基于BIM技术的建筑结构设计研究

皮 丹

(山西中方森特建筑工程设计研究院，山西 太原 030006)



基于BIM技术的建筑结构设计研究

皮 丹

(山西中方森特建筑工程设计研究院，山西 太原 030006)

介绍了BIM技术的概念，从方案设计、初步设计、施工图设计、结构抗震分析四个阶段，阐述了BIM技术视角下建筑结构的设计方法，以达到高质量建筑结构设计效果，保证整个建筑设计质量。

BIM技术，建筑结构设计，施工图，抗震结构

传统建筑结构设计流程表现出过程繁琐、时间耗费较长、协同设计效果差的问题，影响到了建筑结构使用安全性。为此，为了消除建筑结构使用风险，保证建筑设计标准性，应注重引入BIM技术。BIM技术作为一种模型分析软件，若应用于建筑结构设计阶段，可模拟建筑结构的真实信息，并通过三维模型数据库的建立，高效协调建筑结构设计要点，并共享建筑结构设计数据，保证整个建筑设计质量。以下就是对建筑结构设计难点问题的详细阐述。

1 BIM技术概述

BIM技术，是建筑信息模型的简称，它作为一种信息技术，若应用于建筑结构设计环节，可通过建筑结构各项相关信息数据的整合，建立模型。而因模型中各项参数信息是相互关联的，所以，可准确的更新信息，并以协作方式，帮助操作人员做出相关决策。通俗来讲，BIM技术就是利用计算机平台真实模拟一个房子，然后，通过不断的试验，优化房子设计。因BIM平台具备信息共享功能，所以，可帮助不同参与方协同完成整个生命周期的建筑设计工作。此外，就当前的现状来看，BIM技术的基础是建筑，而在建筑模型分析中，主要是通过设计、施工、运营等几个单元存储建筑信息，且通过三维、实时、动态方式存放，达到不同阶段的建筑信息处理目的[1]。除此之外，信息是BIM平台的灵魂，模型是BIM平台的结果。即BIM技术的最终目的，是将建筑信息转换成直观的模型，以BIM模型如，3D模型、4D模型、5D模型分析形式，优化建筑设计工作。而在建筑设计阶段，BIM软件也包括了BIMStom，Autodesk Revit，Graphisoft ArchiCAD等等。为此，在建筑结构设计阶段，应强化对BIM技术的科学应用。

2 BIM技术视角下建筑结构设计方法

2.1 方案阶段设计

在建筑结构设计中，为了达到最佳的建筑结构设计效果，应注重应用BIM技术完成建筑方案规划工作。即在建筑方案规划中，先由结构工程师与建筑设计师多角度沟通、分析建筑结构力学、建筑功能、艺术形式等等，并将建筑结构设计方案以三维空间形式呈现在BIM软件上，确定最终的结构方案内容。

2.2 初步阶段设计

在BIM技术视角下，为了达到最佳的建筑结构设计效果，应从以下几个层面入手完成建筑结构的初步设计工作：

1)加载BIM建筑模型。即在建筑结构初步设计阶段，结构设计师应基于考虑构件、设备等各种因素的基础上，构建主体构件结构模型。同时，保证模型的构建符合功能和艺术的要求。然后，在BIM建筑模型构建工作开展的基础上，利用Revit软件的可视化功能，把CAD文件导入到结构样板中。随之，设置识图可见性。即参照其他模型的显示，完成建筑模型的逐步修改；

2)布置受力构件。即待BIM建筑模型加载完毕后，应要求建筑师在BIM平台上完成承重构件、水平构件、竖向抗侧力构件等的碰撞检查，在具体的碰撞检查中，可采取两种碰撞检查方法：a.利用BIM平台可实现多个窗口的同时工作功能，显示各个构件布置结构，并链接其他三维模型，及时修改冲突现象。b.在受力构件碰撞检查中，也可通过碰撞检查软件检查方式，定位各个受力构件的冲突位置。此外，基于受力构件碰撞检查工作开展的基础上，应融合Revit和Navisworks优势，完成建筑、结构、设备的碰撞检查工作。即依照项目样板创建→建筑、结构、设备→模型整合分析→碰撞分析和专业协调优化→最优模型→出图的流程，碰撞检查建筑结构设计，达到最佳的建筑结构设计效果[2]；

3)检查模型。即当受力构件布置环节完成后，应利用BIM技术共享优势，借助有限元分析软件全方位分析BIM建筑模型的几何尺寸、边界约束条件、荷载工况等结构信息，并综合模型分析结果，不断调整结构模型的具体设计，最终将调整后的模型导入到BIM核心建模软件中，完成建筑结构设计模型的修改工作。

2.3 施工图阶段设计

在施工图设计阶段，为了达到最佳的建筑结构设计效果，应注重发挥BIM技术作用，优化施工图的具体设计。而因建筑结构施工图主要负责材料采购、结构设计、非标准设备制作的指导工作，所以，在BIM平台上进行施工图设计工作时，应发挥Revit Architecture和Revit Structure软件作用，将建筑结构平面视图转换成施工图，并允许操作人员借助Revit平台，浏览施工图信息，且在施工图浏览中，一旦发现某一建筑结构设计问题，即对问题进行相应修改，并借助视图间的关联功能，及时更新其他图纸的改动信息，高效性完成施工图纸的设计工作[3]。即BIM技术与传统建筑结构设计方式相比，协同设计能力较强，所以，应注重利用BIM技术完成建筑结构施工图设计工作。

2.4 结构抗震分析

在建筑结构设计工作开展过程中，为了保证建筑使用安全性，将进行结构抗震分析工作，而在结构抗震分析时，可尝试引入BIM技术。即借助BIM平台上的Revit软件功能，逐一进入到建筑模型、结构几何模型、结构分析模型、多种有限元分析软件、分析结果比对的结构抗震分析流程中。同时，因Revit具备高水平建模功能，所以，在建筑结构抗震分析工作中，可借助Revit软件，自动生成所需分析建筑结构的设计图纸、工程量计算等，并借助软件工况设置、边界约束条件设置、荷载模型设置等作用，支撑结构抗震分析工作的有序展开。此外，在具体的结构抗震分析中，可先利用系统族文件，布置梁、板、柱等构件结构，并在符号表示法设置、荷载工况、荷载组合、分析模型设置、边界条件设置等窗口中，添加对应的参数设置信息，待所有信息设置完毕后，参照IFC标准，进入到结构抗震分析环节中[4]。最终，显示几何属性、材料属性、结构分析模型实体、配筋信息、荷载、支座约束等分析结果，精确的显示、判断建筑结构的设计是否符合国际抗震设计要求。即这一种建筑结构抗震分析方法，分析结果更为精准。同时，可全方位反映几何属性、荷载、支座约束等抗震性能，为此，应强化对BIM技术的优化应用。

3 结语

因BIM技术，可共享建筑结构设计信息，协同整个设计流程，保证整体设计质量。所以，在我国建筑行业可持续发展背景下，应强调对BIM技术的科学运用。即将BIM技术贯穿到方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段等等，并利用BIM平台，分析建筑结构抗震性能，达到高质量建筑结构设计效果，且经过三维可视化模型的构建，精准处理建筑结构设计要点，保证结构中构件墙、梁等设计科学性。

[1] 李 靖.基于BIM技术的民用建筑设计研究[J].自动化与仪器仪表，2017，12(2)：108-110.

[2] 封 贇.基于BIM技术的建筑结构协同设计探讨[J].建材与装饰，2016，13(10)：134-135.

[3] 李 坤.BIM技术在地铁车站结构设计中的应用研究[J].铁道工程学报，2015，14(2)：103-108.

[4] 邱相武，赵志安，邱勇云.基于BIM技术的建筑节能设计软件开发研究[J].建筑科学，2012，15(6)：24-27，40.

Research on building structure design based on BIM Technology

Pi Dan

(Shanxi Zhongfangsente Architectural Engineering Design Institute, Taiyuan 030006, China)

This paper introduced the concept of BIM technology, from the program design, preliminary design, construction drawings design, structure seismic analysis four stages, elaborated the design method of building structures under the perspective of BIM technology, to achieve high quality building structure design, ensured the quality of architectural design.

BIM technology, building structure design, construction drawings, seismic structure

1009-6825(2017)16-0051-02

2017-03-16

皮 丹(1983- )，女，工程师

TP319

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