關于BIM 技術在建筑工程結構設計中的具體應用探討

商開友

（貴州職業技術學院，貴州 貴陽 550023）

物質生活的豐裕使民眾開始追求更高質量的生活水平，對于建筑工程項目自然也提出了更高的要求，為滿足民眾的多元化需求，建筑企業紛紛將新興技術融入工程建設中以實現高質量、高效率、高實用性、經濟實惠且具有審美價值的建筑項目。

1 BIM 技術概述

1.1 BIM 技術的概念

BIM 技術是模擬建筑工程項目三維數據模型的一種信息模型技術，這項技術中能夠將建筑工程項目從圖紙設計到施工建設、運行維護等多個流程全部展現出來，具有極為鮮明的視覺效果，還能通過互聯網移動設施來處理大量的數據信息，功能強大且較為完善的BIM 技術成為現代化建筑工程項目中普及應用的關鍵性手段，帶動諸多建筑項目實現了高質量的建設[1]。

1.2 BIM 技術的特征

1.2.1 模型集成

建筑項目的結構設計人員可以借助BIM 技術將整個設計階段需要應用的各項數據信息進行收集與整合，然后依據精準的數據來搭建出完整的建筑結構三維立體數據模型。這個模型集成能夠準確顯示出建筑結構設計中各個構件的位置及其受力點，還可以模擬反映出重要構件在運行時的實際狀態，對整個結構設計的動態化模擬分析可以作為評估設計方案可行性的參考依據。建筑結構設計人員能利用BIM 技術更直觀、整體化的分析結構方案中各流程的運行情況，實現對施工效果的有效預判，從而盡可能避免建筑結構設計出現失誤導致安全事故發生。

1.2.2 協同性

BIM 技術可以為建筑企業各部門搭建一個溝通的橋梁，增強不同部門和各個流程之間的合作交流。建筑工程項目的建設復雜程度要求各項目的工作人員加強聯系來確保項目實際施工進展順利。利用BIM 技術可以提前預判建筑工程項目在施工中可能出現的問題，使管理人員能更加迅速地制定相關措施以預防問題發生。

1.2.3 信息交流的便捷性

當結構設計人員利用BIM 技術完成所有數據信息的整合后，如果需要調整部分方案，只需要在數據模型上重新優化修改即可，避免反復更改圖紙方案而造成數據錯亂、遺失等情況。

另外，當結構設計人員運用BIM 技術模擬現場施工過程時，結構設計人員搭建完成模型后就能直接根據整體模型來分析可能出現的問題，極大程度地節省了繪制、改進圖紙需要耗費的時間，進一步帶動設計效率和質量的有效提升[2]。

1.2.4 視覺效果突出

BIM技術最明顯的特征與優勢就是視覺效果突出，從多個角度來呈現出建筑工程項目的立體模型。相較于平面繪制的圖紙方案，BIM 技術下的建筑結構設計需要設計人員具備更優秀的空間思維能力和技術應用能力，這樣才能將抽象概念轉化為實際的結構設計，進而優化建筑工程施工的操作全過程。

2 BIM 技術對建筑工程結構設計的影響

2.1 BIM 技術與建筑結構的使用性能

建筑結構作為建筑項目施工中的基礎且重要的環節，需要設計人員結合施工工藝技術水平、建筑結構在施工時與竣工后所受的各方面應力等多種因素來制作方案圖紙，合理運用組合結構來分擔建筑構件承載的荷載力。在設計時就應該針對各流程、階段來評估其不同條件和不同應力的作用下建筑結構的安全質量，這樣的使用性能測試是以科學的方式去判斷建筑結構的穩定性和安全性，保證民眾能在舒適且安全的環境下長期使用建筑。因此，提升建筑工程項目的基礎建設質量需要結構設計方案對建筑使用性能進行合理構建，以滿足國家相關標準規定和民眾對建筑各方面性能的需求。BIM 技術可以利用信息手段來自動分析建筑結構使用性能以實現對人財物等資源消耗的減少，并且通過精準的數據資料來找出建筑結構設計中的缺陷和提出改進意見，設計人員就可以參考這些改善措施并按照實際需求和現場施工情況來及時調整結構設計方案，進一步完善建筑工程的各方面使用性能，從而最大化提高建筑工程項目的綜合價值[3]。

2.2 BIM 技術與建筑工程的施工場地

建筑結構設計的工作內容非常廣泛，建筑主體結構需要依據施工現場的地質環境與天氣條件等影響因素來科學分析和設計方案，這樣才能保證建筑結構設計的穩定性與可行性。而BIM 技術主要以動態化的數字信息來合理分析模擬出建筑結構在當地不同環境條件下承受的應力情況，可以為地質環境與天氣條件等因素實施科學的數據分析，從技術層面上保障建筑結構設計的科學性。

2.3 BIM 技術與建筑結構的設計方案

BIM 技術是基于平面與立體圖形的設計前提下借助信息技術不斷發展而來的，使建筑結構設計圖紙借助三維立體數據模型的形式直觀地展示在工作人員眼中，結構設計人員就可以站在整體角度來判斷建筑結構設計方案的可靠性。相較于傳統的建筑結構圖紙繪制方式，BIM 技術能夠結合施工現場情況在互聯網移動設備上及時修改調整，極大程度地提升建筑項目施工現場的建設效率，BIM 技術將復雜的建筑結構以3D模型的形式來幫助施工人員理解其結構設計，為施工人員提供了更有力的參考依據。其主要應用方式為：首先將現有的建筑工程設計圖紙通過CAD 軟件來搭建出2D 模型，然后借助Revit MEP 軟件來生成建筑結構各個區域的3D 立體模型并將其進行拼裝整合，再將現場實地勘測后的精準數據錄入軟件內形成初步的建筑結構設計模型，這個模型能展示出建筑結構中的項目交叉情況、管道線路設計、受力節點等詳細信息，幫助建筑結構設計人員明確當前設計圖紙中存在的問題[4]。

2.4 BIM 技術與建筑節能降耗設計

現代化建筑工程項目離不開節能降耗的綠色環保理念，BIM 技術就可以幫助結構設計人員提高建筑圖紙方案的節能降耗性能，結構設計人員還能依據模型和施工地點的現場情況來優化建筑項目的采光與通風等設置，進而有效提高建筑使用的舒適度。這需要設計人員進行反復的調查和試驗并按照人體的最佳體驗感受來設計建筑結構，譬如建筑屋頂結構需要強化其保溫隔熱等性能設計，以滿足民眾對建筑冬季保溫、夏季散熱的需求，從建筑物本身的使用性能上來減少民眾對各類降溫保溫電氣設施的使用，達到對各類能源資源的節約與降耗目標。節能降耗的環保設計已經成為現代建筑結構設計理念中的重要觀點，能幫助建筑行業朝著低碳環保的方向持續發展，這需要建筑結構設計人員充分利用BIM 技術來優化綠色設計以強化環保意識。

3 BIM 技術在建筑結構設計上的具體應用分析

3.1 建立建筑結構的信息模型

在建筑結構展開設計工作前，施工現場的各項數據信息對于結構設計而言是重要依據，設計人員應該事先分析場地、環境、交通等相關因素來規劃最合理的建筑整體結構設計，從和諧、審美等價值方面來強化建筑與周邊環境的聯系。顯然傳統的分析模式中容易出現主觀因素較多、數據信息的收集與整合效率太低、影響因素分析不夠完善等多個問題，因此BIM 技術可以轉變分析模式來提高建筑結構設計的合理性。將采集地理信息的GIS 系統與BIM 技術相結合可以高效處理建筑場地的大量數據信息，在較短的時間內實現結構設計中數據信息的獲取與整理，協助建筑結構設計人員優化建筑工程中各項目的布局和規劃。由于建筑工程的項目設計通常需要一個設計團隊共同參與工作，而BIM 技術就可以將不同設計人員的部分模型拼湊形成完整的建筑結構設計，這種通力合作的形式能讓設計人員之間更明確自身的工作任務，并在無形的競爭中逐漸提高自己的專業設計技能。

3.2 參數化設計的應用

BIM 技術使建筑結構設計更具備科學邏輯性與合理性，可以讓設計人員通過系統更改參數時能夠仍舊維持部分參數不變，用以約束模型設計中的參數變化情況，從而讓建筑結構設計人員更明確的掌握改變部分參數后的方案運行情況。

除此之外，BIM 技術還能針對復雜的建筑結構設計進行不同參數下的方案比對，通過有效對比來選擇出最佳方案以完善建筑結構設計，可以幫助設計人員省去重復且繁雜的工作內容并緩解工作壓力，使建筑結構設計人員更多地將關注重點放在優化完善設計方案的任務中。

3.3 更直觀的結構方案設計體現

BIM 技術的可視化優勢讓建筑結構設計具有更為直觀的體現方式，結構設計人員能夠觀察方案的動態運行效果來分析設計缺陷，以便于設計人員采取有效的預防或改進舉措，這種生動形象的展現方式同時也為非專業人士簡潔明了地顯示其結構設計情況，讓業主更詳細地了解建筑工程項目預期呈現效果。這種可視化的信息技術可以方便設計人員整體性分析建筑外形與內部空間結構的設計合理性和實用性，設計人員需要在完成建筑三維模型設計后將其導入可視化軟件來制作成模擬動畫，無論是室內結構規劃還是外觀裝飾設計都能有最直觀的動態體現，同時也有助于結構設計人員與業主之間進行良好的溝通交流，使設計效果滿足業主對建筑物各項性能的需求。

3.4 突破時間與空間局限的協同設計

建筑工程項目的建設時間過于漫長，這期間部分設計人員可能因為各種原因難以跟蹤參與設計和施工建設的全過程，或是一些結構設計方面的問題需要其他相關專業人士的參與，協同設計就成為BIM 技術中的又一優勢，基于互聯網環境來實現不限時間與空間的交流與設計，譬如說數據資源共享平臺、設計方案臨時變更的線上研討會等等。在網絡環境中BIM 技術能夠極大限度地增強建筑結構設計的時間效率，結構設計人員可以在網絡平臺上與不同地域的專業人才共同完成協同設計，以不同視角推動建筑項目結構設計工作的順利開展。在不同條件下使用局域網內部協作或廣域網協作等不同處理模式來實施對BIM 技術的合理運用，這需要建立網絡服務器并充分運用網絡協作功能以開展建筑結構協同設計，當設計團隊之間開啟工作共享后可以建設建筑項目的中心模型，儲存設計人員的所有更改信息和建筑項目的各項數據信息，設計人員在中心模型的副本中完成設計與參數更改后將其上傳至中心模型庫中，其他用戶則能在模型庫里載入其設計與調整修改情況。這種協同設計模式可以將不同設計人員制作的模型部件通過鏈條文件來整合起來，形成完整的初步建筑結構設計方案，其中存在矛盾的結構設計就會在BIM 技術下直接體現出來，以便于設計團隊內根據矛盾問題實施針對性的探討和調整。

3.5 碰撞檢測技術應用

過往的二維結構設計模式將方案設計圖紙疊加起來觀察其結構設計的重復等情況，特別是管線系統的設計極為繁復且工程量較大，需要設計人員人工觀察核實方案圖紙中線路的可行性。這種二維圖紙方案展現的信息不夠全面完整，人工觀察也難免出現判斷失誤或是遺漏，修改調整圖紙設計時又會延誤建筑項目的施工進程，對于結構設計人員而言是一項十分耗費精力的工作任務。BIM 技術就可以有效優化并測試其重復或不合理情況，借助信息技術構建三維建筑模型來高效開展碰撞檢測工作，以便于及時排查建筑項目結構設計的不合理性和重復性問題，盡可能避免建筑結構在施工階段臨時變更設計而產生資源成本的浪費。

4 結語

綜上所述，BIM 技術在建筑工程結構設計中所展現的實際作用非常鮮明，以三維技術模擬建筑結構能提前分析其缺陷，進而幫助設計人員快速尋找出結構設計中的不足并加以改進。BIM 技術并沒有改變建筑結構設計的流程與表達方式，這種現代化的信息技術旨在提高建筑結構設計的可行性與科學合理性，同時也要求結構設計人員能熟練掌握BIM 技術并將其運用到工作中，促使建筑結構設計盡可能地節約人財物以及時間等資源投入，幫助建筑企業提高建設效率和經濟效益。