基于BIM技術(shù)的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析

摘 要：BIM技術(shù)的應(yīng)用是加快中國建筑業(yè)變革、快速發(fā)展的一個過程，繼1993年的第一次建筑設(shè)計革命后的第二次建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)革命。首先對BIM技術(shù)進行闡述，然后詳細分析了在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用，指出了在結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中遇到的問題。

關(guān)鍵詞：BIM；結(jié)構(gòu)設(shè)計；革命；建模

隨著BIM技術(shù)的快速發(fā)展和完善，BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域應(yīng)用也越來越廣泛。BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同專業(yè)的數(shù)據(jù)共享，通過共享數(shù)據(jù)，建立模型和分析，進而更加有效的完成工程任務(wù)，采用BIM技術(shù)可以有效的提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。毋庸置疑，建筑信息模型（ Building Information Modeling，BIM） 將是未來建筑信息技術(shù)發(fā)展的主流。在建筑的全壽命周期，BIM 技術(shù)應(yīng)用貫穿始終，相當(dāng)于建筑的“基因”。而整個建筑工程實現(xiàn)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是勘察設(shè)計階段，探究 BIM 技術(shù)對結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用情況是十分必要的。

1 BIM技術(shù)概況

在建筑工程項目中，由于工程設(shè)計的信息是多方面的，并且很多信息是動態(tài)的，如果能夠及時收集這些信息，并能夠合理利用，那么將對建筑工程的推進會起到有效的推動作用。 BIM技術(shù)就能夠滿足以上這些要求，這項技術(shù)也稱為建筑業(yè)的第二次革命。BIM技術(shù)主要是通過數(shù)字模型進行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工、管理的一種先進方法，其特征是主要是：信息集成化、信息傳遞性、協(xié)同設(shè)計。

（1）信息集成化。BIM技術(shù)的集成化主要包括設(shè)計過程的集成化和設(shè)計信息的集成化。

（2）信息傳遞性。具有傳遞性是BIM技術(shù)獨有的特點。在實際工作中，程序中如果修改了某項數(shù)據(jù)后，BIM系統(tǒng)會自動將修改的部分傳遞給影響的圖元。

（3）協(xié)同設(shè)計。BIM技術(shù)搭建了聯(lián)系設(shè)計、施工、建設(shè)方之間的橋梁，并為工程的推進提供了大量的動態(tài)數(shù)據(jù)。

2 BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，其應(yīng)用與傳統(tǒng)技術(shù)有真重大的區(qū)別，其重要的應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 模型建立

BIM技術(shù)可以有效的將結(jié)構(gòu)的三維實體模型用真實的構(gòu)件表示出來，對比傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，突破了CAD技術(shù)進行施工圖繪制時，只能表示平面信息的瓶頸，BIM技術(shù)可以利用直觀的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表示整體結(jié)構(gòu)以及各構(gòu)件之間的關(guān)系。在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中，利用BIM技術(shù)，可以通過可視化技術(shù)，通過對建筑結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行設(shè)計，進而設(shè)計出一個合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。通過BIM技術(shù)，也可以迅速發(fā)現(xiàn)在設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，及時修改設(shè)計方案，最終提高設(shè)計質(zhì)量。

2.2 參數(shù)化設(shè)計

在BIM系統(tǒng)中，整個建筑結(jié)構(gòu)的所有信息都在一個數(shù)據(jù)庫，并且這個數(shù)據(jù)庫是共享的，參與設(shè)計的各方都可以共享這些數(shù)據(jù)。方案設(shè)計和 初步設(shè)計對施工圖設(shè)計影響較大，造成了結(jié)構(gòu)工程師將大量的精力都投入到了建筑工程項目并不是最重要的階段。BIM的參數(shù)化設(shè)計就解決了整個問題。BIM技術(shù)采用了參數(shù)化的三維實體模型設(shè)計結(jié)構(gòu)單元，將之前的點、線、面等元素替換為梁、柱等構(gòu)件，大量使用的構(gòu)件被定義為族，族中參數(shù)包括了幾何信息、材料信息、邏輯信息等非幾何信息。

2.3 設(shè)計過程優(yōu)化

與傳統(tǒng)的設(shè)計過程相比，BIM技術(shù)在設(shè)計流程上進行了優(yōu)化。BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計流程為：BIM數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出建筑幾何信息→結(jié)構(gòu)設(shè)計師設(shè)計結(jié)構(gòu)方案→對結(jié)構(gòu)方案進行優(yōu)化，初步確定結(jié)構(gòu)選型和布置→建立初步分析模型→導(dǎo)入結(jié)構(gòu)有限元軟件進行分析，完成截面設(shè)計→各專業(yè)分析評估結(jié)構(gòu)模型，輸入BIM數(shù)據(jù)庫并繪制施工圖。

3 BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中的難點

BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中，也存在一些難點，遇到了一些問題，這些在一定程度上影響了BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這些難點主要包括以下幾個方面。

（1）缺乏標(biāo)準(zhǔn)體系。由于BIM技術(shù)目前還處于探索階段，國家和地區(qū)相應(yīng)的各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還沒有出臺，處于前期調(diào)研、或正在制定過程中。因為BIM技術(shù)需要信息的傳遞，所以BIM相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)與軟件的協(xié)調(diào)性是一個十分關(guān)鍵的問題。

（2）法律責(zé)任問題。主要體現(xiàn)在：BIM技術(shù)在使用過程中的合法性和有效性；參數(shù)進行傳遞，涉及到產(chǎn)權(quán)和責(zé)任問題；建立模型與傳統(tǒng)技術(shù)內(nèi)容的一致性；BIM各方的修改權(quán)限。

（3）應(yīng)用和交付問題。不同設(shè)計階段，BIM技術(shù)設(shè)計的深度也不同，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也不同。參與設(shè)計的各方與傳統(tǒng)技術(shù)相比，分工和內(nèi)容也不同。

（4）BIM技術(shù)的缺點。由于BIM技術(shù)處于前期推廣階段，還存在以下幾個方面的問題：軟件主要是國外軟件，本土話程度不高；軟件對應(yīng)用人員的專業(yè)素質(zhì)和硬件設(shè)備要求較高；軟件各個模塊之間連接不完善，數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)傳遞程度較低，BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)信息的傳遞成都有待進一步提高。

（5）使用成本過高。由于對使用人員素質(zhì)和硬件設(shè)備要求較高，所以需要投入一定的資金對專業(yè)人員進行培訓(xùn)，購置高配置設(shè)備，進行軟件更新。

（6）BIM技術(shù)存檔問題。由于目前沒有具體存檔標(biāo)準(zhǔn)，加之存檔對硬件的配置要求較高，需要進一步提高硬件的配置，增加使用成本。所以，BIM技術(shù)的文檔存儲問題亟待解決。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)的快速發(fā)展和普及，必將引起結(jié)構(gòu)設(shè)計的一次重大變革。目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計流程將被改變，許多在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中遇到的問題將會得到解決。由于BIM技術(shù)在應(yīng)用過程中遇到了以上問題，但是這些問題會逐漸解決，推動BIM技術(shù)的廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員也要加強專業(yè)素質(zhì)的提高，增強綜合能力，熟悉掌握BIM技術(shù)，在保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的前提下，快速二高效的完成建筑工程設(shè)計任務(wù)，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]吳文勇.BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的研究與實現(xiàn)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，43（sup）：825-828.

[2]李華峰.BIM 技術(shù)在紹興體育場開合結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，43（17）：144-148.

[3]龍輝元.BIM 技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討與案例[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2（04）：89-93.

作者簡介：張利偉（1983-），男，河南新鄉(xiāng)人，研究生，助教，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。endprint