建筑结构设计中BIM技术的应用

侯平丽 容海川城乡规划设计有限公司

1 前言

目前，BIM 技术在建筑行业发展中起到非常重要的作用。BIM的参数化、可视化、管理化、仿真化功能的发挥为建筑工程管控提供了科学依据。建筑结构设计与建筑工程管控间存在着紧密联系，将BIM技术应用到结构设计中，对于设计水平的提升具有显著作用。

2 建筑信息模型

图1 BIM技术

BIM技术即建筑信息模型，其融合了建筑学、工程学、土木工程学等多种专业知识，是为建筑设计和施工提供专业指导的重要工具。建筑信息模型中融入三维技术、计算机技术、物件导向功能，能够根据现场情况及工程要求构建完整的模型系统，帮助相关作业人员开展设计、施工指导、图纸改进、参数计算等工作（如图1），从而降低建设难度，提高建筑工程的质量。将建筑信息模型应用于建筑结构设计中，可对结构性能、连接情况、材料等内容展开科学分析，为设计人员提供更加精准的数据资料。

3 BIM技术特点

3.1 可视性

BIM可视化功能在建筑结构设计中起到非常重要的作用。以往建筑结构设计中，设计人员需要通过人工操作的方式编制二维图纸，编制过程中容易因为考虑不全面，使结构设计内容缺少连续性，结构过于突兀，进而降低后期施工的质量。而利用BIM技术，可直接将抽象线条转化成立体图形，构建三维空间数据模型，将平面图纸转化成可视化图形，一目了然（如图2），便于设计者做出更改和调整，以改进工作效率。

图2 可视性

此外，在结构设计过程中，传统的平面CAD制图想要转变成效果图，就需要专业人员按照平面图内容手动制作，速度较慢，还容易出现偏差。而使用BIM技术后，则可直接在BIM软件中绘制二维图纸，自动将二维图纸转化成效果图，解决传统绘制存在的问题，而且生成的效果图在可视化功能作用下，可将结构和构件间的关系直观显示出来，将产生的数据资料自动化的编辑保存，并为设计人员、施工人员提供可靠的依据。

3.2 协调性

建筑结构设计要想发挥其管理作用，就需加强各部门间的协调与协作，针对设计内容共同探讨，并提出自己的见解和意见，保障结构设计的可行性。在这一过程中，BIM 技术的协调性发挥着较大作用。该技术构建的信息化平台，能实现部门间信息数据的有效传输、共享和存管，了解部门工作要求，明确交叉作业内容，且将其融入到结构设计中来，从多个角度对结构设计内容加以分析和探讨，解决存在的各种问题，完善结构设计。同时在BIM模型下，设计人员可同施工、监理等部门人员共同对设计方案予以分析和改进，增强各项参数数据及结构的合理性，促进施工作业的顺利进行。再者，BIM 技术下，数据参数的更改，其相关参数也会随之改变，便于工作人员识别其中的问题项，减少资源、成本损耗。

3.3 模拟性

BIM技术的模拟性不单单体现在建筑物结构的模拟，还包括特殊实验环境的模拟。如结构设计中，BIM 技术可模拟日照、节能、热传导等变化趋势；在招投标环节内，可对施工组织计划予以模拟，做好施工作业的科学规划和安排，保证施工方案的有效落实；在建模和数据处理中，BIM 技术可对各项设计参数数值加以模拟，调整和优化其中存在的问题项，加强参数数据的准确性；模拟建筑所在环境，确保结构设计形式符合所在区域环境变化要求，为人们营造良好的生活空间，增加建筑销售量；对建筑结构真实环境下的变化特征加以模拟，以达到人力、物力节省的目的，提高设计的效率。

4 BIM技术在建筑结构设计中的具体应用

4.1 结构和场地分析

建筑结构设计中，应注重结构的稳固性、安全性、美观性等特征，以有效规避不良因素带来的影响，延长建筑的使用寿命。为此，在建筑结构设计前，要先对建筑结构和场地展开科学分析，明确建筑所在区域的地质环境特征，了解区域气候、水文的变化特征，进而根据工程要求建立信息模型，以模型和现场的对比分析，确定最终建设地点以及结构形态，以此开展设计工作，改善建筑质量。

4.2 功能性确定

建筑结构设计不是对建筑整个框架进行罗列，而是考虑到结构设计满足建筑的不同需求，且又不会使建筑产生突兀感。对于建筑的功能要求，首先要优化整体建筑的抗震性能，使其不受外界灾害的影响，处于稳定状态下。另外，还需考虑建筑结构的耐久性、阻燃性、承载性、强度及抗剪能力等。这些分析过程如果采用以往的方式会消耗较长时间，需要不断开展测试检验，而这容易造成资金、资源的浪费，再加上作业人员主观意识的影响、实际操作中容易出现失误，进而引起偏差的产生，影响了最终建筑结构的性能。而使用BIM技术后，则可在立体模型中，对建筑结构功能加以分析和研究，并结合数据库资料，发现其中存在的问题，及时改进和处理，以提高建筑结构质量，增大整体工程的安全系数。

4.3 结构模型的建立

建筑结构质量的好坏及科学性与否会对建筑工程质量的高低造成了重要影响，且还会产生较多的人力、物力、财力方面的损耗。因此，在建筑结构设计中，就需要从多角度展开综合分析与考量，并借助BIM技术构建完整的建筑结构模型，直观分析建筑结构特点，调整其中的问题项。应用BIM 技术可在梁、板、柱等结构设计中提供充足的数据信息支持，便于作业人员进行深入探讨，确定结构模型，了解结构间的关联关系。

4.4 关联结构模型

随着建筑规模的扩展，建筑结构设计中的关联结构数量逐渐增多，这使得关联结构模型的构建也越来越复杂。在该结构模型建立中，除要考虑结构合理性外，还需对结构件的关联性加以掌握，对其中存在的突兀加以解决和完善。BIM技术应用后，将管连接构件的对称或不对称关系直观显示出来，便于调整设计内容，优化设计水平。如洞口与墙体设计中，利用BIM技术，通过相关操作，将洞口附着在墙体上，这样在删除洞口时不会连同墙体结构一起删除，而在删除墙体时，洞口则会随之消失，通过这样的操作可明确判断洞口与墙体结构间的关联关系，有助于完善设计效果。

4.5 IFC模型

IFC 模型是目前建筑结构设计中BIM 技术较常使用的一种功能，能充分发挥BIM多重属性功能，实现各种力学模型及特殊模型的构架，为设计人员调整、优化、完善设计内容提供帮助。再者，IFC 模型的适用范围较广，可确保力学模型构建质量。如在墙体关联模型建立中，IFC模型可直观的展现墙体结构层、隔热层、外墙面等内容，并将其中的关系展现出来。在该模型内，还可完成的功能有：定义材料属性；利用材料层集合使用实体、材料分层，且分别展开定义；利用材料关联实体进行墙体材料与墙体的关联。上述工作对整个建筑工程来说有着重要意义。

4.6 协同处理

利用BIM 技术可做到建筑结构设计中，各种信息数据的实时更新和快速处理，加强数据处理准确性，降低不良因素对设计质量的影响。具体内容为：首先，利用BIM技术可做到不同区域设计内容的分隔处理，避免因信息混乱引起各类问题的产生；其次，构建中心数据库，做好信息数据的快速调取和传输交流，避免问题的出现。且协同处理可实现信息数据的整合和分类，为设计工作的开展提供对应数据资料，从而优化设计质量，加快设计工作的进程，维持最终方案的可靠性。

5 结束语

综上，相关人员应加大建筑结构设计中BIM 技术的重视力度，充分发挥BIM 技术的性能功效，合理规划建筑结构，维持结构稳定性、安全性和美观性，以此强化建筑整体效果，为行业发展、经济效益增长提供强大助力。