建筑結構設計中BIM技術的應用探究

李瑞強

（河北拓樸建筑設計有限公司，河北 石家莊 050000）

在整個建筑行業崛起并獲得很大程度的發展之后，建筑結構設計在企業中扮演的角色越來越重要。隨著現代化建筑的產生和推廣，越來越多新穎獨特的建筑設計涌現出來，結構或巧妙或復雜，在結構的設計工作當中存在較大難度。運用傳統的建筑結構設計方法無法跟上時代變革的步伐，而且不適合當前階段的建筑結構設計。

BIM技術是依托數字模型展開建筑設計與管理的技術手段，在建筑結構的設計和創新當中發揮著重要的作用，為建筑結構設計的智能化與數字化提供了保障[1]。建筑設計人員在建筑結構設計的過程中要加強對BIM技術的研究與運用，分析其功能以及特征，正確把握該技術的應用原則，并根據建筑結構設計的實際需要，提出該技術的有效使用方法，助推整個建筑行業的現代化與可持續發展。

1 BIM技術的內涵與主要功能

現代建筑項目是具備很強系統性與復雜性特點的建筑綜合體，所涉及的環節和施工內容非常多，而且在具體的施工環節會根據不同施工項目有諸多施工參與者的加入，這樣的情況讓建筑工程管理難度大幅度增加，提高了信息處理復雜度。BIM技術的核心點是便捷的信息處理，屬于基于計算機與信息技術的可視化建筑信息模型，在多學科技術的支持之下，集中與整合處理有關于建筑工程綜合信息、施工工序、施工技術等方面的信息，然后用數字模型進行呈現，為建筑工程設計與施工管理人員提供準確直觀的數據參考[2]。在對建筑結構進行設計的過程中，BIM技術也發揮著非常重要的作用，其功能主要包括以下幾項內容：

第一，設計圖的可修改功能。在建筑結構設計圖紙和BIM技術的有機整合之下，全部結構設計信息均基于建筑模型生成。依托該技術設計出的建筑結構圖紙，如果在后期使用當中有要修改的情況，設計人員只需結合實際需要修改某些數據信息，就可以讓圖紙設計系統結合數據變化，自主完善其他的數據參數，在優化匹配與修正當中得到比較滿意的修改結果，大幅度減少工作人員的工作量，減少他們的工作壓力與負擔。除了可以自動修改有關數據之外，整合了BIM技術的圖紙設計同樣也擁有自動修改功能，能夠為設計人員提供很大的便利，減少工作量，讓他們有更多的時間與精力放在全局把控以及細節優化上，在BIM技術的支持之下獲取最優設計方案，為提高后期建筑施工質量打下基礎。

第二，設計數據的信息化功能。BIM技術是在現代信息技術支撐之下發展起來的，以信息為核心。和過去的建筑結構設計相比，融合了BIM技術的建筑設計顯現出可攜帶信息的特征。在這樣的應用背景之下，能夠將BIM技術模型當作建筑設計數據庫，可以在其中查找到建筑結構設計要用的信息，利用各類數據間的關聯性，還能夠得到最佳配置信息。所以，設計人員在工作實踐當中，如果想要調取某方面數據信息的話，只要點擊特定的點，就能夠得到全面信息，提升信息獲取有效性，也可以快速得到關聯信息，保證信息獲取全面性。運用這樣的建筑結構設計方法，能夠讓設計人員在最短時間內得到全面信息，防止人工記錄以及傳遞信息帶來的失誤，保證結構設計精準度與可靠性。

第三，結構設計一體化功能。在建筑結構設計過程當中運用BIM技術除了可以生動形象地呈現建筑工程項目外觀之外，還可以依托信息技術手段直觀具體地呈現光源、材質信息屬性、熱能傳導等信息，為設計人員與施工操作者綜合把握建筑工程信息提供支持[3]。基于BIM技術支持的建筑模型，可以把與工程有關的各類信息綜合起來進行整體表現，既可以基于設計需求視角評估建筑結構安全性，又能夠立足舒適度、節能性等視角做好對建筑設計的綜合評估，進而大幅度提高建筑結構設計水平。另外，BIM技術還擁有CAD設計基本功能，可利用技術渲染完成建筑模型渲染過程，利用設計軟件的分析處理功能達成結構設計一體化目標。

第四，工程模型三維化功能。建筑結構設計當中運用到的BIM技術重點是其中的三維技術。在具體的設計環節利用BIM技術建筑模型進行生動形象的呈現，能夠幫助設計人員直觀地把握建筑項目每個部分間存在的關系，從而避免不同建筑結構間的矛盾與沖突，以免影響后期施工。另外，設計人員依托該技術的三維化功能，能夠更深入地剖析工程設計方案的合理性，降低施工難度，保證結構設計的整體水準。

2 BIM技術的主要特征

BIM技術的重點是依托建筑信息模型構建的方式，系統全面模擬建筑工程的每個階段，可提前核驗建筑設計方案，發現施工中有可能出現的各類問題，給出對應解決方法對設計方案進行綜合調整和優化改進，維護建筑工程整體的質量。BIM技術的特征可以概括為以下幾點：

第一，可視化特征。所見即所得是BIM技術的特點，特別適合用在造型復雜與體量大的建筑物上，依托三維模型建設輔助設計人員，利用三維思考方法做好設計，從而保證設計質量。

第二，協調性特征。在BIM平臺的支撐之下，不同專業以及不同設計者，在相同模型當中增加、修改、儲存建筑信息都是能夠實現的，可以增進不同專業與不同設計人員的溝通互動，方便互相協調。此外，BIM技術有著4D動態模擬、提供碰撞檢查等諸多功能，可以滿足不同施工建設階段模擬協調要求，在設計階段提前發現與解決有可能發生的施工碰撞、場地沖突等一系列問題[4]。

第三，模擬性特征。BIM技術的模擬性特點體現在多個方面，比如4D施工模擬、5D模擬和造價控制，能夠運用模擬方法制作施工方案、施工進度和材料設備供需時間表，快速給出建筑工程預算，做好對建筑項目整體成本的控制。

第四，優化性特征。BIM技術支持快速的方案對照以及方案優化，能夠明顯提升設計方案技術經濟性，獲得更為理想的經濟效益。

第五，出圖性特征。在BIM三維模型的支持之下，能夠迅速有效地生成多個和施工結構設計相關的圖紙，比如結構流動圖、碰撞偵錯報告、綜合管線圖等[5]。

3 建筑結構設計中BIM技術的應用原則

建筑結構設計對于整個建筑項目來說非常重要，是保證建筑工程質量與安全的前提條件。想要把BIM技術合理應用到建筑結構設計當中，必須遵循正確的原則：

第一，以人為本原則。建筑結構設計必須將滿足建筑使用者需求作為根本，保證建筑利用空間最大化，考慮建筑空間和建筑使用者間的布局合理性。當然也要關注建筑應用安全方面的問題，確保建筑使用者的人身財產安全，把以人為本的原則與理念貫穿全程。

第二，經濟性原則。在設計建筑結構時，想要滿足使用者的需要，必須做好造價管控，盡可能減少成本支出，確保預期成本管控目標的實現。在BIM技術的應用過程中，同樣要把經濟性原則作為重點考慮的內容，注重建筑結構模型的建設，依托科學計算方法，得到最理想的結構設計方案、具體的施工操作流程與工藝方法，減少資源資金消耗，獲取理想的經濟效益[6]。

4 建筑結構設計中BIM技術的應用方法

4.1 BIM技術應用于可視化結構設計

建筑結構設計是系統而又復雜的，在具體工作處理當中會生成海量數據信息，對這些資料進行合理整合與利用是設計人員最關心的一個問題。運用BIM技術能夠用更科學的方式解決這樣的問題，科學儲存結構設計中生成的海量數據信息。同時，在基于BIM技術的施工圖紙與建筑模型當中如果某個數據信息出現變更問題，那么整個設計系統也會自動修正數據參數，調整下一步施工目標，并全方位呈現信息修改給建筑項目帶來的可能影響。不僅如此，BIM技術還可以用來對傳統建筑設計流程進行優化，提升結構設計精準度與科學性，促進后續工程施工的開展。BIM技術應用于建筑結構設計已經變得非常普遍，其中一個重要的應用模塊就是可視化結構設計。該技術本身就是基于信息技術發展起來的建筑設計應用，可以在信息化程序的運轉當中，用三維模型把建筑結構直觀地呈現出來，為用戶提供精準而又形象直觀的結構狀態，保證建筑結構信息的傳播效果。過去在建筑結構設計中通常運用的是CAD軟件繪制結構圖紙，但是最終的信息呈現是不夠直觀的，會給用戶獲取有關信息帶來不良影響[7]。而運用BIM技術則能夠在結構設計早期利用三維實體結構模型直觀展現建筑結構，輔助廣大用戶立足不同視角得到結構信息，全方位掌握建筑功能布局。

4.2 BIM技術應用于結構參數設計

BIM技術支持下的建筑模型本身就屬于涵蓋了全部建筑設計元素與信息資源的數據庫，在信息技術的支持之下，建筑結構模型當中的每個數據參數均是密切相關聯的，同時還有自動關聯與自動修正功能。在建筑結構設計當中使用該技術，設計人員可依托這個數據庫當中的信息建構建筑結構模型，并在設計環節做好不同參數的優化調整，保證BIM系統在結構設計環節能夠及時進行數據庫更新[8]。在設計建筑結構過程中，BIM技術最為明顯的優勢是能夠高水準錄入以及輸出安全可靠的設計信息，對數據信息進行合理匹配，提高結構設計的質量水平。

4.3 BIM技術應用于建筑構件設計

在完整的建筑結構設計體系當中，柱子、樓梯、墻體等都是設計重點，在設計工作當中，需要設計人員對結構體系當中的具體構件展開合理設計。對于現澆混凝土結構，在設計中要求設計人員全方位考量建筑管線走向、建筑項目基本功能等，預防建筑結構間的沖突與碰撞。對于預制裝配式建筑結構的設計，設計人員必須對每個預制部件間的節點與連接關系進行全盤考量。為確保設計效果，設計人員可采用BIM技術高效率轉換平面圖紙，進而發現具體構件在整體結構設計當中有可能出現的問題，應對接下來的結構設計進行優化，確保每個建筑構件符合建筑標準[9]。

4.4 BIM技術應用于鋼結構設計

隨著建筑業的蓬勃發展，建筑工程的數量與規模也顯著增加，各種各樣的現代化新型建筑材料以及結構模型也有了諸多突破，特別是鋼結構在大跨度與大空間建筑當中的運用在不斷增多，越來越多的復雜建筑結構開始推廣應用鋼結構。BIM技術在鋼結構建筑的設計當中，同樣發揮著不可替代的作用，可以幫助設計人員針對鋼結構設計展開立體建模，從而輕松高效地解決施工中的連接與應用問題。比方說在處理鋼結構設計中的加強件問題時，設計人員要先從整體角度出發，進行建筑結構設計，然后運用建模方法進行剖析，加強其在建筑工程中的具體應用，使用BIM技術還原與把控整個設計應用的過程，直觀呈現鋼結構加強件的功能。另外，在連接問題的處理當中，設計人員需要先剖析鋼結構每個部件間的連接參數，然后在操作中使用BIM技術合理設計連接方式，得到最優結果[10]。整個過程不必投入過多人力資源，也不必經過漫長的分析周期，可以彌補傳統鋼結構設計的缺陷。

隨著我國建筑事業的蓬勃發展，越來越多的新型工程設計理念、設計技術涌現出來，為整個建筑行業的進步帶來了支持。BIM技術就是其中極具代表性的先進建筑設計技術，在設計建筑結構當中有著非常顯著的效果，可以有效彌補傳統建筑設計的不足，依托現代技術手段提高設計質量，縮短建設工期，降低整體成本，為后期的運營管理帶來便利，和當前建筑業的發展潮流高度一致。為了提高BIM技術和建筑結構設計的整合效果，應該充分挖掘BIM技術的使用功能，根據結構設計的具體需要發揮相應的功能，將該技術應用到結構設計的不同環節，把國家的建筑設計水平提升到更高層次。