探析BIM技术在建筑结构设计中应用

赵晋东

（太原市建筑设计研究院，山西 太原 030000）

建筑结构设计重要基础是建筑结构设计，根据建筑质量要求和特定使用方法进行系统的结构设计。BIM技术不仅以3D模式的设计软件为核心，还可统计施工中的材料、成本和施工期限及施工期间的节能效果等数据［1］。近年来，我国对BIM技术的研究也在不断深入，不仅发掘设计系统的优势并进行推广，还不断对其工程项目的应用进行深入研究。

1 BIM技术的概念

BIM虚拟技术指的是使用图像和3D模型动态显示原始建筑的技术。在BIM 设计过程中，将设计参数、属性等相关因素联系在一起，并将信息内置到计算机系统中以构建三维可视化模型。无论是在地下管线网络还是摩天大楼，均可通过BIM模型进行虚拟显示，从而实现与实际场景完全一致的精度。此外，从最初的设计阶段、施工阶段到最终的拆除和重建，都可使用BIM虚拟技术存储该阶段的数据。BIM虚拟技术的应用已逐步获得发展，不仅用于建筑项目，也用于一些基础项目，如道路建设、桥梁工程以及城市污水处理系统、市政排水等方面。

2 BIM技术的特点

2.1 优越化

合理应用BIM技术能为整体建筑结构设计提供帮助，全面控制建筑结构形式，优化设计内容。建筑结构设计存在很多制约性因素，BIM技术可以结合信息形式以及复杂程度进行准确分析，优化分析阶段，精确掌握建筑结构中存在的信息资源，包括几何信息、规则信息等［2］。BIM技术能根据建筑结构中的实际变化要求进行调整，同时还能在施工前做好外形结构的分析工作，结合其中的变量因素与目标对象，优化整改不正确参数，快速算量，提升精度，直至符合标准再进行实施。

2.2 可视化

建筑行业管理中的关键在于可视化，可视化能明确整个建筑结构设计所需要的形式，并将施工图纸和建筑构件信息相互结合。针对建筑过程中出现的问题，利用这一优势对比原有数据，完善三维立体模型，以三维渲染动画的方式进行展示，通过三维立体模型可以更为直观地找出不足，再有效处理。

2.3 模拟性

BIM技术在建筑结构设计中，不仅可以模拟单一的建筑，还可以模拟特殊事物与条件。BIM技术能结合特殊要素，进行模拟实验，包括节能模拟实验、紧急疏散人群模拟实验等。对外招投标时，采用4D模拟形式进行分析，渲染效果更为精准，通过直观的宣传方式向业主展示，更能提高业主满意度，以提高项目中标机率。

3 BIM技术在建筑结构设计中的实际应用

3.1 建筑场地及结构分析中的应用

建筑结构设计具有系统性和科学性的特征，再加上其是建筑的主体结构，所以在设计过程中需要充分考虑当地的水文及地质等条件特征。以往建筑结构设计中，由于地质及人为等因素的限制，数据信息准确性不高，一些地质较为复杂的区域只能通过估算来确定相关参数数据，很难保证结构设计的准确性。而应用BIM技术后，则可将存在的客观因素以数字化的形式展现出来，之后再通过与其他技术的有效结合，对施工现场的具体情况予以详细了解和掌握，并制定完善的建筑信息模型，以增强建筑结构设计的合理性［3］。

3.2 建筑结构性能分析中BIM技术的应用

在对建筑结构性能进行分析与改进时，可以利用特定的结构元件，而在应用BIM技术时，会严格要求建筑物的平面设计，不仅需要保证结构性能的有效性，同时需要做到隐式设计。在对建筑结构性能进行分析时，BIM技术可以将部分结构设计转变为数字模型，并验证建筑结构设计的稳定性，例如地下室的建筑结构性能设计，不仅需要考虑地下管道的布置，还需要考虑建筑材料的充分使用。因此，在建筑结构设计人员进行建筑结构设计之前，通过BIM技术的相关参数，对模拟地下室环境进行设置，同时对设计路线进行自动规划，能够对传统建筑结构设计的优化过程进行缩减。

3.3 BIM技术在实现结构设计可视化中的应用

BIM技术是一种基于现代化信息技术背景下建筑结构设计应用，依据自身信息化的程序设计在实践应用过程中将建筑结构的构件通过三维模型的方式直观的展示给用户群体，从而有效提升建筑结构设计信息的传递质量。在传统的建筑结构设计过程中都是通过CAD软件进行相关结构图纸的绘制工作，这种工作模式下的建筑结构设计过程很难直观的将建筑结构信息呈现出来，在一定程度上阻碍着用户获取信息的效率［4］。而基于BIM技术应用下的建筑结构设计在初期阶段就是通过建立三维实体结构模型进行设计，借助直观的建筑结构呈现，可以帮助不同用户从不同角度获取建筑结构的相关信息，对建筑构件的基本信息和功能布局有一个全面的了解。在大型建筑结构的设计过程中，设计人员会通过动态演示的方式，帮助用户直观的对建筑结构各部位信息进行观测，便于设计人员选择出最佳设计方案，并及时的发现结构设计中存在的问题，从而不断优化和提升结构设计的科学性和合理性。

3.4 建筑结构设计参数设计中BIM技术的应用

在BIM技术中，数据模型的建立属于核心部分。数据模型不仅仅只是简单的分析与修改参数，其还可以通过参数设定，展示建筑结构设计的整体几何造型与建造属性，并完整地展示建筑结构设计中所有的参数。建筑结构设计都需要对组件系统进行组装，传统的组装工作要求设计人员根据建筑结构设计的要求与设计参数，通过全面的分析之后对修改方案进行制定。但如果在建筑结构设计参数设置中应用BIM 技术，只需要对结构设计进行适当地改动，就可以对组件进行组装，这样不仅能够通过自动调整参数，保证建筑的安全性，同时能够充分满足客户所提出的建筑结构设计要求。

3.5 BIM技术在建筑构件设计中的应用

在建筑工程的结构设计过程中，楼梯、墙体以及柱子等部位都是结构设计的重要组成部分，在建筑结构的设计过程中需要相关设计人员对整体结构中的具体构件进行科学的设计［5］。针对现浇混凝土的工程结构，在实际设计过程中需要设计人员对建筑工程中的管线走向以及建筑物的基本功能要求进行全面的考虑，科学预防各建筑结构之间的冲突问题；而在预制装配式建筑结构设计过程中，设计人员还需要综合考虑各预制部件之间的节点和连接关系。基于此，在设计环节工作人员可以利用BIM技术对其平面图纸进行有效的转换，能够及时发现具体结构在整体设计中可能存在的问题，从而科学优化设计工作，最终使建筑工程结构达到相关建筑标准设计要求。

3.6 BIM技术在钢结构设计中的应用

随着我国建筑工程项目的不断增加和发展，各种现代化新型的建筑材料和结构模型也迎来了全新的突破，尤其是钢结构，在大跨度及大空间建筑场景中应用也逐步的增多，许多复杂的结构都采用了钢结构加以实现。基于此，BIM技术也有助于相关设计人员对钢结构设计进行建模处理，辅助解决实际施工过程中可能出现的连接问题和应用问题。例如，针对钢结构设计中的加强件问题，需要设计人员先对工程结构进行整体设计，然后在此基础上对加强件在工程项目中的具体应用进行建模分析，借助BIM技术的应用对整个过程进行还原和控制，从而更加直观的凸显出钢结构加强件的作用和效果。除此之外，针对钢结构施工过程中的连接问题，设计人员首先可以对钢结构各部位之间的连接参数进行分析，然后在实际工程操作过程中借助BIM技术的应用对连接方式进行具体设计，从而获得最优的设计成果。在传统的钢结构分析过程中往往需要投入较多的人力资源，需要经过相对较长的分析周期才能够得到相应的结果，借助BIM技术的应用能够对建筑结构设计中的缺陷和不合理问题进行科学的优化和调整，从而带动整个建筑结构设计质量的提升。

3.7 图纸设计中BIM技术的应用

BIM技术主要以3D图形设计作为基础，能够更加全面的评价与分析三维数据建筑结构设计的影响，促使后续的数据调整可以更加顺利的进行。如果需要改动传统设计图纸中的某一部分进行改动，首先需要对最初的建筑结构设计要求与整体的建筑结构性能进行考虑，然后再进行相应改动，但是，多次修改设计方案会对增加建设项目的成本，甚至会偏离建筑结构的设计要求。因而，在图纸设计过程中，如果应用BIM技术，设计工作人员仅需要将相关参数录入到系统中，以及确定建筑结构设计的目的，就可以对图纸修改合理建议进行获取。

4 结语

虽然我国建筑行业的发展速度越来越快，但是，建筑安全及质量事故发生的频率也相应增加，这便导致社会对建筑结构设计将提出更高的要求。建筑结构设计人员对新技术进行积极采用，不仅可以使建筑结构设计水平得到提升，也可以对建筑的整体性能和质量进行增加。因此，在建筑结构设计中，建筑结构设计人员应积极运用BIM技术，充分发挥BIM技术的作用，促进建筑结构设计的智能化，提高建筑结构设计的协调性，同时，借助可视化功能，不断提高建筑结构设计的质量和安全性，提升建筑的整体性能，大力推动建筑行业的发展。