BIM 技術在建筑結構設計中的合理運用

聶詩茂

（貴州開放大學（貴州職業技術學院），貴州 貴陽 550003）

在建筑工程項目中應用BIM 技術可以通過動態控制、三維模型建造等手段來優化建筑結構設計，促使結構設計方案更加完整且具有合理性和可行性。

1 BIM 技術概述

伴隨著現代社會電子信息技術的發展，先進的科技與各種傳統行業之間充分融合形成了新的技術和行業輔助手段。BIM 技術是將建筑工程項目資料數據化后以三維模型的形式來展現建筑結構的一種工程技術，以計算機作為載體來實施動態化模型構建和參數設計，能夠極大程度地避免結構設計方案中出現重復施工、交叉設計等問題。BIM 技術最為鮮明的優勢就是能提高建筑項目的建設效率和項目可視化，在建筑結構設計中相關人員需要充分挖掘BIM 技術的各種功能來提高設計安全質量與可行性，借助三維模型來發現其設計方案中存在的不足并將其優化完善。BIM 技術最初起源并非在國內市場中，因此我國相關的數據資源庫建設尚待完善，這也致使BIM 技術在建筑行業中的實際應用存在不少限制條件[1]。

2 BIM 技術對建筑結構設計的重要性體現

2.1 BIM 技術應用在建筑結構設計中的必要性

BIM 技術將傳統的二維結構設計帶向了三維立體空間中，其可視化的優勢使得設計人員能夠更加全面地觀察建筑工程結構設計的模擬運行情況，以此來提高結構設計的準確性與可行性。并且，隨著我國社會經濟的進步發展，民眾在大量信息的沖擊下對建筑工程項目的設計與施工環節有著自己的想法和需求，尤其是建筑結構的設計作為決定施工建設方式的主要環節，更需要利用BIM 技術來強化其設計科學性和有效性。建筑企業要想合理控制建筑項目的質量與效率，就應該在結構設計階段緊抓其工作質量，充分融入BIM 技術來建立建筑項目的三維立體動態化模型，然后將設計圖紙中的數據與三維模型中的數據進行比對分析以避免誤差，最終高質量完成建筑工程項目的科學性結構設計[2]。

2.2 BIM 技術在建筑結構設計中的功能體現

就目前的建筑工程施工情況來看，建筑結構設計從傳統的二維設計或CAD 簡易模型制作方式轉向了更加先進的三維設計方向，BIM 技術在動態化建筑結構設計模式中承擔了關鍵角色。BIM 技術具備著對數據信息等資源的高效收集與整合功能，所以BIM 技術可以借助這項功能來搭建大規模的信息數據共享資源庫，將與建筑項目結構設計的所有信息進行歸納整理以提高方案圖紙的設計效率，建筑企業的各部門之間也能借助共享資源庫來加強信息交互環節，減少由于數據信息不足或錯漏等情況而出現的問題。

另外，基于BIM 技術下的建筑工程項目設計可以實時修改調整，修改前后的圖紙方案都會在系統中保留相關記錄，以此來不斷優化和檢驗建筑結構設計方案，幫助設計團隊中的工作人員更好地處理交叉任務、重復性工程設計等問題，還能方便為后續的結構設計提供信息支撐，幫助建筑工程的整體結構設計更進一步的完善[3]。

3 BIM 技術應用在建筑結構設計中的現狀

BIM 技術是利用實際數據信息來收集與反饋建筑結構設計中的信息資料，然后再依據用戶的操作應用來完成動態模型結構的模擬。在實際應用BIM 技術的過程中，設計人員首先考慮的是其結構設計方案的安全質量，然后才是建筑結構設計的可行性等情況，這其中涉及的參數非常復雜且繁多，一些設計人員就容易由于對一些影響參數考慮不完全以至于結構設計方案存在問題，特別是建筑材料自身所產生的荷載力等關鍵性參數，是關乎建筑結構設計基礎質量的重要影響因素。

除此之外，盡管BIM 技術在我國建筑工程結構設計領域具有相當廣闊的發展前景，但其中存在的不少問題尚待解決。有部分建筑企業使用的工程模型數據信息不統一導致設計效果無法很好地展現出來，在實際現場施工環節很容易出現模型浪費與重復等問題，可企業之間出于個人利益而難以統一模型標準；另外就是BIM 技術并沒有完全在國內普及，不少建筑結構設計人員對BIM技術的認識局限于三維建模的程度上，沒有深入分析挖掘BIM 技術的優勢自然就難以將其應用于實際工作中。BIM技術其實質上是指一種設計理念，旨在聯合工程項目中的所有人員在統一的建筑模型數據庫下開展項目建設，而我國目前在BIM 標準上的研究正在持續進行中[4]。

4 BIM 技術在建筑工程結構設計中的具體應用

4.1 利用BIM 技術來監控結構設計實施情況

建筑工程的建設涉及項目眾多且極其漫長，整個工程需要嚴格的方案設計與現場管理來指導施工作業的完成，如果工程項目設計方案不具備科學合理性與完整性，就會直接影響現場施工的建設質量與效率，對于建筑企業帶來最明顯的負面影響就是工程造價成本投入的增長和企業形象的破壞。以BIM 技術來全程跟蹤監督建筑項目的施工作業環節，可以利用現場實際數據信息來搭建參數資料共享系統，當建筑施工時某一參數出現變動就能通過BIM 技術及時發現相關參數的變動情況，以便于現場工程師參考有效的數據來更好地指導施工人員開展工作，提高建筑結構設計的科學性和可行性，并且還能幫助施工現場完善其管理體系建設，促使建筑工程項目能高質量、高效率的滿足業主對建筑使用性能的需求。

4.2 通過虛擬模型完善設計方案

BIM 技術通過相關軟件來實施建筑工程的三維動態模型創建，在這一過程中結構設計人員可以更加全面地了解結構方案的設計數據信息。過往的建筑結構圖紙設計如果要改動某一部分結構，需要從整個建筑結構設計方案上分析改動部分對整體的影響，其工程量所造成的時間與精力消耗非常高，多次反復的修改很有可能導致建筑結構設計逐漸超出預算成本或是偏離設計初衷。應用了BIM 技術的建筑結構圖紙設計只需要保證設計人員錄入參數的準確性就能得到模擬情況下需要調整改進的參考建議，極大限度地降低了建筑結構圖紙的設計與繪制難度[5]。

虛擬模型的數字化演示并不是BIM 技術的主要目的，關鍵在于建筑結構設計處于真實模擬環境下各項目使用性能的評估和試驗，常見的評估與試驗多出現在建筑結構的受力、多種抵抗性能的設計等等。這項技術對于越來越多的復雜型建筑和高層建筑的結構設計與施工建設提供了更便捷的信息處理手段，可以讓設計人員從整體角度看待建筑結構設計，同時還能將每個項目放大來研究細節處的結構設計。通過BIM 技術搭建的三維立體模型還可以優化建筑結構設計中管線等系統的安裝，強化不同項目中的細節設計以提高建筑結構設計的科學性。

另外，在針對建筑結構設計方案的動態模擬中可以幫助設計人員更加直觀地掌握建筑物在不同應力情況下所造成的損傷，類似于地震、洪流等碰撞或震動應力的模擬影響都是傳統平面設計無法實現的，結構設計人員能依據模擬環境下結構設計展現出的性能實施進一步的優化。

4.3 BIM 技術的應用思路探索

建筑工程結構設計主要是基于理論情況下進行的概念設計，其實踐操作展現在建筑工程的現場施工環節中，如果沒有三維模型的模擬試驗就只能依靠人工去預設建筑結構設計方案的可行性，所以有必要通過一定的應用思路來推動BIM 技術更好地在建筑結構設計里發揮其作用。

其一，結構設計團隊需要利用指定平臺來開展協同設計，建立相關資源數據共享庫來輔助團隊成員進行建筑結構模型的設計，以便于及時發現結構設計里存在的漏洞或缺陷并進行調整修改。

其二，結構設計人員應該積極主動地發掘BIM 技術的各種功能，提高設計工作質量與效率的同時直觀明了的為非專業設計人士展現建筑結構的預設效果，強化建筑施工企業與投資企業或業主之間的溝通交流，面對投資企業與業主在建筑性能上的需求也可以做到及時改進和完善。

其三，借助可視化的三維模型技術相較于單調的平面數據信息更能幫助工程師理解設計人員想要呈現的效果，兩者之間借助三維模型進行互動溝通可以極大程度減少結構設計臨時變更的情況發生。

其四，BIM 技術作為依托互聯網實施的工程技術，能有效保證建筑結構設計中的數據信息準確性，用科學的方式來盡量避免數據的錯漏或缺失，不僅能保障建筑結構設計的基礎質量，還能實現對建筑企業造價成本的控制與市場競爭力的提升[6]。

4.4 BIM 技術下的可持續性環保設計

現代社會對于可持續發展的環保理念十分推崇，這一理念在建筑結構設計中同樣也應該貫徹到底。綠色環保設計相對來說要求較高且影響因素復雜，因此建筑結構設計人員需要事先調查并收集建筑場地周圍的地理地質條件等綜合數據，然后基于精準的數據信息來展開有效分析，再利用BIM 技術對建筑結構設計進行模型建設。

譬如說，設計人員可以運用BIM 技術來研究建筑物在采光、通風等方面的節能降耗情況，在適宜人體居住的范圍內充分利用各方面抗性性能優秀的材料實施結構設計，把經濟效益、社會效益與生態環境效益統一結合起來，以提高建筑物的使用感受并實現對周圍環境的保護目的。

4.5 BIM 技術下對鋼結構模型設計的影響

鋼結構是很多建筑工程項目中所普遍應用的基礎結構設計，這一部分結構在設計時需要將零散的鋼結構合理連接起來，在綜合考慮不同鋼結構的參數信息后實施科學有效的連接設計以保證其運行效果，這項工程任務較為復雜繁瑣。BIM 技術可以自動調整鋼結構模型設計中的參數信息和間距來實現穩定的結構設計，能夠幫助提升鋼結構設計效率并且優化鋼建材的材料利用率[7]。

4.6 BIM 技術下的建筑結構設計管理工作

利用BIM 技術輔助建筑結構設計管理工作可以拉近各部門之間的距離，實現協調統一的工作氛圍。因此建筑企業有必要強化內部管理機制的建立和完善，破除企業員工的拖延、懈怠等消極思想，BIM 技術能夠協助建筑企業開展日常管理工作并完善權責統一機制，幫助建筑企業及時發現并剔除干擾建筑項目施工進程的人員，進而肅清建筑企業的不良風氣和提高統籌管理水平。

4.7 BIM 技術能優化建筑結構設計的招投標環節

建筑結構設計的招投標環節中建筑企業需要耗費大量時間和精力來整理相關材料，而BIM 技術就可以通過工程項目中的實際參數來直接展現建筑結構設計的合理性，簡化了建筑企業為體現結構設計方案而準備繁復資料的過程。并且，在招投標環節往往容易出現不少利益上的競爭與糾紛，建筑工程項目涉及的眾多環節通常都是由不同企業來承包開展的，如果招投標環節中出現任何問題都會影響到建筑項目后續的施工建設與成本投入。BIM 技術以科學、客觀的角度反映出項目內各項資源的利用程度，可以盡量避免資金、材料等資源的浪費與糾葛，維護建筑工程施工建設過程中的和諧氛圍[8]。

5 結語

隨著現代化進程的不斷加快，我國城市中各類復雜型建筑、高層建筑等施工難度較高的工程項目不斷涌現，這對于建筑項目的結構設計提出了更高的要求。總而言之，我國建筑工程的結構設計人員有必要順應現代社會的技術發展情況來調整固有的工作模式，充分利用BIM 技術去推動建筑結構設計工作的信息化，利用互聯網來實現各項資源信息的共享并加強設計團隊的合作效率，進而提升結構設計方案的合理性和可行性，深入落實建筑項目的建設安全質量與節能降耗性能。