BIM技术在建筑工程结构设计中的应用研究

傅超

摘  要：建筑是一项统合了土木结构、电气系统、给排水系统等多重结构的综合体，而在建筑结构设计工作中积极运用新型信息技术不仅能够有效提升建筑各专业设计与结构设计的协调性，同时还能够为结构设计的优化提供更大便利。BIM技术平台能够在前期决策、设计及后期施工中通过动态展示对结构设计的特点进行剖析，因此受到建筑同仁的认可。

关键词：BIM技术;建筑工程;结构设计;应用

1BIM技术概述

BIM技术主要是通过构建建筑信息模型，完整、清晰模拟建筑工程各个阶段，可提前核验设计方案，发现施工过程中可能出现的各种问题，并提出相应的解决措施，实现设计方案的全面调整与优化，有效保障建筑工程质量。与CAD技术相比，BIM技术具有以下优势。（1）可视化。BIM技术具有所见即为所得的特征，尤其适用于体量大、造型复杂的建筑物，通过三维模型的构建可帮助设计人员以三维思考方式完成设计工作，有效提高整体设计质量。（2）协调性。基于BIM平台可实现不同专业、不同设计人员在同一个模型中添加、修改、存储建筑信息，有效提高了不同专业之间的交流与沟通效率;同时，BIM技术可提供碰撞检查、4D动态模拟等功能，由此实现不同建造阶段的模拟协调，提前在设计阶段解决可能出现的场地冲突、施工碰撞等问题。（3）模拟性。具体包括4D施工模拟、5D模拟与造价控制，由此确定施工方案、进度与设备材料供求时间表，并快速生成工程预算，实现工程成本的有效控制。（4）优化性。借助BIM技术可快速进行方案对比与优化，有效保障设计方案的技术经济性。（5）出图性。基于BIM三维模型展示、协调、模拟以及优化，可快速生成综合管线图、结构留洞图、施工图、碰撞检查侦错报告、建议改进方案等。

2结构专业运用BIM技术的特点

在进行全过程设计的时候，可以合理的使用BIM技术，通过协同设计来整合不同专业的专业设计内容，让BIM正向设计流程能够更加完整、更加科学。BIM设计流程可以与很多专业要求相匹配，实际应用时BIM作用在结构专业中有以下几个主要特点：第一，可以建立计算分析模型，让建筑信息模型有更好的应用价值，另外还能增加专业工作量，提高模型一致性，让模型信息更加丰富;第二，可以使用平法标注来表达施工图纸，平法标注会以平面的方式表达配件标高尺寸这一系列的信息，BIM设计则可以把相应的设计信息投射到三维模型中，通过软件处理后可以实现本土化应用;第三，结构专业包含配筋信息，BIM技术难以完成钢筋建模;第四，建立好计算模型后可以做结构专业的施工图，但是一旦需要更改，就要做大量的计算、改动，才能让施工图得到相应的修正，成本浪费比较大，无法灵活修改。

3建筑工程结构设计中的BIM应用

3.1控制设计过程

建筑工程项目本身是一个周期较长的建筑工程活动，在开展建筑工程活动之前需要制定严格的建筑工程规划来对施工过程进行指导。如果建筑工程规划或设计方案存在问题就会影响建筑工程的整体质量以及无法按照合同约定的周期完工的风险，这会对企业造成严重的危害，甚至会造成负面的社会影响。为了解决这种状况，越来越多的施工企业开始引入BIM技术来指导施工过程，实现了对施工过程的实时监控。通过建立与建筑工程相关的数据库，使得数据能够反映在三维模型当中，通过可视化系统对这些参数进行调整使得建筑工程結构的科学性得到有效发挥，最终能够保质保量地完成施工项目。

3.2优化建筑结构设计方案

基于BIM结构模型可有效优化建筑结构设计方案，提高建筑经济性、安全性、舒适性，具体如下。（1）碰撞分析。在建筑结构设计中，Revit任一文件可链入几个Revit模型，整合不同专业进行碰撞检查。该项目通过Revit链接、碰撞分析功能，对结构模型、机电模型进行检查，并生成冲突报告，指导不同专业设计人员进行设计调整与优化。碰撞冲突报告分析显示，水电井间梁宽较大，对电井存在不利影响;上部剪力墙设置时未考虑首层入口开门需求。对此，可按图元ID自动定位图元位置，并进行修改操作;刷新界面，并二次检测是否存在冲突，有效提高结构设计效率与质量。（2）材料统计。基于BIM结构模型可通过“材质提取”功能，统计不同对象的材质用量。例如，可自动生成混凝土用量;在“管理”选项中填写制造商、成本等信息，初步形成预算。根据甲方要求，该项目剪力墙边缘构件、梁的箍筋使用HPB235级钢筋，强度设计为210N/m2，构件受力较大时选用Φ10mm或Φ12mm钢筋。根据调查发现，Φ10mmHPB235钢筋价格与三级钢HRB400接近，该项目利用Revit统计钢筋用量并计算成本，经对比显示，当使用Φ10mm及以上的HPB235级钢筋时，可将其替换为三级钢，以此降低钢筋使用成本。根据配筋方案即可完成施工图绘制工作，可见，BIM技术对建筑结构设计具有指导意义。

3.3制作三维模型

BIM技术通过信息化技术作为基础，利用建筑相关软件来对建筑工程的各项技术参数进行设定或修改。这项工作可以通过BIM技术的三维模型建造来进行辅助，设计人员能够通过三维模型对建筑结构整体以及局部进行清晰的了解，并对其中的数据或参数进行修改。建筑整体以三维的模式在电脑中进行有效的展示，设计人员可以通过在电脑中操作三维模型并对三维模型中所展示出来的数据进行修改，也可以通过三维模型对建筑所具备的功能来进行查看或审核。相比较传统的建筑审核模式，通过三维模型能够实现传统审核模式无法实现的功能，例如对于建筑中某个结构的受力情况，BIM三维模型能够清晰的计算和展示某一个结构的具体受力参数，甚至能够对建筑地基所承受的重力进行计算。这种计算和展示对于建筑物项目的正常开展有着非常重要的作用。随着现代建筑的层数越来越高、结构越来越复杂，在没有引入BIM的状态下，很难想象如何对建筑物的各个部分或整体的受力情况进行计算和分析。通过三维模型的放大对建筑结构进行分解，审核人员便能够对结构的科学性以及整体设计方案的可行性有着清晰的了解。通过三维模型除了能够对建筑物的受力情况进行模拟和反应之外还可以通过BIM技术来对建筑物当中所需要安装的各类设备、管道、电气设备进行模拟，这能够有效的加强建筑物内部设备安装的合理性，这是传统平面设计图纸根本无法实现的功能。

3.4绿色建筑中的应用

绿色设计是当前我国建筑行业所推崇的重要设计思路，也是在低碳理念的背景下所能够获得的最佳方案，然而在进行绿色设计的过程中存在较大的困难，绿色设计受到周边环境影响和外部环境影响较大。为了解决这个问题设计人员在通过BIM进行建筑设计的过程中应当更多的考虑建筑物所处环境对建筑物本身的影响，例如是否能够通过对建筑物设计过程中光照所带来的影响，进行调整使得建筑物能够更多的应用自然光，这些设计都应当依据人体所能够感受到的最适宜的温度和环境作为设计标准。例如在进行建筑屋顶设计的过程中应当对待选材料进行甄别或实验。要选择本身具备较好的隔热保温能力的材料，使得在季节发生转换时室内仍然保持较为稳定的温度，降低人们使用制冷制热设备的频率，实现了建筑物的节能效果。

4结论

综上所述，在建筑工程项目实施中，结构设计是重要环节，结构设计是否合理直接关系到结构整体安全性、可靠性，也影响实际施工可行性、经济性。在建筑结构设计中，通过BIM技术的运用可有效提高结构设计效率，优化结构设计方案，工程实践中必须根据项目情况合理选择BIM软件进行建模，并落实相关碰撞检查、材料统计、模拟分析等工作，以此提高结构设计方案的科学性、可靠性，有效保障建筑质量。

参考文献：

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[3]程歆琛.BIM技术在建筑工程结构设计中的应用研究[D].长春：长春工程学院，2020.

[4]潘平.BIM技术在建筑结构设计中的应用与研究[D].上海：华中科技大学，2020.