建筑結(jié)構設計中BIM技術的應用

侯平麗 容海川城鄉(xiāng)規(guī)劃設計有限公司

1 前言

目前，BIM 技術在建筑行業(yè)發(fā)展中起到非常重要的作用。BIM的參數(shù)化、可視化、管理化、仿真化功能的發(fā)揮為建筑工程管控提供了科學依據(jù)。建筑結(jié)構設計與建筑工程管控間存在著緊密聯(lián)系，將BIM技術應用到結(jié)構設計中，對于設計水平的提升具有顯著作用。

2 建筑信息模型

圖1 BIM技術

BIM技術即建筑信息模型，其融合了建筑學、工程學、土木工程學等多種專業(yè)知識，是為建筑設計和施工提供專業(yè)指導的重要工具。建筑信息模型中融入三維技術、計算機技術、物件導向功能，能夠根據(jù)現(xiàn)場情況及工程要求構建完整的模型系統(tǒng)，幫助相關作業(yè)人員開展設計、施工指導、圖紙改進、參數(shù)計算等工作（如圖1），從而降低建設難度，提高建筑工程的質(zhì)量。將建筑信息模型應用于建筑結(jié)構設計中，可對結(jié)構性能、連接情況、材料等內(nèi)容展開科學分析，為設計人員提供更加精準的數(shù)據(jù)資料。

3 BIM技術特點

3.1 可視性

BIM可視化功能在建筑結(jié)構設計中起到非常重要的作用。以往建筑結(jié)構設計中，設計人員需要通過人工操作的方式編制二維圖紙，編制過程中容易因為考慮不全面，使結(jié)構設計內(nèi)容缺少連續(xù)性，結(jié)構過于突兀，進而降低后期施工的質(zhì)量。而利用BIM技術，可直接將抽象線條轉(zhuǎn)化成立體圖形，構建三維空間數(shù)據(jù)模型，將平面圖紙轉(zhuǎn)化成可視化圖形，一目了然（如圖2），便于設計者做出更改和調(diào)整，以改進工作效率。

圖2 可視性

此外，在結(jié)構設計過程中，傳統(tǒng)的平面CAD制圖想要轉(zhuǎn)變成效果圖，就需要專業(yè)人員按照平面圖內(nèi)容手動制作，速度較慢，還容易出現(xiàn)偏差。而使用BIM技術后，則可直接在BIM軟件中繪制二維圖紙，自動將二維圖紙轉(zhuǎn)化成效果圖，解決傳統(tǒng)繪制存在的問題，而且生成的效果圖在可視化功能作用下，可將結(jié)構和構件間的關系直觀顯示出來，將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資料自動化的編輯保存，并為設計人員、施工人員提供可靠的依據(jù)。

3.2 協(xié)調(diào)性

建筑結(jié)構設計要想發(fā)揮其管理作用，就需加強各部門間的協(xié)調(diào)與協(xié)作，針對設計內(nèi)容共同探討，并提出自己的見解和意見，保障結(jié)構設計的可行性。在這一過程中，BIM 技術的協(xié)調(diào)性發(fā)揮著較大作用。該技術構建的信息化平臺，能實現(xiàn)部門間信息數(shù)據(jù)的有效傳輸、共享和存管，了解部門工作要求，明確交叉作業(yè)內(nèi)容，且將其融入到結(jié)構設計中來，從多個角度對結(jié)構設計內(nèi)容加以分析和探討，解決存在的各種問題，完善結(jié)構設計。同時在BIM模型下，設計人員可同施工、監(jiān)理等部門人員共同對設計方案予以分析和改進，增強各項參數(shù)數(shù)據(jù)及結(jié)構的合理性，促進施工作業(yè)的順利進行。再者，BIM 技術下，數(shù)據(jù)參數(shù)的更改，其相關參數(shù)也會隨之改變，便于工作人員識別其中的問題項，減少資源、成本損耗。

3.3 模擬性

BIM技術的模擬性不單單體現(xiàn)在建筑物結(jié)構的模擬，還包括特殊實驗環(huán)境的模擬。如結(jié)構設計中，BIM 技術可模擬日照、節(jié)能、熱傳導等變化趨勢；在招投標環(huán)節(jié)內(nèi)，可對施工組織計劃予以模擬，做好施工作業(yè)的科學規(guī)劃和安排，保證施工方案的有效落實；在建模和數(shù)據(jù)處理中，BIM 技術可對各項設計參數(shù)數(shù)值加以模擬，調(diào)整和優(yōu)化其中存在的問題項，加強參數(shù)數(shù)據(jù)的準確性；模擬建筑所在環(huán)境，確保結(jié)構設計形式符合所在區(qū)域環(huán)境變化要求，為人們營造良好的生活空間，增加建筑銷售量；對建筑結(jié)構真實環(huán)境下的變化特征加以模擬，以達到人力、物力節(jié)省的目的，提高設計的效率。

4 BIM技術在建筑結(jié)構設計中的具體應用

4.1 結(jié)構和場地分析

建筑結(jié)構設計中，應注重結(jié)構的穩(wěn)固性、安全性、美觀性等特征，以有效規(guī)避不良因素帶來的影響，延長建筑的使用壽命。為此，在建筑結(jié)構設計前，要先對建筑結(jié)構和場地展開科學分析，明確建筑所在區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境特征，了解區(qū)域氣候、水文的變化特征，進而根據(jù)工程要求建立信息模型，以模型和現(xiàn)場的對比分析，確定最終建設地點以及結(jié)構形態(tài)，以此開展設計工作，改善建筑質(zhì)量。

4.2 功能性確定

建筑結(jié)構設計不是對建筑整個框架進行羅列，而是考慮到結(jié)構設計滿足建筑的不同需求，且又不會使建筑產(chǎn)生突兀感。對于建筑的功能要求，首先要優(yōu)化整體建筑的抗震性能，使其不受外界災害的影響，處于穩(wěn)定狀態(tài)下。另外，還需考慮建筑結(jié)構的耐久性、阻燃性、承載性、強度及抗剪能力等。這些分析過程如果采用以往的方式會消耗較長時間，需要不斷開展測試檢驗，而這容易造成資金、資源的浪費，再加上作業(yè)人員主觀意識的影響、實際操作中容易出現(xiàn)失誤，進而引起偏差的產(chǎn)生，影響了最終建筑結(jié)構的性能。而使用BIM技術后，則可在立體模型中，對建筑結(jié)構功能加以分析和研究，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫資料，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，及時改進和處理，以提高建筑結(jié)構質(zhì)量，增大整體工程的安全系數(shù)。

4.3 結(jié)構模型的建立

建筑結(jié)構質(zhì)量的好壞及科學性與否會對建筑工程質(zhì)量的高低造成了重要影響，且還會產(chǎn)生較多的人力、物力、財力方面的損耗。因此，在建筑結(jié)構設計中，就需要從多角度展開綜合分析與考量，并借助BIM技術構建完整的建筑結(jié)構模型，直觀分析建筑結(jié)構特點，調(diào)整其中的問題項。應用BIM 技術可在梁、板、柱等結(jié)構設計中提供充足的數(shù)據(jù)信息支持，便于作業(yè)人員進行深入探討，確定結(jié)構模型，了解結(jié)構間的關聯(lián)關系。

4.4 關聯(lián)結(jié)構模型

隨著建筑規(guī)模的擴展，建筑結(jié)構設計中的關聯(lián)結(jié)構數(shù)量逐漸增多，這使得關聯(lián)結(jié)構模型的構建也越來越復雜。在該結(jié)構模型建立中，除要考慮結(jié)構合理性外，還需對結(jié)構件的關聯(lián)性加以掌握，對其中存在的突兀加以解決和完善。BIM技術應用后，將管連接構件的對稱或不對稱關系直觀顯示出來，便于調(diào)整設計內(nèi)容，優(yōu)化設計水平。如洞口與墻體設計中，利用BIM技術，通過相關操作，將洞口附著在墻體上，這樣在刪除洞口時不會連同墻體結(jié)構一起刪除，而在刪除墻體時，洞口則會隨之消失，通過這樣的操作可明確判斷洞口與墻體結(jié)構間的關聯(lián)關系，有助于完善設計效果。

4.5 IFC模型

IFC 模型是目前建筑結(jié)構設計中BIM 技術較常使用的一種功能，能充分發(fā)揮BIM多重屬性功能，實現(xiàn)各種力學模型及特殊模型的構架，為設計人員調(diào)整、優(yōu)化、完善設計內(nèi)容提供幫助。再者，IFC 模型的適用范圍較廣，可確保力學模型構建質(zhì)量。如在墻體關聯(lián)模型建立中，IFC模型可直觀的展現(xiàn)墻體結(jié)構層、隔熱層、外墻面等內(nèi)容，并將其中的關系展現(xiàn)出來。在該模型內(nèi)，還可完成的功能有：定義材料屬性；利用材料層集合使用實體、材料分層，且分別展開定義；利用材料關聯(lián)實體進行墻體材料與墻體的關聯(lián)。上述工作對整個建筑工程來說有著重要意義。

4.6 協(xié)同處理

利用BIM 技術可做到建筑結(jié)構設計中，各種信息數(shù)據(jù)的實時更新和快速處理，加強數(shù)據(jù)處理準確性，降低不良因素對設計質(zhì)量的影響。具體內(nèi)容為：首先，利用BIM技術可做到不同區(qū)域設計內(nèi)容的分隔處理，避免因信息混亂引起各類問題的產(chǎn)生；其次，構建中心數(shù)據(jù)庫，做好信息數(shù)據(jù)的快速調(diào)取和傳輸交流，避免問題的出現(xiàn)。且協(xié)同處理可實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的整合和分類，為設計工作的開展提供對應數(shù)據(jù)資料，從而優(yōu)化設計質(zhì)量，加快設計工作的進程，維持最終方案的可靠性。

5 結(jié)束語

綜上，相關人員應加大建筑結(jié)構設計中BIM 技術的重視力度，充分發(fā)揮BIM 技術的性能功效，合理規(guī)劃建筑結(jié)構，維持結(jié)構穩(wěn)定性、安全性和美觀性，以此強化建筑整體效果，為行業(yè)發(fā)展、經(jīng)濟效益增長提供強大助力。