浅析BIM技术在智能建筑结构设计中的应用

摘  要：本文在智能建筑结构设计中引入BIM技术，基于BIM技术的可视化、信息化、智能化等特点，进一步明确了设计思路，以及该技术在智能建筑结构设计过程中的具体应用，以期为提升智能建筑结构设计质量作出一定贡献。

关键词：BIM技术;智能建筑;结构设计;应用

中图分类号：TU318    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）11-0000-00

0 引言

建筑结构设计环节关联了建筑物生命周期全过程，建筑结构设计对整体建筑工程来说极其重要。对于日趋智能化、复杂化的建筑结构，传统的CAD设计模式在工程质量管理和建筑结构设计精度上都存在一些问题。BIM技术作为建筑行业最前沿的一种技术。无论是从建设结构设计前期，还是从建筑后期维护方面，BIM技术在其中的应用，必然能够有效地解决我们当下所面临的诸多问题。确保结构设计更科学合理，符合实际应用需求，同时也可以保证建筑工程的整体质量和性能提升。因此，智能建筑结构设计+BIM技术越来越受到人们的认可。

1 BIM 技术概述

1.1 BIM技术的概念

BIM技术依托于数据信息采集来创建数字模型，数字模型其本身就是一个独立的数据信息库，除了能够直观显示本身的材质、规格型号等信息外，还融合了设计方、建设方以及施工过程中的各类信息，能够为现场施工质量控制提供参考。

设计方输出的相关工程图纸都是以建筑模型为基础输出的，模型中的各个元素之间具有关联性，一旦模型出现变化，与之相关的文档与图形也会自动更新，进而促使各个专业实现协同设计，BIM技术的应用提高了图纸修改时间，提升了图纸调整效率。基于BIM技术可视化特点，以立体形式展示工程结构，提前模拟竣工后的建筑情况，发挥了计算机优势进行仿真分析、模型处理[1]，将出图、渲染等工作融为一体，呈现出内容更为丰富、数据更加智能、全生命周期的特征，全生命周期内各阶段的应用如图1所示。

1.2 BIM技术在工程量计量及模拟分析方面的作用

1.2.1 更加精准有效的计量整体工程量

快速提取工程量是BIM技术应用的一大优势，传统的大型建设工程项目材料管理较为粗放，很难做到精细化管理。利用BIM技术的信息模型可以对项目实施过程中不同阶段的物料信息进行实时的提取和预测。项目的管理部门可以迅速获得工程的相关数据信息，并在此基础上对项目的施工人员、施工机械和施工材料进行精准计算，BIM技术的引入极大地减少了资源及仓储环节所产生的浪费现象。实现了领料、消耗的科学限额控制。不同阶段工程量计算应用情况如表1所示。

1.2.2 模拟分析功能

在设计阶段，BIM技术可以对设计上的一些参数进行模拟实验，除了对设计的建筑物进行常规分析外，还可以模拟预计可能发生的事件。例如，节能、紧急疏散、日照和热能传导模拟等。在招投标和施工阶段可以进行4D模拟，也就是工程的进度模拟，以便更好的对进度进行把控，从而确定合理的施工方案[2]。同时还可以进行5D模拟，实现成本控制。还可以进行日常紧急情况处理方式的模拟，如地震人员逃生模拟和消防人员疏散模拟等，如图2所示。

2 智能建筑结构设计中BIM技术的具体应用分析

2.1 实体模型建设

基于市场上的主流软件，如Revit 、Bentley 等建立土建、结构、机电、管线的综合BIM模型，在优化空间布局的同时，可实现对设计结果的动态化呈现，以便让参建各方能够直觉的理解设计方案，可以预先通过各专业模型所见及所得、更直观的检查到设计图上各个专业相互间的障碍、空间几何数据信息、结构计算、设备安装、节能设计等方面的设计问题。在施工前能预先发现存在的问题，优化设计方案，为设备及管线预留合理的安装及操作空间，减少占用使用空间，以降低施工重工、返工浪费等问题[3]。

2.2 建筑结构性能分析

一般项目由于缺少合适的技术手段，很难有时间和费用对项目景观的可规度、日照、风环境、热环境、声环境等性能指标进行检测分析。

（1）自然采光模拟：分析相关设计方案的室内自然采光效果，通过调整建筑布局、饰面材料、围护结构的可见光透射比等，改善室内自然采光效果，并根据采光效果调整室内布局布置等。

（2）室外风环境模拟：改善住区建筑周边人行区域的舒适性，通过调整觃划方案建筑布局、景观绿化布置，改善住区流场分布、减小涡流和滞风现象，提高住区环境质量;分析大风情况下，哪些区域可能因狭管效应引发安全隐患等。

（3）建筑环境噪声模拟分析：计算机声环境模拟的优势在于，建立几何模型之后，能够在短时间内通过材质的变化，房间内部装修的变化，来预测建筑的声学质量，以及对建筑声学改造方案进行可行性预测，如图4所示。

（4）室內自然通风模拟：分析相关设计方案，通过调整通风口位置、尺寸、建筑布局等改善室内流场分布情况，并引导室内气流组织有效的通风换气，改善室内舒适情况[4]。

通过对多项数据进行深入全面的分析和计算，这样才能进行更有效的设计，以此进一步提升整体智能建筑结构的设计质量。

2.3 实现墙体装配化安装

基于BIM技术确定房间墙体的规格尺寸，并在此基础上对墙体进行分解，按确定好的规格尺寸输出墙体平面布置图、立面图，工厂按图纸进行墙体的批量预制，如图5所示。通过墙体工厂预制、模块运输、现场拼装的方式进行安装，避免现场交叉施工，缩短建设周期。

与此同时，通过BIM管综模型优化图纸，确定末端开关、插座、线管等设备的精确位置，预留预埋点位图要保证孔洞位置、数量、尺寸的预留精度，取消后期现场开孔、开槽工序。最终实现以“装配式防火墙体”代替“混凝土实心砖”、“页岩实心砖”、“蒸压加气混凝土砌块”等传统墙体砌筑材料[5]。

3 结语

在建筑结构设计过程中BIM技术的应用是大势所趋，其应用将给建筑行业的设计管理带来全方位的革新，有了建筑信息模型，我们可以从一开始的图纸会审延伸到进度管理、安全管理、质量管理，再穿插到各专业的协调管理，最后到项目的成本效益管理，进而对各参建单位的管理工作实现更加精细、直观、从容、自信的管理。

参考文献

[1] 蒲红克.BIM技术在城市道路与管道协同规划设计中的应[J].城市道桥与防洪，2013（11）：37-39.

[2] 刘明依.BIM技术在旧建筑改造设计中的应用研究[D].徐州：中国矿业大学，2015.

[3] 翟越，李楠，艾晓芹，等.BIM技术在建筑施工安全管理中的应用研究[J].施工技术，2015，44（12）：81-83.

[4] 刘占省，赵明，徐瑞龙.BIM技术在建筑设计，项目施工及管理中的应用[J].建筑技术开发，2013，40（3）：65-71.

[5] 李勇，管昌生.基于BIM技术的工程项目信息管理模式与策略[J].工程管理学报，2012，26（4）：17-21.

收稿日期：2020-10-13

作者简介：尚建强（1977—），男，河北石家庄人，本科，高级工程师，研究方向：机电自动化及智慧城市等。