BIM技术在建筑结构设计中的应用

周胜利

摘 要：随着我国社会主义市场经济的发展，建筑业发挥着越来越重要的作用。近年来，我国的科学技术在不断的创新与完善，建筑领域的新技术和新的施工工艺层出不穷，BIM技术能够提高建筑结构设计的合理性和稳定性，因此得到广泛的关注和使用。

关键词：建筑结构；设计；BIM技术；应用

建筑信息模型（BIM）是一种以建筑工程项目的各项相关数据信息作为基础，建立起三维模型，具有信息完整性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性等特点。在三维模型中，该技术能够完整的存储项目的各种信息资料，将其应用于建筑设计过程中，对建筑设计领域具有极大地推动作用。近几年，政府的大力扶持，企业的高度重视，都推动了BIM技术的高速发展，从而实现了不同专业，不同部门信息集成与共享的有效组合。设计人员、施工单位、业主均可以利用BIM技术进行设计信息的交流，对建筑设计的可实施性、工期预测、外形设计等都可以作相关的分析。

1 BIM技術的简要概述

建筑工程在现代不断的发展，其规模不断的扩大，人们对于建筑物的要求不仅仅在于功能方面，建筑物结构越来越复杂，体型也越来越多样化，因而工程项目中涉及的信息量也越来越大。这些信息作为建筑企业重要的资源，如果能够加以利用，不但能够缩短工期，节省开支，还能够保证施工质量、避免安全事故的发生。所以，信息技术开始在建筑工程中展现巨大的优势，得到了建筑行业的一致肯定。如何才能够科学迅速的处理建筑工程中的各类信息，控制成本并安排工期，同时在设计过程中及时的发现失误以及不当，避免对整个工程的影响就显得尤为重要。基于此，针对整个建设施工过程的全面信息管理便成为了当代建筑企业不可或缺的内容。作为整个工程信息源头，建筑设计具有核心地位，也是BIM技术关注的重点内容。作为建筑设计行业的革命性技术，BIM技术使得设计从二维向三位方向转变，同时作为整个建筑行业的信息革命，BIM正展现出无与伦比的生机活力。

2 BIM技术的特点分析

2.1 可视化

传统的建筑设计只能通过纸张或者计算机2D/3D软件完成，其主要作用是为后期施工提供相应的规格尺寸及效果展示，但还需要借助人们的空间想象才能将整个建筑在自己的脑海中呈现。BIM技术的出现为建筑模型的直观展现提供了平台，设计人员的设计理念能够直接在建筑模型中展示出来，有助于建筑企业内部的人员交流，并对相关的设计进行讨论，做出最佳决策。

2.2 协调性

协调工作首先反映在设计部门内部的专业人员的组织和协调，并在内部形成有效的标准文件，以推动建设项目的进程。BIM技术也可以在建筑布局和空间协调效果中设置，例如楼梯井计划、防火区布置、管道布置、线路布置等辅助布置等，把握好BIM技术的协调性能够使建筑的各个要素发挥出应用的作用和效果。

2.3 信息集成

BIM技术一个很大的特点是对于各个方面的信息进行整合，一方面是对整个设计过程方面的数据整理，另外一方面是对设计信息方面的整理。在数据建模工程中，我们必须把握住每一道工序都有其实践的可行性并且能够保证整个建模的有序进行。计算机主要是有三个维度，利用多个几何信息建立信息模型，我们无法忽视的是，在建筑结构中所使用的建筑材料，他们各个连接结构中的尺寸，以及建筑过程中所用的构件数量等等，这些需要再数据建模时奠定一定的基础，从过去传统的CAD制图，到现在逐渐使用的BIM技术，我们可以明显看到在设计上面的显著进步。

3 BIM技术的设计理念

3.1 参数化设计

参数化设计从实质上讲是一个构件组合设计，建筑信息模型是由无数个虚拟构件拼装而成，其构件设计并不需采用过多的传统建模语言，如拉伸、旋转等，而是对已经建好的构件（称为族）设置相应的参数，并使参数可以调节，进而驱动构件形体发生改变，满足设计要求。参数化设计更为重要的是将建筑构件的各种真实属性通过参数的形式进行模拟，并进行相关数据统计和计算。在建筑信息模型中，建筑构件并不只是一个虚拟的视觉构件，而是可以模拟除几何形状以外的一些非几何属性。对参数定义属性的意义在于可进行各种统计和分析，如材料表统计，在建筑信息模型中是完全自动化的，而参数化更为强大的功能是可进行结构、经济、节能、疏散等方面的计算和统计，甚至可以进行建造过程的模拟，最终实现虚拟建造。

3.2 构件关联性设计

构件关联性设计是参数化设计的衍生。当建筑模型中所有构件都是由参数加以控制时，若将这些参数相互关联起来，就实现了关联性设计。换言之，当工程师修改某个构件，建筑模型将进行自动更新，而且这种更新是相互关联的。如遇到修改幕墙分格，在建筑信息模型中，只要修改分格的数值，所有的墙、柱、窗、门都会自动发生改变，因为这些构件的参数都与分格相关联，而且这种改变是三维的，并且是准确和同步的，无须再去分别修改平立剖。关联性设计不仅提高了工程师的工作效率，而且解决了长期以来图纸之间的错、漏、缺问题。

4 BIM技术在建筑结构设计中的应用

4.1 实现建筑结构设计的可视化

BIM技术是基于三维模型技术而成的应用于现代建筑工程领域的新兴技术，其可以利用三维模型技术来将真实的建筑构件展现给用户，由于传统建筑结构设计中都是以CAD软件进行绘图，该种方法很难将建筑结构的详细信息展示给不同用户，而BIM技术在建筑结构设计初期阶段便通过建立建筑结构的三位实体模型，来帮助各层次用户通过直观的角度对建筑构件信息、功能布局有一个准确的认识与了解。很多大型建筑工程结构设计中可以利用BIM技术来对其整体结构进行动态演示，帮助用户利用直观的角度对建筑结构的各项参数进行观测，从而帮助设计单位选取最佳的设计方案，并且可以及时发现建筑结构设计中的质量缺陷与设计缺陷，对进一步提高建筑结构设计的整体质量有着重要意义。

4.2 BIM技术在建筑结构参数设计中的具体应用

建筑结构信息模型中会有一个包含所有设计信息的数据库，所有建筑结构设计参数都是相关联的，设计人员可以利用该数据库中的数据信息来对建筑结构形体进行构建，而且在设计过程中会对不同的参数予以一些约束，从而确保BIM系统在建筑结构设计中可以及时更新数据库。BIM技术在建筑结构设计应用中最大的特点，是可以实现高质量、高安全性、高可靠性的设计信息输出，对提高建筑结构设计的数字化发展有着重要意义。

4.3 BIM技术在钢结构建模中的具体应用

现阶段钢结构已成为一个大跨度建筑物的主要结构形式，其在建模中往往需要面临结构链接和加強件布置等多个方面的难点，钢结构在设计中需要涉及到梁柱连接、梁梁铰接以及梁梁刚接等多种连接形式，所以在设计中往往需要根据梁的高度，来将各个连接件进行专项设计并要将其参数化。BIM系统在应用中可以利用参数共享，来对螺栓的数量与间距来进行控制，设计人员只需要对参数进行调节便可以形成新的连接件，而在加强件、连接件设计中设计人员只需要画出大样，而在钢结构施工中技术人员只需要对相应位置设计进行参考，便可以来确定加强件、连接件的准确位置，这对进一步提高钢结构设计质量及施工效率有着重要作用。

4.4 BIM技术在利用及节约材料方面的应用

在评价绿色公共建筑的标准中，涵盖有建筑材料使用比例的具体标准，计入施工环境是安全的，且不降低施工质量的情况下，就可保证建筑总体重量超过10%是可持续利用的标准。假如使用以往的手段与技术，是难以实现计算精度的显著提高，从而无法满足新时期绿色公共建筑的设计需求。假如能将BIM技术应用到绿色公共建筑设计过程中，就可使得上述问题迎刃而解。究其原因，是因为BIM技术具有十分强大的统计资料及信息数据的功能，在有限的时间内就可将建筑施工中需要的各种建材的数量精准计算出来，从而给工程建材配置提供了科学的指导，以促使公共建筑顺利通过绿色建筑评价工作。另一方面，BIM技术可井公共建筑的暖通、电气、给排水、结构等有机融合在一起，其具有解决设计中各种专业设计方案存在矛盾及检查管线敷设情况等的作用，所以可在有效避免施工过程中因各种冲突导致的返工及材料浪费等情况的发生，最终显著节约绿色公共建筑在各种建筑材料的用量。

4.5 对结构设计中难点的处理

1）应用BIM技术的三维设计工具软件用了较多的模块参变量和系统参数，与二维创建视图技术有很大的不同，软件需要兼顾与二维设计习惯的一致性，所以模块参变量和系统参数比常规工具软件要复杂很多，这就使得应用中因为系统参数设置不当或参数与参数之间不匹配而导致很多意想不到的问题。

2）在进行结构设计时，很多结构形式十分特殊，这就需要特殊的结构模块对其进行控制，但是三维图形和剖面视图不能形成理想的施工效果，很多设计者会因此放弃BIM技术，而使用原始的二维绘图设计方案。

3）结构工程师在建立BIM模型时，注重的问题主要是结构模型能否自动生成平法施工图文档，以及能否正确转化为可以被结构分析软件认可的结构分析模型。在结构设计中，安全性分析计算是首要环节和重要问题。

5 结束语

综上所述，随着我国居民对建筑行业要求越来越高，对建筑设计提出了更高的要求。其中，BIM技术在建筑结构设计中应用的非常广泛，在设计的过程中，需要充分把握这项技术的优点，对建筑结构进行优化设计，不断完善和规范这项工艺。同时，需要采取合适的措施，使各方面达到规定的标准，增强建筑结构设计方案的合理性和科学性，促进建筑行业健康长久的发展。

参考文献

[1]闫风全，苗茜.基于BIM的建筑结构设计方法研究[J].中国标准化，2017（16）

[2]温源.BIM技术的建筑结构协同设计探讨[J].工程技术研究，2017（08）

[3]孟蓓薇，贺成龙，周益锋，叶文伟，严亮.基于BIM的施工工艺样板区的应用价值[J].价值工程.2017（22）

[4]李秀霞.关于建筑结构设计中BIM技术的应用探究[J].门窗，2017（2）：134.

[5]刘丽.关于建筑结构设计中BIM技术的应用研究[J].工程技术（全文版），2017（3）：28.