基于BIM技術的建筑工程施工中結構設計的策略研究

0 引言

通過比較可知，盡管BIM與傳統的結構參數出圖方法在表面上相似，但在細致性上BIM有著顯著優勢。其能提供更為精確和詳細的設計信息，從而在參數優化過程中發揮重要作用。其次，通過BIM技術和RA軟件的應用，設計團隊能夠確保工業建筑裙樓結構設計的整體性和協調性。這是因為RA的可視化功能在輔助設計中發揮了重要作用。設計人員在使用RA的過程中可以從概念體量模型中提取建筑結構數據，這些數據對于后續的結構分析和施工階段至關重要。

1 BIM技術概述

1. 1 設計圖紙可修改功能

BIM技術支持下的設計圖紙不僅信息完備，還能實現設計人員對具體問題的精準修改。系統可自動同步調整相關參數，顯著提升工作效率[1]。這一智能化功能使設計人員能夠聚焦關鍵設計環節，同時通過系統自動比對參數修改前后的圖紙方案，有助于優化設計決策，從而保障最終成果質量。

1.2設計數據信息化功能

相較于傳統軟件，BIM模型能夠攜帶更多的信息作為信息數據庫存儲并維持設計數據之間的聯系。在這種情況下，設計人員可以快速獲取全面可靠的信息清單，以避免查找時間和數據誤差，從而提高了建筑結構設計的實效性。

1.3 工程設計一體化功能

BIM技術的工程設計一體化功能實現了從建筑外觀到內部結構、熱能傳導、光源布置等多維度的協同設計。BIM模型能夠綜合評估安全性、舒適性及節能環保等要素，為設計人員提供了全面的決策支持平臺。此外，BIM技術還可生成平面圖紙與模型渲染，進一步優化整體設計流程。

1.4工程模型三維化功能

BIM技術為設計人員提供了一個直觀的三維立體建筑模型。通過立體模型，設計人員可以觀察設計細節，發現并解決問題以及更好地理解設計方案[2]。這種三維化的設計方式不僅提升了設計質量，也為施工和后期維護提供了極大的便利。

2BIM技術在建筑結構設計中的具體應用

2.1應用于整體結構設計

（1）BIM技術能夠建立系統化的設計模式與方案，為建筑結構設計奠定堅實基礎。具體而言，BIM技術可精準描述梁、板、柱等關鍵構件的尺寸、材料及荷載參數，從而保障設計方案的合理性與可行性[3]。同時，其提供的精確數據與標準化參數支持，有助于設計人員實現高精度建模與計算分析。

（2）BIM技術主要通過以下方式實現建筑結構的整體性設計。1）在結構設計前，BIM技術首先定位建筑工程的性能要求和性質，并構建實體建造模式，以便為后續的結構設計做好充分的準備工作。2）利用BIM技術的信息集成化功能，設計人員能夠實現建筑實體的關聯性，從而為細節化設計提供強大的數據支持。這種關聯性使得設計過程中的任何修改都能迅速反映到整個建筑模型中。3）通過BIM技術的協同設計功能，設計人員可以分析樓層墻體與整體建筑結構的關聯性，以確保各個部分之間的協調一致。這種協同工作方式有助于發現潛在的設計問題并及時進行調整。4）在結構設計流程的基礎上，BIM技術構建了建筑結構設計系統，為整體建筑工程結構設計提供了全面的參考。這個系統不僅包含了設計過程中的所有數據和模型，還提供了可視化的工具，從而使得設計人員能夠直觀地評估設計方案的效果。

2.2 應用于局部結構設計

局部設計不僅包含了建筑結構、力學結構及成本等多方面信息，而且對于確保整個建筑項目的質量和效率具有關鍵作用。BIM技術的應用為滿足現代化建筑設計需求提供了強有力的支持。以墻體結構設計為例，它是局部設計中的一個典型應用。在設計過程中，設計人員需要關聯研究設計要素，并重新定義墻體設計因素及數據，以確保墻體結構設計的合理性和功能性。

（1）設計人員需對建筑構件進行詳細分析，以確定應用規格和信息。這一步驟要求設計人員需對墻體類型有深入的了解，包括保溫、隔音、內部、外部、隔熱等多種墻體類型，以便根據建筑的具體需求和功能選擇最合適的設計方案。

（2）墻體結構設計中的具體操作還涉及對建筑構件關聯性的把握。設計人員需要整合材料實體和相關實體，如材料層、集合實體、材料分層實體等，以滿足設計要求。這一過程中，設計人員應保持對整體設計框架的清晰認知，確保局部設計與整體建筑結構的一致性和協調性。

2.3應用于建筑結構參數設計

設計過程中，涉及的參數眾多且這些參數之間相互關聯，構成一個復雜的系統。任何一個單一參數的問題都可能導致連鎖反應，從而影響結構的整體穩定性，甚至引發安全隱患。為解決這一問題，BIM技術的應用為建筑結構參數設計帶來了顯著的優勢。BIM技術擁有一個完整的信息數據庫，其中不僅包含了建筑結構設計的所有必要信息，而且這些信息之間相互關聯，能夠支持全面而深入的建筑結構設計[4]

（1）BIM技術保證了模型的真實性和合理性。通過精確的建模，設計人員可以直觀地看到每個參數的變化對整個結構的影響，從而規避因參數錯誤導致的結構問題。這種可視化的設計方式使得設計人員能夠更加精確地控制參數。

（2）BIM技術提高了信息數據傳輸的效率。在傳統的建筑設計中，信息傳遞往往需要通過紙質圖紙或復雜的溝通流程，不僅耗時還容易出錯。而BIM技術通過數字化的方式使得設計、施工和運維等環節的信息能夠實時共享，從而大大提高了工作效率。此外，在BIM模型中，所有數據都是集中存儲和管理，通過權限控制和加密技術可以有效防止數據泄露和篡改，從而保障了設計數據的完整性和安全性。

（3）BIM技術為建筑后期施工提供了堅實的基礎。由于BIM模型包含了詳細的建筑信息，施工人員可以提前了解建筑的結構和設計細節，以減少施工過程中的誤解和錯誤。

3BIM技術在建筑工程結構設計中的應用要點

3.1工業建筑工程結構整體設計中的應用

（1）設計團隊利用BIM技術，可以在早期階段就進行三維場地模擬和布置，這有助于更好地理解建筑與周圍環境的關系，以及如何優化空間布局。

（2）RevitArchitecture（下文簡稱RA）軟件平臺的應用在工業建筑結構設計中發揮了重要作用。設計人員可以利用RA進行三維場地模擬和布置，并通過多種材質構建工業建筑結構的方式使得建筑外觀更加豐富和真實。此外，設計人員還能通過RA的概念體量工具設計出建筑的整體結構，這為后續的詳細設計提供了堅實的基礎。

（3）在三維視圖中，設計人員可以反復推敲建筑形態和設計意圖以確保每一處細節均符合設計要求。這種可視化的設計過程不僅提高了設計的準確性，也使得設計團隊能夠更早地發現并解決潛在的問題。例如，在工業建筑裙樓結構設計中，設計人員可綜合運用BIM技術與RA軟件進行創新設計。通過在首層采用透明幕墻方案，既能突顯現代商業建筑的立面特色，又可顯著提升建筑的視覺通透性與空間開放性。同時，塔裙部分作為塔樓的延伸，采用有機三級圓弧平面設計，不僅造型優美，更能實現空間的高效利用。

3.2碰撞設計中BIM技術的應用

在碰撞方案模型處理過程中，設計人員需重點關注層數設置的科學性，通過建立標準化的柱網和墻體系統來生成梁柱、樓板等構件，從而確保整體結構的合理性與可靠性。采用RevitArchitecture（RA）軟件進行分層設置和模型疊加，既能顯著提升設計效率，又能有效保證模型的精確度。在墻面與幕墻的建模環節，設計人員需在參數化設置對話框中精確配置各項參數，并借助RA工具箱中的參考線功能來確保幕墻的平面定位、垂直精度及室內標高的準確性。這種精細化的建模方法為幕墻工程的施工質量和建筑表現提供了可靠保障。

在完成上述基礎設置后，方案階段的BIM模型主體框架即告完成，后續需對梁柱、板件等構件的詳細參數進行深化設計[5]。工業建筑結構設計需特別考慮大荷載、高強度等特殊要求，通常需要采用比常規建筑更大的構件截面。借助BIM技術，設計人員可優化配筋方案，通過增加截面高度來降低配筋率，從而有效避免梁柱節點區域的鋼筋密集問題。

在梯梁設計中，設計人員需重點考慮截面選型及底部鋼筋配置方案。底部鋼筋設計需預留足夠的安全裕度，通過增加配筋量并確保錨固長度來保證結構的安全穩定性。對于過梁設計，則需通過BIM技術進行受力模擬與驗證。采用圈梁與過梁一體化設計方案，不僅能簡化施工流程，更能顯著提升結構的抗震性能，這充分體現了BIM技術在碰撞設計中的獨特優勢。

3.3結構參數設計過程控制中的應用

在BIM模型構建與分析過程中，通過整合三維建筑信息模型與結構分析模型，并基于RevitStructure生成結構計算及鋼筋模型，設計人員能夠直觀地觀察結構參數調整對整體設計的影響，從而更高效地進行優化決策。

在管線設備設計方面，RevitMEP的應用顯著提升了工業建筑結構參數化設計的精確性。通過建立參數化構件并構建關聯性模型，設計人員可靈活調整結構參數，優化設計方案。

BIM技術在項目協同工作中同樣發揮著關鍵作用?；贐IM的協同設計模式，能夠優化設備管線排布，強化碰撞檢測，從而確保結構參數的合理性與安全性。將管線布置圖集成至信息模型，并通過三維碰撞檢測，可提前識別并解決潛在沖突。此外，四維動畫模擬施工過程的應用，使得設計人員能夠應對復雜結構施工，通過模擬施工過程并優化結構參數，有利于確保施工的順利進行。在復雜節點設計中，可以借助BIM技術來模擬工業建筑結構節點施工定位和鋼筋布局，并對復雜節點進行配筋和三維定位，從而有效避免空間不足和碰撞問題。

3.4不同階段視圖設計的控制

在視圖設計過程中，BIM技術的應用對于不同階段的設計控制起到了至關重要的作用。具體而言，在三維透視效果圖生成階段，BIM技術能夠生成高質量的透視效果圖，使設計人員能夠直觀地認識建筑的立體真實情況。進入平面圖生成階段，設計人員可以利用BIM軟件中的平面圖窗口進行編輯，并結合三維模型構建頂視圖，從而實現建筑二維圖的虛擬表現。這種方法的優點在于，它不僅能確保二維圖紙的準確性，同時也提高了設計效率。在剖面圖和立面圖生成階段，所有設計元素均借助三維模型生成，這有助于構建新型模型元素并確保剪切面的設定合理。在這一階段，BIM技術的應用加強了二維圖紙的編輯、修改和處理能力，使得設計更加靈活和高效。

以工業建筑樓梯設計為例，采用板式結構方案在滿足造型美觀的同時，兼具施工便利性優勢。設計過程中，需嚴格控制踏步面板與梯梁的間距以避免碰撞，并運用BIM技術進行高度參數校核。通過BIM模型可精確控制樓梯高差在 20cm 范圍內，確保梯段均勻分布和過渡平順，從而保障使用安全性。

在施工圖設計中，應對特殊構造節點進行專項標注說明。針對工業建筑普遍采用的混凝土樓梯，需重點控制梯梁部位凈空高度，并兼顧視覺美觀與使用舒適度要求。BIM技術的應用使設計人員能夠在方案階段預判潛在問題，實現施工前的優化調整，有效提升設計質量與施工效率。

4結語

綜上所述，BIM技術的應用不僅能實現設計方案從草圖到精細化模型的轉化，更能確保信息模型的完整性與協調性。這種技術優勢使設計團隊能夠在方案初期精準識別潛在設計沖突，有效避免施工階段的返工問題，顯著降低工程成本。與此同時，BIM技術對施工現場的指導作用也不可小。BIM技術可以通過三維模型來展示復雜節點的施工工序，這種情況下設計人員便可以通過BIM技術下的數據和信息來指導精細化施工，從而提高其對于施工技術的管理水平。

參考文獻：

[1］侯闊.BIM技術在建筑結構設計中的應用［J]．IT經理世界，2022，25（2）：82-84.

[2］郭敏.BIM技術在建筑工程結構設計中的應用研究［J].百科論壇電子雜志，2020（13）：393.

[3］趙連平.建筑工程結構設計中BIM技術的應用［J]．工業建筑，2020，50（11）：1.

[4］楊金博．建筑結構設計中BIM技術的應用分析［J]．工程管理，2021，2（4）：8-9.

[5]米福生.BIM技術在建筑工程結構設計中的應用研究[J]．中國房地產業，2020（36）：75.