BIM技术在建筑工程结构设计中的应用研究

胡军

重庆市建筑科学研究院

摘要：BIM是一种工程数据模型，这种基于三维数字技术的模型可以将建筑工程项目各相关信息汇成一体。美国学者率先提出建筑信息模型概念，其主要是通过数字模型来设计、施工、运营并维护项目，提升建筑领域数字化与信息化水平。本文围绕BIM技术在建筑工程结构设计中的应用进行研究。

关键词：BIM技术;建筑工程;结构设计

如果将Auto CAD技术研发与应用当成建筑设计领域内的第一次革命（计算机绘图取代人工绘图），BIM技术则是这一领域内的二次革命，因为该技术实质上是将建筑绘图从传统的多专业各种独立、分步骤绘图向计算机信息技术（多专业共同绘图）转变。也就是说，BIM技术实质上是某种全新型信息化管理技术，通常应用于工程项目管理。

一、BIM技术简述

在建筑工程项目设计中，需要运用各方面的信息，数据量十分庞杂，且不少信息属于动态信息，采用传统的设计方法进行整理存在一定的难度。如果一种新型技术可以实现对这些信息进行及时地收集整理，使工程设计能够更加有效地运用这些庞杂的信息，将会对建筑工程的设计和后期的合理施工产生重要的意义。BIM技术就是在这种背景下应用于建筑工程设计领域的。

（一）BIM技术主要特征

BIM技术主要特征包括3个方面，即信息集成化、信息传递性以及协同设计。

1、信息集成化其主要包括设计过程的集成化与设计信息的集成化。

2、信息传递性该特性是BIM技术的独有特点之一。也即是说，当修改程序中的单个数据后，BIM系统自带的自动修复功能将会发生作用，将修改信息传递至相应的图兀。

3、协同设计BIM技术充分发挥了设计、施工、管理之间的纽带作用，并在这一过程中帮助工程的顺利实施提供详尽的数据支撑，使工程建设更加趋于科学化、规范化。

（二）BIM技术应用存在的不足

1、该软件大都是由国外软件商开发，实现本土化的过程中还存在一些问题。

2、软件对应用人员的专业素质要求较高，我国还需要加大这方面人才的培养力度。

3、软件模块之间连接不够顺畅，数据共享、数据传递效率不高，制约了BIM技术应用于建筑工程领域的发展。

二、BIM技术在建筑结构设计中的应用

（一）建模及分析

建模是建筑结构设计主要内容，设计师根据基本信息，确立各项结构参数，构建虚拟的建筑结构样机，空间三维形态呈现精确的空间关系和数据，与其他3D建模不同，BIM建模根据模型自动协调更改相应的信息。设计师根据IFC标准，将建筑结构模型进行基本构件的划分比如梁、柱、板、墙、梯等;进而对构件实体进行包括几何、维度、材料、力学属性定义，例如墙体是否由外墙装饰面、隔热材料、内墙、结构层等几层构成;然后通过逻辑结构对模型体系进行对应关系的有效关联，最终实现对结构实体的定义。

建模之后结合实际情景，基于三维可视化进行各类分析：空间分析、结构分析、效果图分析，环境影响分析等。比如完成基础建模后对建筑进行光照分析，及时发现问题，调整结构间距参数，改善光照资源，比如建筑立面外窗与结构圈梁出现空间交错的情况，无法开启及使用，设计协调后及时处理;结构梁柱、连接件、孔洞预留等合理定位模拟，可靠的细节调整保证设计连续性。

（二）结构参数设计

在使用BIM建筑结构设计模型的过程中，会产生数据库，其中涵盖全部的设计数据信息，而且在BIM模型中，所有的设计数据信息之间都有一定的联系，是统一的整体，不同专业的工作人员都可以针对模型的不足之处进行合理的修改，相关人员还可以通过分析建筑模型中的数据信息对建筑结构的形体进行合理的构建。使用BIM技术，还可以保证建筑结构的设计工作更加符合标准、更加可靠，使建筑设计朝着数字化的方向发展。

（三）可视化设计

在传统建筑结构设计中，大多数设计人员会采用CAD技术，形成完整的建筑设计图纸，并将建筑设计图纸发放给施工方，让施工方按照设计图纸内容进行施工。建筑结构设计并不是一项简单的工作，設计人员需要对建筑结构构件进行分析，展示建筑结构构件的详细信息。CAD技术无法对建筑结构构件进行细节展示，在一定程度上会影响建筑结构设计的实效性。为了避免出现上述问题，可以应用BIM技术，形成建筑结构的三维立体模型。立体模型明确了各个建筑结构构件的位置，设计人员可以对建筑构件进行直观分析，对不符合要求的建筑构件进行优化和改进。在生成三维立体模型之后，设计人员可以对建筑结构进行布局调整和规划安排，计算建筑物体量。BIM技术是可视化过程中的重要技术，而可视化技术可以对建筑结构进行动态考察，直至得到最佳设计方案。

（四）空间位置碰撞检查

传统的建筑结构设计中，对钢筋预埋件等小构件并没有给予足够的重视，常常在后期施工中由于设计方案不达标而导致钢筋、预埋件之间难以良好地施工，最终对建筑工程结构整体质量以及施工进度、造价等造成不良影响。而BIM技术的应用能够通过碰撞检查模拟施工过程，发现后期施工中存在的问题，进而在设计阶段进行调整，避免施工中出现空间碰撞问题。同时，通过BIM技术的碰撞检查功能还能够提前做好和业主、设计单位等各方的联系，及时做好变更处理，减少返工等问题，提高工程的施工进度和质量。

（五）钢结构建模应用

钢结构链接、强化件数量众多，布置极广，钢结构设计难度因此明显增大。基于BIM技术，则能在计算钢结构梁高度基础上专门设计所有连接件，参数化处理这些连接件，基于BIM技术参数共享则能有效控制好钢结构中连接件（种螺栓等）间距与数量，如果有新连接件构建，设计师无需进行重复设计工作，仅需对有关参数进行调整就能实现新连接件设计;基于BIM技术，设计师同样可以将加强件的大样图轻松绘制成功，满足加强件的设计与制作需要。而从钢结构施工角度来看，BIM技术能够有效简化技术人员的工作量，让其仅需基于设计位置全能完成加强件部位设计，钢结构的设计缺陷因此可以被全面规避。

三、结语：

建筑设计领域2D向3D的升级将成为设计的必然趋势，BIM技术作为先进的建筑设计技术优势明显，尽管建筑信息模型的理念以及该技术在国内还处于探索阶段，但是发展迅速，在实践方面初见成效。相信未来在政府、行业协会、软件开发商、建筑设计院等需要共同协作推动下，BIM技术将为我国建筑行业以及企业带来更大的价值。

参考文献：

[1] 黄卓夫.新時期建筑结构设计中BIM技术应用分析[J]. 低碳世界， 2016（32）：172～173.

[2] 刘利恒，范子凯.建筑结构设计中BIM技术的应用分析[J]. 建材发展导向：上， 2016（2）：152～153.

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