基于BIM的建筑结构施工图设计研究

易嘉明

（广东省机电建筑设计研究院， 广东 广州 510000）

0 引言

社会经济和现代科技的发展，很大程度上推动了建筑行业建设管理方法的革新，尤其是像BIM这样的先进技术，对建筑工程行业当下及未来的发展有重要的价值。BIM作为一种融合了现代计算机软件技术和信息化技术的先进系统，在建筑工程建设和管理中，能够将数字化的技术优势发挥得淋漓尽致。接下来，本文就从建筑结构施工图设计环节入手，对BIM技术的应用进行研究和分析。

1 BIM的介绍以及在建筑结构施工图设中的应用价值

1.1 介绍

BIM（Building Information Modeling），翻译过来也就是建筑信息模型，是一种基于计算机软件和数据库的现代技术。这种技术在工程设计、施工和管理中，是一种重要的工具。其核心功能是将相关资源和专业因素进行数字转化，再通过系统的数字模拟功能，呈现可视化的三维模型。基于这种三维模型，设计人员可以直接通过操作软件来进行工程结构设计和可行性模拟分析，施工人员可以更直观的了解施工图纸和设计要求，管理者可以基于对相关数据的分析，制定和执行有效的管理措施[1]。从专业角度来讲，BIM是一个共享的知识资源，可以通过计算机及网络给相关人群共享建筑项目的相关信息，这些信息的指导性贯穿于建筑工程的全生命周期，对工程设计、建设、验收和日后管理维护，都能提供重要的支持。同时，在建筑工程全生命周期中，人们可以根据实际需要，通过BIM对相关信息进行增加、修改和更新，实时反映工程状态和施工管理进度。

1.2 应用价值

在传统建筑工程的结构施工图设计环节中，技术人员主要用到的是有限元结构分析软件，通过它来完成分析设计方案中建筑结构力学状态，进而评估设计方案的可行性。在分析完成之后，再用CAD软件将设计方案以二维图的方式呈现出来，提供给相关人员使用。但是，这种方法中的各个环节比较独立，并且最终完成的设计图纸可视化效果较差，同时如果有更改需求时，将会消耗大量的时间精力。

而在建筑结构施工图设计中使用BIM技术，可以直接在软件中构建可视化的三维模型，同时录入或生产相关设计参数，并利用力学分析模块直接对设计方案中的建筑结构力学稳定性进行测试。之后，BIM技术能够直接生成测试通过之后的结构设计图纸，并按照相关使用者的要求进行图纸转化。显然，BIM技术可以将结构绘制和设计统一起来，给设计人员的设计工作以及图纸会审、使用人员带来极大的便利[2]。

进一步来讲，BIM技术的应用，改变了传统二维平面设计的模式，通过对三维模型的设计，不仅可以节约设计时间，还能提高设计方案的可视化水平，便于相关人员及时发现不合理的情况，同时为自己的工作做好相应的准备。具体来讲，通过BIM技术设计的建筑结构模型，可以生成大量的专业数据，从工程设计、施工、造价控制，到工程验收、物业管理、建筑水电系统设计安装等环节的不同人员，都能获取自己需要的专业数据和图纸。也就是说，BIM技术设计完成的图纸方案和数据库，将贯穿于整个工程的生命周期。

最后，通过BIM技术的应用，可以让结构设计人员与其他部门进行快速沟通、协同工作。在设计团队内部，基于一个BIM三维建筑模型，多个设计人员可以协同进行设计，互相能够及时就相关问题进行在线讨论和协调解决。在整个建筑工程项目的推进中，可以与其他部门人员进行快速的信息沟通，提高设计和应用效率。

2 BIM技术在我国建筑结构设计中的应用情况

自2003年起，BIM技术在我国部分地区的建筑工程建设中就得到了实践研究，同时相关高校也开始着手将相关技术的研究和学习纳入建筑工程设计和施工的专业课程之中。软件单位投入资金和资源对BIM软件进行开发，逐步推出了很多有应用价值的BIM设计软件。

如今，我国建筑工程行业中，BIM技术的应用率和应用水平越来越高，尤其在很多知名建筑工程项目中，BIM技术发挥了至关重要的作用。例如，著名的上海中心大厦工程项目的开发建设中，全过程使用了BIM技术，将BIM技术贯穿于该工程的设计、施工、后期运营之中。到如今，该工程BIM形成的图纸模型、数据库都还在为该建筑的运营管理、维护保养提供重要依据。

不过，目前我国整个建筑工程建设和管理行业中，BIM技术的应用水平依然较低，尤其是与之配套的相关制度、协作机制尚未健全。例如，利用BIM技术进行结构设计和建模的相关费用尚无一个清晰的标准，并且在知识产权和所有权方面存在一定的问题。同时，在实施过程中，可能存在不同单位的数据应用和格式标准存在差异的情况，这会导致BIM技术的优势无法发挥出来，导致工程建设管理效率受到影响。另外，关于BIM技术中相关模型、图纸、数据库的管理也存在一些问题，如此庞大且重要的数据体系，需要进行妥善保管，否则很容易对建筑工程的建设和后期运营维护工作带来一定的负面影响。最后，如今掌握BIM技术且具备相关信息化、协同化理念的人才比较缺乏，很多建筑设计单位虽然使用了BIM技术，但是设计人员乃至其他部门之间仍然按照传统的工作、协同模式，导致BIM技术的优势和价值没有被充分发挥出来。

3 BIM在建筑结构施工图设计的具体应用

在建筑工程的结构设计中，BIM模型设计系统对逻辑结构的依赖性比较强，因此要求相关技术人员对不同结构体和构件之间的关系进行明确把控。比如在建筑结构和属性之间的关系方面，要处理好美学、力学以及实用性要求之间的关系。在设计中，技术人员要对钢筋、混凝土及相关工程材料的物理性质、力学特点和环境适应性进行足够了解，对模型系统进行动态扩展，进而提高结构施工图设计水平[3]。

在利用BIM技术实现结构施工图设计时，设计人员要对结构原型开发过程进行全面的分析，按照系统数据库的相关规则和指标，对相关资源数据和信息进行合理利用。该环节中，要通过接口层实现物理储存数据与模型之间的有效连接，通过模型层来实现设计方案观察和可行性分析。另外，设计人员需要配合计算机及数据库开发管理人员，将结构施工图的设计规则、图档资料、文件及系统进行数字化转化，再储存于系统数据层之中。并且结合建设管理团队的实际情况，对数据层的访问、调取、更改权限进行设置，确保数据层的安全。在结构施工图设计完成之后，设计人员需要将设计方案转化成可视性和可理解性较强的三维模拟图，再联合施工负责人、BIM技术人员、工程造价人员、监理人员等，对设计图纸进行会审，评估可行性，形成最终执行的设计方案。

另外，在建筑结构施工图的按设计当中，设计人员需要联合技术、造价控制、监理乃至业主等人员，利用BIM系统实现高效化的信息沟通和交互。比如，利用BIM技术的可视化三维模拟技术，在线上与各方就设计稿进行讨论，广泛收集各方意见，针对小问题，可以实时进行调整设计和呈现。从设计团队本身的角度来讲，如今大多数建筑工程项目的规模比较大、结构复杂，结构设计工作都是由多个设计师协作完成。为此，设计人员也可以利用BIM技术，实现多个设计端的协同设计，设计师互相可以看到其他设计师的设计调整动作，基于线上信息沟通模块，提高设计效率和质量。

最后，通过BIM技术，建筑结构设计团队可以对相关数据信息进行快速收集，并通过相关软件进行初步模拟化设计。避免传统设计模式下信息获取慢、应用价值不高的问题，并且还可以在信息数据获取和分析过程中及时发现问题。而从另一个角度来讲，基于BIM的建筑结构设计，可以全程对设计过程的各个环节进行动态化记录，将相关信息储存于数据库之中。而设计人员在优化设计、审核的过程当中，可以随时调动这些历史记录，进而可以实现结构设计方案的不断完善。最后，这些重要的数据和信息，在后续的设计图纸会审、建造施工中，都可以在施工单位、造价控制人员、监理人员手中发挥至关重要的作用。

4 结束语

总结来讲，当代建筑工程的设计和建设管理水平在不断提高，其中现代技术和管理理念发挥了重要的作用。在建筑工程结构施工图的设计环节中，BIM技术三维模拟功能和数据库功能的优势被充分发挥了出来。在建筑工程市场竞争越来越激烈、社会要求越来越高的大背景下，设计人员需要积极对BIM技术进行深入的研究和实践应用，通过可视化系统，开展协同设计和审核工作，全面提高结构施工图设计效率和质量水平，进而提高建筑工程的建设和管理水平。