建筑信息模型技術在建筑結構設計中的運用探究

王本啟 簡染豪 武延濤

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

建筑信息模型技術是信息化視域下衍生的主要工程技術之一，使用此項技術進行建筑工程項目的結構開發與設計，不僅可以實現對建筑空間內幾何信息的高精度描述，同時也可以實現對建筑構件性能及其在建筑結構中位置的精準概括。此項技術在建筑領域內的盛行，使建筑設計行業的發展與建設發生了革命性的變化，建筑設計作為建筑相關領域發展的重要分支，不僅需要具有外形藝術性的優勢，還需要具有內部結構協調性的特點。為進一步實現對建筑設計作業的優化，下述將結合建筑信息模型技術的合理性應用，展開詳細的設計研究。

1 工程概況

為確保此次設計的方法可以滿足建筑行業發展的真實性需求，以某辦公樓建筑項目作為建筑信息模型技術應用的研究對象，對此建筑的設計概況進行獲取。相關信息見表1。

表1 某辦公樓建筑設計概況

在此基礎上，對建筑工程項目所在地的人文環境進行勘查。通過與工程方的交涉可知，該項目建設區域具有光照條件較好的優勢，但光照輻射性較強，全年日照統計時長約為1250h～1600h；根據地區氣象臺反饋信息，該項目所在地的年均降雨量在750mm～1100mm范圍內。此外，建筑周邊生態環境優越，具有水資源豐富、山體環繞等特點。掌握此工程項目的相關概況信息后，下文將結合建筑信息模型技術，展開詳細的設計研究。

2 建筑信息模型技術在建筑結構設計中的運用

2.1 基于建筑信息模型技術的建筑結構模型建立

針對上述辦公樓建筑項目，為實現對其結構設計，引入建筑信息模型技術。首先完成對建筑結構模型的建立。利用Revit軟件生成結構幾何模型，并在生成過程中，對各個節點位置進行自動連接[1]。結合模型的創建，按照上述辦公樓建筑工程項目實際，以從低到高的順序逐層完成[2]。應用建筑信息模型技術，對構件族、類、圖元等屬性信息模型建立，在建模時，按照下述步驟進行：

步驟一：在眾多結構樣板文件當中挑選符合本文所述辦公樓建筑工程項目的樣板文件；

步驟二：在Revit軟件當中創建建筑專業BIM模型鏈接；

步驟三：創建軸網結構及標高；

步驟四：選擇符合建筑項目結構設計要求的族樣板文件并制作相關構件族；

步驟五：布置混凝土柱和梁結構；

步驟六：創建混凝土樓結構板；

步驟七：對模型檢查。

按照上述七個步驟完成對建筑信息模型的構建后，通過調節視圖顯示樣式的方式，完成對模板圖的初步生成[3]。在Revit軟件當中，紅色表示為梁結構終點；綠色表示為梁結構起點；橙色表示為整個梁結構。在模型當中，按照其默認的設計參數，確定梁結構頂面中心位置，在實際開展工程時可根據施工現場的具體情況對其參數進行調整。

2.2 Revit中添加建筑結構荷載

在完成對建筑結構模型的建立后，為模型中的各個結構賦予屬性，在各個分型模型當中對相應荷載進行添加。添加過程中嚴格按照建筑結構的荷載設計規范要求執行[5]。在確定荷載類型時，結合Revit軟件中的屬性框，添加荷載的類型以及大小，并給出明確的荷載工況、定向、投影荷載、力、力矩等參數[6]。在Revit軟件當中，根據本文所述辦公樓建筑結構設計要求，給出八種荷載工況，如表2所示。

表2 辦公樓建筑結構八種荷載工況及定義

結合荷載設計規范，在添加荷載時確定荷載標準組合效應設計值，可按照公式（1）計算得出：

式中Sd-為荷載效應設計值；

SG-為按照永久荷載效應數值；

SQ-為按照可變荷載效應數值；

ψ-為可變荷載的組合值系數；

m-為可變荷載具體數值；

n-表示為永久荷載具體數值。

在添加荷載時，當永久荷載效應對建筑結構產生不利影響時，可通過可變荷載效應實現對其控制[7]。針對標準數值超過4kN/m2的辦公樓樓面結構的活荷載，其可變荷載m的取值為1.23，其他情況下可變荷載m的取值為1.36。為了確保設計的建筑結構具備更高的安全性，針對可能同時出現的各類荷載設計值進行組合，利用Revit軟件當中提供的可編輯荷載實現自由組合。

2.3 建筑結構施工圖紙繪制

添加建筑結構的荷載后，在建筑信息模型技術的應用下，完成對建筑結構施工圖紙的繪制。根據結構分析軟件生成的鋼筋混凝土構件配筋設計，確定結構的設計參數[8]。在對不同材料屬性的建筑結構參數計算時，默認混凝土采用C30強度等級，將其強度特征設定為20.30，容重設置為24kN/m3，徐變系數設置為2。結合其他相似建筑在進行結構設計時根據具體情況對上述參數進行調整。

結合平法在模型當中完成對鋼筋信息的表達，在Revit軟件當中，在進行參數共享前，需要在結構設計計算機上完成對Revit_CHSRebar字體的安裝，利用其完成對平法圖中鋼筋符號的表示。不同規格鋼筋的輸入符號和輸出顯示不同按照“輸入符號+代表鋼筋+輸出顯示”的格式確定四種規格鋼筋：$+HPB235+Φ；%+HRB335+Γ；&+HRB400+Λ；#+HRB500+?。在Revit軟件當中自行創建一個格式為.txt的文件，將設置好的共享參數復制到該文件當中，再將文件格式改為.csv，以此確保文件能夠在Excel中打開，以此為用戶提供更直觀的建筑結構參考。在繪制的建筑結構施工圖像上，為實現對更多信息的展示，還可完成對標注族的創建。

3 設計成果檢驗

參照上文設計的方法，對所選的工程項目進行空間結構建模。建模前，需要在計算機設備中，使用Revit軟件，創建一個建筑空間結構文件。基于Revit軟件的創建類型界面見圖1。

圖1 基于Revit軟件的創建類型界面

根據設計中的實際需求，按照圖2所示的流程，設計建筑結構建模流程。

圖2 建筑結構建模流程

在上述內容的基礎上，在Revit軟件中導入建筑模型結構相關信息，形成一個結構化的模型，利用建模工具具有的可視化優勢，將模型以直接導入或鏈接的方式，與結構項目進行匹配。在此過程中，對建筑結構類型進行鏈接設計的過程見圖3。

圖3 在Revit軟件中連接建筑模型類型操作界面

在此基礎上，新建一個工程項目樣本，建立一個與本文研究項目匹配的設計模板，將“項目傳遞標準”作為支撐，對設計的建筑項目在建模軟件中進行傳遞。

盡管建筑空間結構在Revit軟件中是以立體化方式呈現的，但結構的整體布局仍需要在二維平面視圖界面中創建。在設計中，一旦其中一個平面視圖中的結構參數發生了變化，三維結構視圖中的參數勢必也會發生變化。因此，要在設計建筑結構時，對不同構件的可見性進行調試，操作界面見圖4。

圖4 建筑不同構件的可見性調試

在此基礎上，操作可視化編輯界面，生成針對此建筑的平面視圖布置模式，結合建筑類別，生成針對此建筑的三維空間結構簡圖，見圖5。

將建筑細部節點參數信息導入建筑三維空間結構中，即可實現對建筑結構的精細化設計。為檢驗設計的成果是否能夠滿足業主方需求，在設計建筑過程中，對多項評估設計過程的指標信息進行獲取，通過此種方式，分析本文此次研究方法的可行性。對本文方法的實用價值進行評估，見表3。

圖5 建筑三維空間結構簡圖生成

表3 本文方法的實用價值評估結果

通過表3評價結果可知，本文方法可以在保證設計后各個結構層出錯構件數量為“0”的條件下，縮短設計出圖的時長、降低建筑設計成本與各個結構層管線碰撞數量。通過此種方式，降低建筑設計變更的額外成本支出，總而言之，此方法在實際應用中是十分可行的。

4 結語

為了實現對建筑結構的深化設計，本文將在此次研究中，引進BIM技術，利用此項技術，構建建筑工程信息模型，利用BIM技術的可視化、參數化、協同化優勢，合理布設建筑結構與細部構件。現如今，BIM技術在建筑領域內正呈現一種蓬勃發展趨勢，相關此項技術的研究已經滲透到建筑行業各個領域內，并在實踐中逐步取得了相對優異的成果。但對此項技術進一步優化設計時發現，大部分施工方還沒有精準把握建筑結構精細化的設計方法，甚至會由于設計施工方案不當，出現設計成果無法達到預期效果的問題。因此，本文開展了此次研究，并結合實例證明了此方法的真實、可行。