BIM技术在建筑结构设计中的应用

郭冲

河南中核五院研究设计有限公司 河南郑州 450000

1 BIM技术的应用特征

作为一种全新化的建筑设计、生产模式，BIM技术的应用范围不断扩大。从应用过程来看，其具有以下应用特征：

其一，建筑设计信息的可视化管理。在BIM技术平台下，数字化、立体化的三维可视模型得以有效建立，其为信息决策的高效进行奠定了良好基础。

其二，设计信息管理的协调性。建筑设计过程中，信息协调是基于BIM技术信息交互平台的建立而实现的。具体而言，其将建设单位、施工单位、业主等信息交互方纳入管理平台，实现了信息资源的高效应用。

其三，建筑设计过程可模拟性管理。与传统二维设计所不同的是，在BIM技术支撑下，建筑结构的物理特征和空间特征可以规范输入，从而实现建筑结构的虚拟施工，为后期建设提供有效参考。

2 BIM技术与传统建筑的区别及优势

随着经济发展，建筑企业对于建筑设计的经济性需求更高，安全性要求更高。在建筑企业中，建筑结构设计是建筑的开发支出的很大一部分内容，传统的CAD设计模式在建筑设计中要花费时间和大量资金。所谓企业内部开源节流，要从建筑设计中抓起，提升设计的经济性，节约支出，增加企业收益。建筑结构设计人员要对工程项目进行成本控制，不仅在图纸设计上进行更经济的设计，更是在施工的每一个阶段都及时进行复算以避免出现实施错误，但这一要求在CAD模式之下实现具有困难性。而BIM技术基于传统设计优化升级，提升产品的建筑特点，其基于整体之中进行布局探讨，在建筑的设计、实施、运维阶段进行一体化设计方案建设过程，相较于传统的设计模式，BIM技术的直观性更强，可操作性更高[1]。

3 建筑结构设计中BIM技术的应用

3.1 BIM技术在模型构建中的应用

（1）基于IFC标准的BIM模型构建。在使用BIM技术的过程中，需要涉及多种软件，如计算软件、作图软件、工程量、造价分析计算软件等，为了解决这些复杂的软件问题，可以采用IFC标准格式，通过IFC标准格式对最小结构单元的几何尺寸、材料性质、组织形式等进行定义处理，并通过建立BIM材料族库完成各个软件的正常运行。以砖墙结构为例，可以通过IFC标准模型明确砖墙结构所需材料的尺寸、物理性能、力学性能要求，确定需要采取何种规格的砖块，然后通过关联材料实体完成砖块和墙体材料之间的联系，最终确定工程方案[2]。

（2）BIM结构模型的构建。建立BIM建筑模型时，建筑的所有材料信息都需要录入系统中，建筑结构的梁、板、柱等构件规格、尺寸等在系统材料数据库中有清晰的记录，通过该系统可以明确建筑结构模型。例如，在设计建筑墙体结构构件过程中，应定义好建筑实体，然后通过系统对建筑构件之间的关系、楼层实体之间的联系、空间结构联系进行直观的展示。

（3）关联性结构模型的构建。各构件之间的联系是建筑结构设计中需要重点考虑的问题，通过BIM技术建立的建筑模型，可以对建筑结构各个部件之间的关系进行直观地分辨，通常建筑结构有2种关联：对称性关联和非对称性关联。将2个存在主要和次要关系的建筑称为非对称性关联，在进行建筑实体修改时不会改变建筑主实体。例如，墙体和洞口存在主要和次要关系，在墙体上附着洞口，删除掉墙体的话会同时删除掉墙上的洞口，而仅删除次要的洞口不会对墙体的存在产生影响[3]。

3.2 BIM技术在创建钢结构模型中的应用

伴随着建筑工程数量的增多与规模扩大，新型建筑结构设计模型和材料越来越先进，特别是钢结构，跨度与空间持续扩大继而得到了广泛应用。现如今，很多造型奇特的结构都利用钢结构创建模型，在钢结构设计时组件连接和设计具有较大难度且繁杂。所以，建筑结构设计具有较大难度。而应用BIM及时即可解决其问题，计算钢结构梁体展开连接组件计算，自主选择参数并分析各参数的影响。利用BIM技术数据信息分享功能计算钢结构中螺栓数量、焊缝数量、间距等，控制好设计距离。若有新的组件需要添加到模型中，设计人员只要调节数据即可，通过BIM编制大样图，便于现场施工的顺利进行。同时，设计人员通过样图能够准确的掌握构件位置，保证钢结构稳定。

3.3 运用BIM技术优化设计细节

在建筑结构设计过程中，合理运用BIM技术，还可以对施工图的细节进行优化调整，并确定孔洞预留等情况，对优化设计方案具有重要作用。通过BIM技术对建筑设计细节进行优化，主要是对采阳窗位置、墙内线路走向、入室线路孔洞、保温材料选取以及隔热材料选取等细节加以确定，若这些细节方面出现问题，那么将导致建筑整体性能降低。比如在选择保温材料的时候，通常北方到了秋末时节，温度会快速下降，至第二年春季温度才会逐渐回升，此阶段北方处于集中供暖时期，而建筑结构外部温度依旧会很低，若不能合理选择保温材料，降低墙体保温性能，也会对室内温度产生影响。对保温材料的选取，可以通过BIM技术实现不断模拟，将固定条件下的温度设定在-10℃、0℃还有10℃等，以对不同材料自身实际保温效能实现充分判断和分析，优化选择保温材料。

4 结语

BIM技术对于建筑结构设计质量提升具有深刻影响。实践过程中，设计人员持有充分认识到BIM技术的应用优势，并做好其在实际工程设计中的具体应用，才能确保BIM技术应用水平的提升，继而在保证建筑设计质量的同时，实现建筑工程行业的进一步发展。