基于BIM的建筑结构设计方法研究

谷宜豪（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077）

由于建筑领域直接关乎社会大众的安危与舒适度，建筑领域一直处于高速状态进行发展。但在发展速度过快后逐渐发现很多问题，而且这些凭借传统技术无法实现切实处理，这时建筑领域开始将重点放在BIM技术上，只要在建筑结构设计中灵活落实BIM，就能深入其中找出建筑结构之中隐藏的安全风险，在这些风险完全排除后，社会大众的安危就不会受到威胁，建筑舒适度也会有所增长。

1 基于BIM建筑结构设计的价值

BIM模型即三维建筑工程信息数据模型，是基于三维建筑数字信息技术的一种新型计算机信息技术，能够依据模型相应的建筑工程设计数据，构建建筑工程数据模型，并在建筑工程项目整体建设的工程设计、施工等各个环节之中发挥重要指导作用。可以轻松实现对所有建筑全面使用数据的实时展现，其中还具有数据动态实时更新数据管理的强大功能，不仅是它能够有效确保所有使用建筑全部数据的充分动态展现，同时还能够对建筑数据模型进行及时自动更新，对模型数据进行自动优化调整，大大提高的建筑工作效率及建筑工作管理质量。除此之外，BIM建筑技术的迅速出现及广泛应用，使整个建筑业所有结构生产技术部门都基于同一个新的建筑技术模型进行工作，为整个建筑业的结构设计人员提供了统一的建筑技术应用平台。同时，运用这一信息技术所设计构建的建筑模型，包含了大量的建筑设计参数信息，工作人员仅仅只需对其中的基本信息和设计参数数据进行手动修改，就已经能够轻松实现对建筑整体结构设计的自动调整，真正完全实现了现代建筑主体结构的信息参数个性化整体设计。

2 基于BIM建筑结构设计的现状

当前，随着现代建筑行业的快速健康发展，社会对于现代建筑工程的结构施工设计要求也逐渐地提高，同时，对于现代建筑工程结构也逐渐提出了更高的设计要求，而现代建筑工程结构的施工设计管理过程也逐渐变得更加复杂，并且在进行现代化的建筑工程结构的施工设计管理过程中，以往一些传统的施工设计管理方法已经根本无法真正起到有效地防范作用，反而将其自身的一些问题逐渐地暴露下去出来，进而对现代建筑工程结构的施工设计过程产生了不良的社会影响。

社会进步时代的经济发展技术进步大大提高了当今人们的精神生活品质，也使得当今人们在精神物质生活品质上的提高要求越来越高，其中也特别包括专业建筑物，不仅特别要求整个建筑物必须具有美观的整体外形，还特别要求整个建筑物的整体内部结构及室内空间功能分布都具有一定的美观性及经济实用性，这也大大增加了专业建筑物的结构设计从业人员的工作难度。近年来，建筑工程的立面主体形式结构变得愈加复杂，导致许多建筑主体结构设计工程师在研究设计各种建筑主体结构的整个过程中，需要重新想象比以往更为复杂的各种建筑结构空间。

3 基于BIM建筑结构设计的方法

3.1 准备设计方法

相关项目设计工作人员，在对一个建筑施工结构项目进行总体设计之前，需要对一项建筑工程及其施工结构所在地的各个环节情况，进行深入的专业了解与实地考察，对建筑施工结构所在地，自然水文、地形、地质等各种多方面情况进行详细的调查勘测，以此才能获得准确的勘测数据分析信息，而新的BIM勘测技术也同样可以广泛应用其中。相关设计工作人员不仅可以直接利用BIM中的可视角变化功能特点，对整个建筑工程结构施工前期所在地的外部环境情况进行实景勘察与设计分析，并将建筑施工过程所在地的自然地形、地貌等外部环境的各种具体情况实时呈现显示出来，这样便可根据这些具体信息对整个建筑工程结构的前期设计要求进行全面、合理地设计分析，保证整个建筑工程结构的前期设计施工质量。

3.2 流程设计方法

BIM在建筑结构设计中的运用，能够实现3D设计，通过计算机技术，实现对建筑信息在三维空间中的有效体现，而在这一过程中，工作人员应先实现建筑项目设计流程的构建。在建筑方案阶段，结构工程师需要与建筑工程师进行充分沟通，从建筑功能、结构力学等方面，对结构设计进行分析，并运用BIM技术展示设计结果，与各专业工程师对设计进一步地调整。在初步设计阶段，工作人员可以将建筑相关数据导入到BIM软件的新建结构样板中，从而构建三维立体模型。随后，工程师通过在平面结构中对构件进行布置以及在相应建筑模型中的检验，实现优化设计，避免构件碰撞冲突情况。并在结构模型完成后，运用有限元件分析软件进行试算，运用BIM数据交换接口，实现数据的直接转换、更新和修改，避免重复建模，提高模型更新速度。在施工图阶段，工作人员需要将设计内容反映到二维图纸上，运用BIM软件中的平面视图转换功能，实现对施工图的转换。而在后期图纸变动中，仍然在三维图形中进行变更，从而实现对所有视图构件的修改。

3.3 空间设计方法

科学合理的整体空间规划设计，能够有效提高整个建筑物内结构的设计质量，而对于建筑物内结构的整体空间规划则，主要包括：考虑建筑物的内外室内空间结构分布、建筑物的整体外观等，BIM设计技术能够在充分集合各种建筑工程各种立体数据统计信息的根本基础上，将建筑初步设计时提出的各种建筑立体结构设计方案进行构建，并形成完全可视化的各种建筑立体结构模型，相关工程设计工作人员则不仅可以通过观察各种建筑立体结构模型，对其整体空间规划及资源分布利用情况可以进行科学有效的设计分析，同时还要充分考虑整个建筑工程的整体功能性，进而可以促使进行建筑工程结构的整体空间规划并使设计方案最终达到最佳设计效果。

3.4 建模设计方法

BIM这项技术本身其实就是一种有效建模设计技术，将其广泛应用于我国建筑工程结构的有效建模设计过程中，则不仅能够有效实现我国建筑工程的三维立体结构模型的有效建模构建，进而能够促进我国建筑工程结构设计技术有效性的大大提高。BIM这种技术应用能够将整个建筑工程结构的整体设计方案从二维立体平面的信息展示设计状态形式转变为了成为三维立体的信息展示设计状态，这样不仅大大提高了整个建筑工程结构的整体可视化展示程度，而且也为所有参与工程设计的建筑相关从业人员自身提供了更为直观的整体建筑结构模型，使得他们不仅能够对整个建筑工程的整体结构设计信息及建筑空间布局设计规划一个更为明确的整体认识。不仅如此，BIM这种技术方案中的碰撞检测技术能够及时发现整个建筑主体结构设计中不合理的部分，并希望能够及时检测并找出其中部分存在的安全问题，相关建筑设计工作人员也希望能够充分利用碰撞检测这种技术手段对整个建筑主体结构设计过程中的存在问题部分进行及时修正，保证整个建筑工程的后期整体设计质量。

3.5 构件设计方法

在现代建筑工程中的结构设计中，构件设计族主要类型包含板式结构构件基础、板式结构楼梯等。其中，钢结构和各种预制建筑构件在各种建筑工程设计项目中十分常见，主要广泛应用于各种工业工程建筑中，而高层住宅等各类工程建筑中，一般也都会尽量选用这种现浇钢筋混凝土预制构件。设计施工人员可能需要根据不同工程实际设计需求随时进行不同结构型和构件族的设计选择，以大大提升工程设计施工效率。除此之外，还有必要同时加强，对这一关键技术的研究开发和应用研究，提升其各项应用功能，以利于优化大型建筑物的结构设计管理工作。

3.6 碰撞设计方法

有效的装备碰撞条件分析技术能够有效减少装备设计变更，降低设备工程维护成本。而BIM则是在粒子碰撞物理分析过程中的重要运用，则实现了信息的充分共享和协同设计，能够将建筑中复杂的空间几何关系充分展现出来，实现有效的碰撞分析检查。

例如：在某高度为25m、总面积在17953m2的通信机房设计中，设计人员运用了BIM技术进行碰撞分析。通过直接在软件建筑结构模型上对管线构件布置进行自动布置，从而实时获取文件相应的建筑结构力学计算原理模型，工程师可以通过手动连接管线文件，对管线设备及相关管线文件进行自动布置，并通过对监控中心管线文件如何修改运行状态的自动监控，及时分析获取文件相应的管线变动条件情况。在碰撞分析中，运用BIM技术构建了建筑模型，并在碰撞检查中及时发现了设计中的问题。工作人员立即对这一问题进行优化，从而避免了后续施工中的图纸变更等问题，大大节省了工程成本。由此可见，BIM技术在结构设计中的运用是行之有效的，还需要工作人员在结构设计工作中加强运用。

4 结语

总而言之，BIM在建筑结构设计中的落实水平，可以直接决定建筑结构的最终质量，所以施工单位在开展基于BIM的建筑结构设计之前，最好先行了解BIM对于建筑结构设计的具体价值。除此之外，在开始建筑结构设计工作时，需要注意BIM在准备、流程、空间、建模以及碰撞等多方面的设计方法，保证基于BIM的建筑结构足够合理，从而促使现代建筑的实际质量得到持续强化。