BIM技術在建筑結構設計中的應用探討

彭曉宇

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

隨著我國經濟的快速發展和城市化進程的不斷加快，一座座大型建筑物拔地而起，部分建筑物結構復雜，這對建筑結構設計提出了更高的挑戰和要求。BIM技術應用到建筑結構設計行業，可以構建更加高效、科學的建筑結構模型，提升建筑工程的設計質量，確保建筑施工更加安全高效，有效提高建筑施工效率。

1 BIM技術的優勢

1.1 BIM技術具備極強的可視性

運用BIM技術的建筑結構設計，打破了傳統的建筑結構設計的二維圖紙形式，將所有的結構信息通過計算機匯總以三維立體的形式展現在人們的面前，通過3D的形式將建筑結構設計方案體現在設計者的眼前，極大地提高了建筑結構的設計質量，同時也完整清晰地模擬了工程建筑的全過程，有利于工程設計人員對相關設計方案進行針對性的修改，保障了建筑結構的整體安全。

1.2 BIM技術具備極強的協調性

BIM技術將會全程參與到建筑結構的設計的各個環節中，并將相關數據進行整理匯總并最終形成信息模型，在此過程中，BIM 技術會將各個部門聯系起來，使其成為一個高效運轉的整體，打破了傳統建筑結構設計中部門各自為戰的情況。BIM技術具備極強的協調性，能大大提高建筑結構設計人員的工作效率。

1.3 信息集成化

BIM技術在建筑工程中的有效應用能夠對建筑材料以及建筑結構的實際尺寸、結構、數量、大小等具體的數據進行集成化處理，這種信息集成化的特點，有效地減少了建筑施工圖紙在設計方面的流程和操作步驟。通過3D建模來將建筑項目中的幾何模型緊密地建立起來，提高了傳統圖紙和虛擬模型之間的聯系，幫助相關人員更好地對建筑結構產生了解。

1.4 信息共享

BIM技術的另一項重要功能是實現建筑結構數據信息的交換與共享。利用BIM軟件，建筑結構設計人員可以以模型封裝的方法把建筑結構設計結構圖錄入數據庫中，其他工作人員在進入數據庫進行查看時，就可以非常方便快捷地利用結構模型中的全部數據信息。根據不同的建筑結構設計圖，建筑結構設計人員可以充分參考其他科學的設計理念并應用到自己的建筑結構設計中去，根據自己設計的建筑物特點及建筑用途，適當地對設計方案予以調整和優化，使建筑結構設計更具有整體性、科學性。近年來，隨著互聯網技術的快速發展，云計算、物聯網、大數據技術相繼涌現，為BIM技術的快速發展創造了更加便利的條件，通過BIM技術和數據模型的資源共享，能夠使其在建筑結構設計上的協同配合作用得到更好的發揮。

2 BIM技術在建筑結構設計中的具體應用

2.1 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。

2.2 建筑結構模型的參數化應用

在建筑結構模型中，常見的結構構件有基礎、梁、柱、板、墻等，傳統的建筑結構設計，設計人員需要花費大量的時間及精力在這些結構構建的繪制與信息匯總中，使得設計工作量相對較大。而BIM技術具有強大的參數化功能，可以進行三維模型及模型相關信息的參數化表達，將二維設計中的點、線、面等元素轉化為三維設計中的梁、柱、板、墻等結構構件，并且應用“族”概念，將重復的結構構件統一結合起來，將同族結構單元的幾何信息、邏輯信息、材料屬性等參數信息包含在同一族內，并且將個體構件的所有特征，構件、構件之間的簡單或復雜關系集中起來，讓數字化的構件模型與現實中真正的構件結構一一對應。在BIM軟件中，只需選擇相應的構件族，設置其實例參數，然后根據軸網坐標將其放置到指定位置即可完成該建筑結構的BIM模型創建，后續再根據需要搭建主體BIM模型，提高設計工作的效率。另外，BIM技術的參數化功能還可提高設計工作的修改效率。參數化的BIM模型，其信息均保存在軟件數據庫中，這一參數化的形式數據庫，具有強大的參數修改功能，設計人員提出結構設計時的文字、符號的任何修改時，BIM數據庫都會隨之改變，然后迅速地在BIM模型中表現出相應的變化，保證了BIM模型與相關參數數據的協調一致，通俗來說，就是可進行聯動修改提高設計修改的效率。

2.3 BIM技術中的鋼筋表達

鋼筋表達指的是鋼筋混凝土框架在BIM建模中的三維虛擬表現，可以得到準確的鋼筋尺寸與定位，可視化隱蔽工程，感受建筑結構的真實信息，進行混凝土鋼筋的算量。但同時，當前建筑結構施工圖均為平面圖，以及受目前計算機硬件設備的限制，建筑結構模型鋼筋的表達方式會有所不同。目前BIM技術中主要采用實體與詳圖表達鋼筋以及平法注釋表達鋼筋兩種方法。實體與詳圖表達鋼筋可以對鋼筋的信息進行三維立體表達，便于確定鋼筋的位置、形式、尺寸，并且通過三維視圖隱蔽阻擋鋼筋的混凝土參數，對隱蔽部位的鋼筋信息進行觀察。但這種表達方式對電腦硬件要求十分高，比較占用施工圖紙，設計工作量較大。而平法注釋表達鋼筋則是進行構件的鋼筋信息賦值，使其與構件形成一體，并通過注釋進行提取和交換分析，其優點是可以在一張圖紙上表達多個鋼筋信息，圖紙簡潔，缺點則是需要進行三維效果想象，表達沒有實體詳圖表達那么直接。兩種表達各有優缺點，實際設計時可根據工程需要進行選擇。

2.4 在綠色設計中的應用

綠色設計是目前建筑結構設計活動當中所提倡的理念，也符合目前消費者所追求的低碳消費，而綠色設計的難度也是比較高的，設計過程當中的影響因素也比較多。在設計活動當中，設計者可以充分利用BIM技術，對建筑物的節能性能進行全方面的研究和開采，尤其是在建筑物采光、通風以及日照等方面，在這個過程當中必須要結合人體對于環境舒適度的數據，要從人體最佳體驗感出發。比如在屋頂設計活動當中，可以充分利用保溫、蓄熱系數比較大、隔熱效果明顯的材料，在冬季提高室內的溫度，在夏季可以很好的隔離外界的熱度。通過提高建筑物這方面的信賴，讓人體減少對各種電氣設備的依賴，比如說風扇、空調以及暖氣設備等等，從而達到節約資源，綠色生活的目的。

3 結語

總體來說，我國在BIM技術的應用方面已經體現出了良好的效果，但是在實際中仍然存在較大的發展空間，需要相關的專業人員來對其應用進行不斷的優化及分析，提高BIM技術在建筑結構設計中的應用水平。