结构设计中BIM技术应用的探讨

王佳炜

贵州省建筑设计研究院有限责任公司 贵州 贵阳 550081

1 BIM技术在结构设计中的优势

在实际开展结构设计工作时，应用传统形势下的方法和流程进行设计，在施工图纸设计阶段会存在较多任务。虽然此阶段的工作状况并不会对建筑性能产生较大影响，但是施工图设计阶段的变更工作会产生较多反复，影响施工图质量及设计工期。为了防止产生这一系列问题，充分应用BIM技术，在构建科学合理地BIM模型之后，能够防止后期产生设计变更问题[1]。不仅如此，在结构设计工作中正确应用BIM技术，既能提高施工图的质量，还能做好信息化模型的集成工作。基于此，建筑结构设计人员为了保证设计工作符合标准要求，会将BIM技术作为技术支撑，具体的应用优势体现在以下几个方面。

1.1 有利于实现三维可视化设计和虚拟设计目标

结构设计人员应用BIM技术开展三维可视化设计工作时，主要就是将三维实体模型作为基础依据，生动形象地表达各个构件之间具体存在的空间关系，这样能够为设计方、施工方、建设方沟通交流提供保障。以设计人员对一些大型复杂的建筑结构进行设计为例，进行细致分析，如果只是依据平面图纸、立面图纸进行研究，就会产生设计方案缺乏针对性、难以保障不同专业有效协作等问题[2]。基于此，充分应用BIM技术的三维可视性特征，以漫游演示的方式为主体现出设备模型和结构模型的动态性，同时也能检查各个构件的空间关系是否满足标准要求，一旦结构构件与设备构件发生碰撞，也能及时发现和处理，对于结构设计人员选择出最优方案具有重要作用。

1.2 有利于保证实体配筋技术发挥应用价值

结构设计人员结合设计要求，充分应用BIM实体配筋技术，不仅能够模拟局部复杂部位或是节点的钢筋配置状况，也能及时发现问题和处理问题。此外，充分考虑施工要求之后，配置的实体钢筋模型在发挥作用的基础上，还可以为后续高效开展钢筋工程量统计、选用针对性的钢筋下料方法提供参考依据。

1.3 有利于高效开展实体模型参数化设计和协同设计工作

细致分析“模型的参数化”内容，可知主要指为构件定义的参数化、不同图元之间的参数化约束关系。在明确这项内容之后，设计人员充分利用模型的参数化关系，能够进一步提高建模效率，甚至对于增强可编辑性也具有重要作用[3]。使用传统形势下的二维CAD施工图，因为图元由不具备实际物理意义的点、线、面等模型组合而成，所以难以开展一处修改和处处更新工作。这就要打破传统观念的束缚，将BIM软件应用其中，在将平、立、剖视图整合在一个参数化数据库之后，可以做好一处更改和处处更改工作，甚至对于减少人为失误也具有重要作用。

1.4 有利于集成、共享、交换结构设计信息

主要就是将BIM模型作为主要平台，开展设计信息集成、共享、交换等工作。比如：充分利用Revit 的明细表，高效开展工程量统计工作，从而保证Revit与其他类型的分析设计、算量软件之间的数据有效传递。

2 结构设计中数据交换分析

BIM技术充分发挥应用价值，能够实现共享信息和交换信息目标[4]。现阶段在实际开展结构设计工作时，将BIM技术应用其中，非常关键的一项工作是开展数据交换工作，如具体包括依据IFC标准，使不同软件之前的数据进行交换；在将BIM 核心建模软件的辅助下开展二次开发工作，如在以Revit为基础依据，充分利用Revit API进行二次开发，从而保证形成与之具有关联的插件；充分应用其他不同形式，开展数据交换工作，以利用中间数据文件Excel为例，达到数据交换的目的。

2.1 依据IFC标准交换数据

细致研究“IFC标准”，可知其是工业基础类的简称，现阶段已经有多种软件已经通过了认证，如具体使用的Revit Structure 软件就已经通过了认证。在实际开展测试工作时，将BIM建模软件Revit Structure 作为主要依据，并利用IFC模型查看器开展数据交换工作。

为了提高测试结果精准性和可靠性，需要充分利用多种结构体系开展转换测试工作。在此期间，依据转换结构的Revit结构物理模型、结构分析模型等做好各项操作。在多种模型的构件截面中，具体包括矩形、T形、圆形等。在具体操作过程中，先要分别在软件中构建符合要求的测试模型，并将具体构建的模型称为“原始模型”；之后以标准格式开展导出工作，从而形成IFC模型；最后使用Solibri模型查看器将IFC模型打开，细致对比IFC模型与原始模型之间存在的相同点和不同点[5]。在此之后，需要降低每一个IFC模型导入到Revit中，保证可以重新生成模型，并且也要对比重新生成模型与IFC模型的相同点和不同点。

经过多次测试，可知以IFC标准开展的数据交换操作，具体状况如下。

一是原始模型与IFC模型存在差异，主要体现在模型信息丢失和错误等方面。二是Revit中重新生成的模型的结构物理模型，与原有的IFC模型进行对比，可知具体表现具有一致性，但是Revit中重新生成的模型，并没有形成结构分析模型。三是Revit重新生成模型中构件的族类型、族参数定义改变，一部分的构件可以在参数化方法的辅助下，载入族足够变为非参数化的内建族构件，并且这些构件只能在原位上进行拉伸会或是缩放，这样导致无法对其他组类型进行编辑。

2.2 以Revit API为基础的二次开发

以Revit API为基础依据的二次开发接口的数据交换形式，具体分为以下两种类型。

一.是只是转换结构分析模型：转换接口发挥重要作用，主要是读取Revit中的分析模型并完成转换工作，不可否认这是应用率较高的一种转换接口的方式。因为在Revit自动形成的结构分析模型中存在一些不足，所以非常关键的一项工作是调整Revit中的结构分析模型，在保证梁、板、柱等建筑构件形成了良好的约束关系之后，再按照标准要求将结构分析模型导入到具体应用的分析软件中。

二.是在转换物理模型同时，保证软件可以自动生成分析模型：将这种类型的数据交换形式与前一种进行对比，可知理论上这种转换形式不存在简化的状况，也能保证结构分析结果具有精准可靠性，但是无法保证自动生成的结构分析模型具有合理性和可计算性。

在细致分析这两种数据转换形式之后，不难发现虽然以Revit API为基础依据的接口转换工作，能够保证物理模型转换信息具有完整性，但是仍然存在一些难以解决的问题。比如：无法全面满足建筑结果设计要求。实际上，一个完整的结构设计模型包括多项内容，像分析模型、物理模型、荷载布置、边界条件等[6]。有一部分的接口只是支持模型转换，存在不支持荷载转换的问题，甚至还有一些接口的构件截面类型转换，会受到一些因素的限制，导致不能转换组合之后形成的构件截面。除此之外，这种类型的转换方式，主要以截面匹配为原则进行转换，导致无法转换截面非参数化、形体复杂的构件。特别是节点复杂的结构，更要从结构设计软件中转入到Revit中，这样构件的混凝土极易在节点位置上出现没有相互融合的问题，进而就会产生难以调整的空隙，不利于后续高效开展设计和施工工作。

2.3 数据转换方法的对比分析要点

以对比转换原理内容为例，进行分析，以IFC标准为依据的模型转换优势包括具体转换的信息非常全面，受到制约的程度比较小，可以转换几何信息、荷载信息、材料信息等，在一定程度上保证结构模型分析计算实际需要信息具有完整性；以Revit API为基础的数据转换形式，主要以截面类型的匹配为主，构建空间位置、截面类型等信息进行转换，存在无法传递荷载组合信息等问题，主要因为此项操作会受到不同程度的限制。

3 平法表达与 BIM理念

在实际绘制结构施工图过程中应用BIM技术，主要有三种非常重要的方式。

一.是直接在Revit中直接绘制结构施工图，此种绘制方法具有与CAD绘制方法具有相似性。

二.是将Revit平台作为基础依据，在充分应用Revit共享参数标注族、自行研发的二维详图智能图之后，可以保证平法的注释符合、标注文本等与BIM模型之间具有一定联系。

三.是二次开发，在将Revit作为基础条件之后，科学地开发符合平法理念的插件，并且也要将平法理念有效地融入到BIM技术中。

经过深入研究，可知第一种方法具有相应的优势和弊端，如虽然方便结构设计人员操作，但是无法精准地体现出BIM技术在协同设计方面的优势。第二种方法充分发挥应用价值，可以使平法符号具备较强的物理意义，甚至也能体现出参数化特征，但是在具体应用到结构设计工作中，还是存在一些难以解决的问题，如将此种方法与AutoCAD进行对比，Revit在三维建模方面具有诸多优势，但是与平面图元点、线、面的支持力度进行对比，不能超越CAD，而平法会涉及到平面图元的创建和编辑等内容[7]。在实际开展平法信息录入工作时，具体的操作流程非常复杂，并且具有较大的任务量。在此期间，墙柱、框架柱等多个结构的构件，与Revit二维详图构件之间的联系比较少，进而导致无法完成协同设计工作。平面注释的钢筋信息，与结构计算软件、工程算量软件、钢筋下料软件之间的联系少，无法实现数据共享，这就要在后续做好完善和扩展工作。

因此，结构设计人员如果想要在使用BIM技术期间，具备较强的可操作性平法表达和实体配筋，就要着重开展平面插件开发工作，在保证结构设计软件配筋结果的回传、平法标准与实体配筋处于相互驱动状态。比如：在开发相应接口过程中投入更多的时间和精力，并要将结构设计的配筋结果，科学合理地导入到Revit中，从而保证Revit模型的各个构件与配筋信息处于有效匹配的状态。全面结合现代社会发展趋势，充分利用具有先进性的计算机技术，并要结合平法制图规则、构造详图的具体要求，重新补充并定义平法标注，在保证平法标注符号与构件实体配筋之间具有较强的关联之后，进一步减少实体配筋工作量。除此之外，也要保证这些操作全面满足第三方软件运行要求。

4 结束语

在我国建筑行业迅猛发展的背景下，结构设计人员在日常工作时面临严峻挑战，不仅要充分应用BIM技术，也要不断优化结构设计方案，在后续施工建设提供正确指导同时，保证BIM技术充分发挥应用价值，达到创新结构设计模式的目的。在应用BIM技术开展结构设计工作时，不可避免地会涉及到数据交换工作，如果没能严格按照标准要求交换数据，极易在此期间产生数据丢失和数据错误等问题。主要就是因为从二维设计转变为三维设计，在平法表达与BIM技术的相容方面存在不足。在实际应用以Revit API为基础依据的网架时，结构模型转换工作备受关注，在混凝土结构转换期间，BIM模型向分析模型简化时存在问题，无法满足结构设计要求，进而就会对精度造成影响。IFC标准模型转换数据，同样具有优势和劣势，需要结合数据转换要求做好细节处理工作。为了保证BIM技术在结构设计工作中充分发挥作用，一定要注重处理BIM理年与平法表达之间的问题，为后续提高BIM技术在结构设计中的应用价值创造条件。