探析建筑结构设计中BIM技术的应用

陈庆丰徐云博刘继鹏胡 愈

（河南工程学院，河南 郑州 451191）

探析建筑结构设计中BIM技术的应用

陈庆丰1徐云博2刘继鹏3胡 愈4

（河南工程学院，河南 郑州 451191）

随着经济水平的不断发展，人们对建筑的要求越来越高，在建筑施工过程中应该高度重视建筑过程的管理，利用先进的建筑设计方法，提高建筑的性能以及经济性。BIM技术能够在建筑设计师中发挥重要作用，通过BIM技术能够在设计之初进行一系列探究，提高建筑设计的科学性及实用性，在新时期，传统设计方法已经无法满足实际需求，BIM技术就在这样的背景下诞生了。基于此，本文就建筑结构设计中BIM技术的应用进行分析研究，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

BIM技术 建筑结构设计 结构设计 信息模型

引言

BIM 技术作为一种面向建筑设计的基于对象的CAD 技术，其在建筑数字描述中得以广泛应用。通过BIM 技术能够实现在电子模型中存储完整的建筑信息内容，实现建筑设计的创新发展。特别是近年来随着 BIM技术的完善提高，BIM 技术可以在不同专业和部门之间实现数据共享等功能，应用在建筑工程领域，建筑师、设计师、工程师及业主等均能够共享相同的数字设计信息，应用相同的可视化数字模型，实现建筑结构模拟与分析等工作。BIM 技术在建筑设计中的应用能够有效提高建筑工程结构设计质量，确保建筑施工安全。

一、BIM概念及内涵

建筑信息模型(Building Information Modeling, or BIM)是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。BIM的概念最早起源于美国，､､､它利用数字模型对项目进行设计施工运营维护的管理过程，实现信息化和数字化在建筑行业中的灵活运用。在建筑工程领域，如果将Auto CAD技术的开发应用看做是建筑设计由手绘到计算机绘图的第一次革命，那么，BIM 技术的使用，这种把建筑绘图由多专业分别分步绘图转换为多专业共同绘图的计算机信息技术，将创造建筑设计工程行业的第二次革命。简而言之，BIM 技术是工程项目管理过程中使用的一种全新的信息化管理技术。

二、传统建筑工程结构设计的缺陷

（一）、设计及分析手段问题

在BIM 传播的过程中，BIM 相关软件总是最常被提及的；在BIM 的实践中，BIM 软件的应用也是最常见的突破口。尽管这一现象有一部分原因来自软件开发商是 BIM 认知和发展的重要推动力量，但更重要的是，传统的设计软件在设计、分析能力上确实存在诸多不足。

（二）、设计流程问题

如果说设计协同问题是传统建筑工程设计中最严重的问题，传统设计流程则与之相互影响。不重视协同设计以及缺乏协同能力造就了现阶段常见的设计流程，而这种设计流程又进一步阻碍了设计协同的发展。在传统设计流程下，各个专业都有自己的工作主线，不同专业的设计内容分布在不同专业的图纸上，各个设计阶段的信息交流主要依靠关键节点的提资来完成。在这种流程下，信息交流难度大，协同工作难以开展，信息共享也难以保证实时性。一旦某一专业的设计发生改变，若缺乏设计人员之间的及时沟通，其问题很有可能在下一次的关键节点的提资中才能被发现，而这将有可能导致大量的设计返工，严重时甚至影响设计的整体进度和整体质量。

三、建筑结构设计中BIM 技术的应用分析

（一）、模型建立

BIM 技术可以有效的将结构的三维实体模型用真实的构件表示出来，对比传统的设计技术，突破了 CAD 技术进行施工图绘制时，只能表示平面信息的瓶颈，BIM 技术可以利用直观的建筑结构构件表示整体结构以及各构件之间的关系。在实际结构设计中，利用 BIM 技术，可以通过可视化技术，通过对建筑结构的动态变化，对结构构件进行设计，进而设计出一个合理的结构设计方案。通过BIM 技术，也可以迅速发现在设计过程中出现的问题，及时修改设计方案，最终提高设计质量。

（二）、应用于建筑空间规划

空间规划是建筑设计的第一步，在选定建筑地点后可以对当地的空间进行地形分析，尤其是在地形比较复杂的建筑基地上地形分析必不可少。通过BIM技术对建筑基地进行空间分析，例如具体的坡高、斜率、以及坡向等分析，对于建在地形复杂地区的建筑物可以利用BIM技术进行初步探索，为设计工作提供有力的支持，开阔思路。在坡度分析是可以利用GIS建模，并对其中的各项参数进行模拟，设计人员能够对根据需要从不同角度进行探索，并生成一系列基础数据，供后期设计参考。地形探索完毕后即可进行与建筑物的空间规划。对建筑物的空间规划一般利用BIM技术的可视化分析技能，将建筑通过3D技术立体呈现出来，并进行室内的视野分析、规划可视度分析、道路可视分析等，在进行各项分析前首先建立相应的模型，并利用BIM技术进行调试，结合各因素综合参考，得出最佳的空间规划模型。

（三）、应用于建筑结构性能分析

建筑结构设计并不是对建筑各个部分简单的排列，还需要使各个部分有机组合起来，形成一个彼此支撑的整体，确保整个建筑结构的抗震性、牢固性等达到相应标准，这就需要对建筑结构的性能进行分析。在BIM 技术中，可以设计相应的性能分析软件，将 BIM 模型的相关数据导入软件之中，就可以快速、准确地完成整个分析过程，并根据分析的结果来发现和改正设计中存在的不足，提高建筑结构设计质量。

（四）、应用于钢结构的建模

在现阶段，随着建筑工程的不断发展，大跨度、大空间成为建筑工程发展的重要趋势，钢结构的应用也越来越加广泛。钢结构的链接和加强件布置十分繁多，给建筑钢结构的设计带来了难度。利用 BIM 技术，可以通过对钢结构梁高度的计算，对所有连接件进行专门的设计，并连接件进行参数化处理，应用 BIM技术的参数共享功能，即可以完成对钢结构中螺栓等连接件数量和间距的控制，在需要构建新连接件时，设计人员只需要调整相应的参数即可完成； 对于加强件，设计人员可以通过 BIM 技术绘制出相应的大样图，在钢结构施工中，技术人员只需要参考相应的设计位置，就可以确定加强件的部位，避免了钢结构中薄弱环节的存在。

四、BIM 技术在建筑机构设计中的难点

建筑结构设计工作在运用 BIM 系统中需要将模型发送到分析软件，结构分析软件利用算法来将建筑结构的设计信息反馈出来，并根据用户指令来形成动态的施工图与结构模型，所以设计人员在使用 BIM技术中要考虑模型空间的整体真实性，并要对 BIM 系统的物理模型能否自动生成施工图纸等方面进行充分考虑。建筑结构的安全性是设计工作中设计人员要充分考虑的因素，但是由于建筑施工材料自身力学特征、荷载组合、荷载以及单元截面特性等多种因素会对结构性能产生影响，所以设计人员在使用 BIM 模型进行分析过程中往往需要面对各项复杂参数。再者，BIM 模型在本质上是物理模型、建筑结构分析模型以及施工图文档的完全数据模型，所以在建筑结构设计中只有采用完全符合标准或比较简单的结构构件，才能实现上述多种数据模型之间的双向无缝连接，如果建筑结构构件的整体设计没有达到相关规范要求，或建筑结构构件的高度复杂化会导致其在运行中丢失大量数据。因此，现代建筑结构设计中设计人员要高度关注这一问题，力求可以有效实现物理模型与结构分析模型之间的双向无缝连接。

结束语

综上所述，基于对 BIM的建筑结构设计的初步研究，提高我国建筑工程设计的技术与管理水平、改善我国建设工程项目的整体质量的重要途径之一是贯通建筑业的技术信息化和管理信息化。当前我国的 BIM 技术已经具有了初步的系统化环境，项目流程的经济问题、技术问题以及法律问题均具有相应的应对方案，所以当前最重要的发展方向应当是BIM模型的提供以及数据的审核、集成，从而更好的保证数据的一致性、合理性以及准确性。

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1007-6344（2015）11-0154-01