時代背景下，科技創新帶來更多的技術創新成果，這些技術創新成果也有效地應用于各行各業，包括給建筑業帶來運行效率和質量的整體性提升，也包括現代建筑結構設計的持續優化。BIM技術就是其中之一，既提升建筑結構設計質量，又帶來建筑結構設計布局的規范化，更在與其他技術手段結合的情況下帶來高質高效的結構設計。因此，BIM技術在現代建筑結構設計中的應用推廣具有必要性。

1 BIM技術概述

作為一種現代建筑結構設計輔助技術，其本質上是建筑信息模型，起源于美國。BIM是集合了物理和功能性的數字表達，也倡導知識資源的共享，基于現代建筑結構設計的不同階段，可以實現BIM技術指導下多元化信息的提取更新與修改，帶動各環節的協調作業。建筑業中的BIM技術應用更趨成熟，特別是在一些西方發達國家。改革開放以來，我國建筑業發展迅速，BIM技術的應用也更為深入，特別是在高層建筑結構設計中發揮了巨大作用。BIM技術帶來現代建筑結構設計的精準化，降低設計成本，縮短設計周期，確保結構設計質量和時效[1]。

2 BIM技術的三大特點

（1）可視化。BIM技術具有可視化優勢，其直觀顯示建筑工程師的設計理念，并直觀呈現建筑模型三維結構，為建筑模型分析調整提供技術支持。建筑結構設計離不開充分的建筑結構分析，在BIM技術支持下，直接在線調整建筑模型三維結構，多維度觀察分析，提升設計修改效率，節約成本。設計師通過分析BIM建筑結構模型，對建筑結構設計缺陷做到一目了然，心中有數，調整優化建筑結構設計模型，推出優化方案，使得建筑工程結構設計細節設計到位，和建筑結構設計整體質量提升。

（2）協調性。BIM技術在建筑結構設計中發揮協調性優勢，能使建筑結構設計各個要素優化整合，建筑結構內部空間設計具有明顯的層次性與統籌性。例如建筑物內部消防系統的布局、水管線路的鋪設、樓梯間的布局設計，設計人員在BIM技術的支持下，先制訂合理的布局鋪設計劃，BIM技術對應的是建筑結構設計的整體效果，能有效地發現單項結構設計與其他項目建設的沖突，盡可能實現一次布局到位。在建筑工程中，鋼筋混凝土是主要構成，在BIM建筑結構三維模型中用特殊符號加以標記，設計時能規避鋼筋混凝土對建筑結構各模塊設計的突兀影響，追求更好的設計效果。建筑結構設計人員使用BIM技術多維度、多層次鏈接，顯示鋼筋混凝土結構平面，方便數據信息的提取。設計人員使用BIM技術填充模型及其標準化表達，確保線型、字體與外觀的整體協調，提升建筑設計結構標準度與美觀度。

（3）模擬化。BIM技術在建筑結構設計中的應用優勢也體現為其模擬性優勢的最大限度發揮。基于BIM技術，建筑結構設計理念可以轉變為效果直觀的建筑結構三維模型。其具有模擬性能，可以通過參數的調整如輸入承載力、材料比等自動生成統計圖表，幫助設計人員科學分析。建筑材料承載力與材料比計算時，可以直接將數值輸入模擬系統中，自動生成統計圖表，由此分析建筑結構設計的合理性，而模擬生成的數據可以在BIM信息共享平臺中傳播共享，讓更多的人參考，群策群力，提升建筑結構設計整體協調性。在建筑結構設計中，如管道設計、機電設計、裝飾設計、木材設計、土木工程設計等，BIM技術發揮了重要的作用[2]。

3 BIM技術在建筑結構設計中的應用

3.1 BIM技術在實現結構設計可視化中的應用

BIM技術是一種基于現代化信息技術背景下建筑設計應用，依據自身信息化的程序設計在實踐應用過程中將建筑結構的構件通過三維模型的方式直觀地展示給用戶群體，從而有效提升建筑設計信息的傳遞質量。傳統的建筑結構設計過很難直觀地將建筑結構信息呈現出來，在一定程度上阻礙著用戶獲取信息的效率。而基于BIM技術應用下的建筑結構設計在初期階段就是通過建立三維實體結構模型進行設計，借助直觀的建筑結構呈現，可以幫助不同用戶從不同角度獲取建筑結構的相關信息，對建筑構件的基本信息和功能布局有一個全面的了解。在大型建筑結構的設計過程中，設計人員會通過動態演示的方式，幫助用戶直觀地對建筑結構各部位信息進行觀測，便于設計人員選擇出最佳設計方案，并及時地發現結構設計中存在的問題，從而不斷優化和提升結構設計的科學性和合理性。

3.2 BIM技術在建筑結構參數設計中的應用

基于BIM技術應用下的建筑模型自身就是一個包含所有設計元素及信息的數據庫，依托先進的信息技術支撐，建筑結構的模型設計中各項數據參數都是緊密相連的，且具有自動關聯和修正的功能。在設計應用過程中，設計人員可以通過該數據庫中的信息資源實現對建筑工程結構模型的構建工作，同時在設計過程中對不同的參數進行相應的調整，從而確保BIM系統在建筑工程結構設計過程中可以及時地更新數據庫信息。BIM技術在建筑工程結構設計中的最突出優勢在于其可以實現高質量、高安全性和可靠性的設計信息錄入和輸出功能，科學化匹配對應的數據信息，這對于提高建筑結構設計的質量有著重要的促進作用。

3.3 BIM技術在建筑構件設計中的應用

在建筑工程的結構設計過程中，樓梯、墻體以及柱子等部位都是結構設計的重要組成部分，在建筑結構的設計過程中需要相關設計人員對整體結構中的具體構件進行科學的設計。針對現澆混凝土的工程結構，在實際設計過程中需要設計人員對建筑工程中的管線走向以及建筑物的基本功能要求進行全面的考慮，科學預防各建筑結構之間的沖突問題；而在預制裝配式建筑設計過程中，設計人員還需要綜合考慮各預制部件之間的節點和連接關系。基于此，在設計環節工作人員可以利用BIM技術對其平面圖紙進行有效的轉換，能夠及時發現具體結構在整體設計中可能存在的問題，從而科學優化設計工作，最終使建筑工程結構達到相關建筑標準設計要求。

3.4 BIM技術在鋼結構設計中的應用

隨著我國建筑工程項目的不斷增加和發展，各種現代化新型的建筑材料和結構模型也迎來了全新的突破，尤其是鋼結構，在大跨度及大空間建筑場景中應用也逐步增多，許多復雜的結構都采用了鋼結構加以實現。基于此，BIM技術也有助于相關設計人員對鋼結構設計進行建模處理，輔助解決實際施工過程中可能出現的連接問題和應用問題[3]。

4 BIM技術在建筑結構設計中的應用難點

4.1 易受外部影響

設計人員應用BIM技術進行建筑結構，設計師主要是通過建立建筑結構模型，并將建筑模型放到建筑結構分析軟件中，實現建筑結構各元素的統籌分析，并獲得建筑結構各參數的科學計算，建筑結構分析軟件自動反饋意見給設計人員，設計人員根據反饋意見進行模型的修正。信息反饋模型調整本身就是設計方案更新的過程，因此，BIM技術支持下的建筑結構設計是動態與靜態相統一的，其動態性屬性也使其很容易受外部一些因素的干擾。這要求設計人員在使用BIM技術進行建筑結構設計時，既要關注建筑模型的真實性、科學性，最大限度確保建筑模型實際應用價值的發揮，又要求設計人員做好建筑模型外部環境變化的分析，特別是對建筑設計與施工起干擾作用的因素，能統籌大局，使建筑模型設計與建筑施工實際相符合。這些干擾因素常見于建筑材料、建筑構件等，只有統籌分析，才能規避組合不當、力學特征分析不足等風險，減少設計失誤，為后續的建筑施工提供設計保障。

4.2 數據容易丟失

BIM技術指導具體的施工作業，但技術操作運用不熟練，在文檔轉換過程中，BIM技術數據模型分析不足，會出現數據丟失的問題，這在一些大型復雜建筑結構設計中更為明顯。建筑結構構件復雜，數據丟失的影響是“牽一發而動全身”，在今后的BIM技術建筑結構設計應用中，要重點關注結構分析模型與建筑工程實際物理模型的匹配問題。

5 結束語

綜上所述，當前建筑行業普遍引進BIM技術，旨在通過此技術提高建筑工程整體效率與質量，優化設計水平，降低建筑工程建設成本，減少返工情況。鑒于BIM技術在建筑結構設計中存在的應用難點，相關人員需要加強對BIM技術應用功能的拓展分析，不斷突破建筑結構設計中的應用難點，讓BIM技術在建筑結構設計中的價值得到更大的發揮。