建筑信息模型技术在建筑结构设计中的运用探究

王本启 简染豪 武延涛

（中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450000）

建筑信息模型技术是信息化视域下衍生的主要工程技术之一，使用此项技术进行建筑工程项目的结构开发与设计，不仅可以实现对建筑空间内几何信息的高精度描述，同时也可以实现对建筑构件性能及其在建筑结构中位置的精准概括。此项技术在建筑领域内的盛行，使建筑设计行业的发展与建设发生了革命性的变化，建筑设计作为建筑相关领域发展的重要分支，不仅需要具有外形艺术性的优势，还需要具有内部结构协调性的特点。为进一步实现对建筑设计作业的优化，下述将结合建筑信息模型技术的合理性应用，展开详细的设计研究。

1 工程概况

为确保此次设计的方法可以满足建筑行业发展的真实性需求，以某办公楼建筑项目作为建筑信息模型技术应用的研究对象，对此建筑的设计概况进行获取。相关信息见表1。

表1 某办公楼建筑设计概况

在此基础上，对建筑工程项目所在地的人文环境进行勘查。通过与工程方的交涉可知，该项目建设区域具有光照条件较好的优势，但光照辐射性较强，全年日照统计时长约为1250h～1600h；根据地区气象台反馈信息，该项目所在地的年均降雨量在750mm～1100mm范围内。此外，建筑周边生态环境优越，具有水资源丰富、山体环绕等特点。掌握此工程项目的相关概况信息后，下文将结合建筑信息模型技术，展开详细的设计研究。

2 建筑信息模型技术在建筑结构设计中的运用

2.1 基于建筑信息模型技术的建筑结构模型建立

针对上述办公楼建筑项目，为实现对其结构设计，引入建筑信息模型技术。首先完成对建筑结构模型的建立。利用Revit软件生成结构几何模型，并在生成过程中，对各个节点位置进行自动连接[1]。结合模型的创建，按照上述办公楼建筑工程项目实际，以从低到高的顺序逐层完成[2]。应用建筑信息模型技术，对构件族、类、图元等属性信息模型建立，在建模时，按照下述步骤进行：

步骤一：在众多结构样板文件当中挑选符合本文所述办公楼建筑工程项目的样板文件；

步骤二：在Revit软件当中创建建筑专业BIM模型链接；

步骤三：创建轴网结构及标高；

步骤四：选择符合建筑项目结构设计要求的族样板文件并制作相关构件族；

步骤五：布置混凝土柱和梁结构；

步骤六：创建混凝土楼结构板；

步骤七：对模型检查。

按照上述七个步骤完成对建筑信息模型的构建后，通过调节视图显示样式的方式，完成对模板图的初步生成[3]。在Revit软件当中，红色表示为梁结构终点；绿色表示为梁结构起点；橙色表示为整个梁结构。在模型当中，按照其默认的设计参数，确定梁结构顶面中心位置，在实际开展工程时可根据施工现场的具体情况对其参数进行调整。

2.2 Revit中添加建筑结构荷载

在完成对建筑结构模型的建立后，为模型中的各个结构赋予属性，在各个分型模型当中对相应荷载进行添加。添加过程中严格按照建筑结构的荷载设计规范要求执行[5]。在确定荷载类型时，结合Revit软件中的属性框，添加荷载的类型以及大小，并给出明确的荷载工况、定向、投影荷载、力、力矩等参数[6]。在Revit软件当中，根据本文所述办公楼建筑结构设计要求，给出八种荷载工况，如表2所示。

表2 办公楼建筑结构八种荷载工况及定义

结合荷载设计规范，在添加荷载时确定荷载标准组合效应设计值，可按照公式（1）计算得出：

式中Sd-为荷载效应设计值；

SG-为按照永久荷载效应数值；

SQ-为按照可变荷载效应数值；

ψ-为可变荷载的组合值系数；

m-为可变荷载具体数值；

n-表示为永久荷载具体数值。

在添加荷载时，当永久荷载效应对建筑结构产生不利影响时，可通过可变荷载效应实现对其控制[7]。针对标准数值超过4kN/m2的办公楼楼面结构的活荷载，其可变荷载m的取值为1.23，其他情况下可变荷载m的取值为1.36。为了确保设计的建筑结构具备更高的安全性，针对可能同时出现的各类荷载设计值进行组合，利用Revit软件当中提供的可编辑荷载实现自由组合。

2.3 建筑结构施工图纸绘制

添加建筑结构的荷载后，在建筑信息模型技术的应用下，完成对建筑结构施工图纸的绘制。根据结构分析软件生成的钢筋混凝土构件配筋设计，确定结构的设计参数[8]。在对不同材料属性的建筑结构参数计算时，默认混凝土采用C30强度等级，将其强度特征设定为20.30，容重设置为24kN/m3，徐变系数设置为2。结合其他相似建筑在进行结构设计时根据具体情况对上述参数进行调整。

结合平法在模型当中完成对钢筋信息的表达，在Revit软件当中，在进行参数共享前，需要在结构设计计算机上完成对Revit_CHSRebar字体的安装，利用其完成对平法图中钢筋符号的表示。不同规格钢筋的输入符号和输出显示不同按照“输入符号+代表钢筋+输出显示”的格式确定四种规格钢筋：$+HPB235+Φ；%+HRB335+Γ；&+HRB400+Λ；#+HRB500+ϒ。在Revit软件当中自行创建一个格式为.txt的文件，将设置好的共享参数复制到该文件当中，再将文件格式改为.csv，以此确保文件能够在Excel中打开，以此为用户提供更直观的建筑结构参考。在绘制的建筑结构施工图像上，为实现对更多信息的展示，还可完成对标注族的创建。

3 设计成果检验

参照上文设计的方法，对所选的工程项目进行空间结构建模。建模前，需要在计算机设备中，使用Revit软件，创建一个建筑空间结构文件。基于Revit软件的创建类型界面见图1。

图1 基于Revit软件的创建类型界面

根据设计中的实际需求，按照图2所示的流程，设计建筑结构建模流程。

图2 建筑结构建模流程

在上述内容的基础上，在Revit软件中导入建筑模型结构相关信息，形成一个结构化的模型，利用建模工具具有的可视化优势，将模型以直接导入或链接的方式，与结构项目进行匹配。在此过程中，对建筑结构类型进行链接设计的过程见图3。

图3 在Revit软件中连接建筑模型类型操作界面

在此基础上，新建一个工程项目样本，建立一个与本文研究项目匹配的设计模板，将“项目传递标准”作为支撑，对设计的建筑项目在建模软件中进行传递。

尽管建筑空间结构在Revit软件中是以立体化方式呈现的，但结构的整体布局仍需要在二维平面视图界面中创建。在设计中，一旦其中一个平面视图中的结构参数发生了变化，三维结构视图中的参数势必也会发生变化。因此，要在设计建筑结构时，对不同构件的可见性进行调试，操作界面见图4。

图4 建筑不同构件的可见性调试

在此基础上，操作可视化编辑界面，生成针对此建筑的平面视图布置模式，结合建筑类别，生成针对此建筑的三维空间结构简图，见图5。

将建筑细部节点参数信息导入建筑三维空间结构中，即可实现对建筑结构的精细化设计。为检验设计的成果是否能够满足业主方需求，在设计建筑过程中，对多项评估设计过程的指标信息进行获取，通过此种方式，分析本文此次研究方法的可行性。对本文方法的实用价值进行评估，见表3。

图5 建筑三维空间结构简图生成

表3 本文方法的实用价值评估结果

通过表3评价结果可知，本文方法可以在保证设计后各个结构层出错构件数量为“0”的条件下，缩短设计出图的时长、降低建筑设计成本与各个结构层管线碰撞数量。通过此种方式，降低建筑设计变更的额外成本支出，总而言之，此方法在实际应用中是十分可行的。

4 结语

为了实现对建筑结构的深化设计，本文将在此次研究中，引进BIM技术，利用此项技术，构建建筑工程信息模型，利用BIM技术的可视化、参数化、协同化优势，合理布设建筑结构与细部构件。现如今，BIM技术在建筑领域内正呈现一种蓬勃发展趋势，相关此项技术的研究已经渗透到建筑行业各个领域内，并在实践中逐步取得了相对优异的成果。但对此项技术进一步优化设计时发现，大部分施工方还没有精准把握建筑结构精细化的设计方法，甚至会由于设计施工方案不当，出现设计成果无法达到预期效果的问题。因此，本文开展了此次研究，并结合实例证明了此方法的真实、可行。