建筑結構設計中BIM技術的應用研究

王朝穩(wěn) 江西中煤建設集團有限公司

1 前言

在建筑工程建設方面，結構設計對工程質量影響巨大，直接關系到工程項目的整體質量，同時也是工程成本控制的關鍵內容。因此，建筑企業(yè)在建筑結構設計方面，需要選擇科學的方法進行控制。在建筑結構設計環(huán)節(jié)，設計人員需要轉變傳統(tǒng)設計模式，合理的應用BIM技術，建立三維模型并進行數(shù)據(jù)分析與調控，提高建筑結構設計方案各類參數(shù)的合理性，發(fā)揮建筑結構設計工作的價值。管理人員利用BIM技術，可以動態(tài)控制建筑結構設計與方案落實方面的工作，在此基礎上優(yōu)化建筑結構設計方案，為工程設計提供可靠的數(shù)據(jù)，保障項目施工可靠、安全的進行。

2 BIM技術的應用特點

2.1 信息集成化

在建筑結構設計環(huán)節(jié)，應用BIM技術可以集成化處理建筑結構的數(shù)量、尺寸等數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理方面擁有準確、高效的特點，可以規(guī)避傳統(tǒng)建筑結構設計的諸多問題。過往工程在施工圖紙參數(shù)控制方面存在不小的操作難度。設計人員通過BIM建模形式，可以準確把握建筑結構諸多環(huán)節(jié)的設計要點，提高虛擬模型與傳統(tǒng)設計圖的關聯(lián)性，幫助設計人員掌握建筑結構在設計方面的重點難點。

2.2 信息傳遞性

建筑結構設計選擇BIM技術，可以利用計算機軟件在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢，整合各類數(shù)據(jù)信息，利用3D建模的方法，提高施工中各類數(shù)據(jù)的傳遞效率，還可以找到建筑結構設計存在的問題并給出問題的解決方法，確保建筑設計數(shù)據(jù)可以快速傳遞與轉化。在建筑結構設計環(huán)節(jié)，應用BIM技術需要基于工作需求，可以削減設計人員的工作量，規(guī)避了不少人為因素引發(fā)的錯誤，提高建筑結構設計工作的質量與效率。

2.3 協(xié)調性

在建筑結構設計引入BIM技術，可以通過技術構建的平臺與各部門人員進行實時溝通和交流，確定建筑設計的關鍵內容，保證設計人員在掌握工程多方面信息的基礎上，增加對建筑結構內容與設計參數(shù)的了解程度。

在確定建筑體結構層次的前提下，設計人員可以更好的鎖定建筑主體結構設計要點。設計人員結合項目具體概況，使用BIM技術建立3D結構模型，可以通過計算機軟件將建筑結構立體、直觀的呈現(xiàn)出來，幫助管理人員、施工人員更好的理解設計方案。工程項目參與部門眾多，利用由BIM技術構建的信息平臺，以利用互聯(lián)網(wǎng)將各部門聯(lián)系在一起，提高各單位在工作協(xié)商方面的效率，使設計人員更全面的掌握項目施工信息，簡化設計工作流程，為工程施工高效進行提供保障。

3 BIM技術的設計流程

3.1 構建建筑整體結構模型

在建筑結構設計中使用BIM技術，需要建立科學、合理的結構模型，在模型中應該精準、全面的描述建筑結構信息，可以為施工提供全面、可靠的參數(shù)。在BIM建筑模型中，會給出建筑材料屬性；分別定義分層實體、集合實體和使用實體。

3.2 構建建筑部分結構模型

在建筑模型構建方面，會按照施工需求設置模型的內容，部分BIM結構模型含有很多屬性和內容，其中含有構造尺寸、材料和成本等信息，在BIM模型中還含有各類組件屬性。以工程墻壁為例，在設計環(huán)節(jié)應該確定墻壁間的關系。使用BIM技術構建的建筑模型，其中的組件含有多層材料。墻體在建筑結構中較為關鍵，包含保溫層、結構層、外墻磚、墻磚等。在建筑墻體模型構建方面，會結合墻體實際情況，定義墻體材料特性，分別定義實體、分層實體和集體；基于材料實體，連接墻體材料和墻體。

3.3 構建建筑關聯(lián)性結構模型

設計人員建立BIM建筑模型的過程中，應該從項目相關的多方面內容中找到各方面工作的關聯(lián)點。利用BIM技術構建工程模型，可以良好的識別工程結構，找到工程結構的關聯(lián)性，還可以更直觀、準確的反映工程建筑信息。

在建筑模型構建方面，應該確定建筑中的關系，判斷部分參數(shù)發(fā)生變動時是否會對其他參數(shù)形成影響。比如，具備主從關系的兩個實體——開口和墻壁，其中開口和墻壁分別為主體和主要實體，如果刪除前者不需要刪除墻壁信息，如果刪除后者時需要一同刪除開口信息。在模型構建中，將墻和開口關聯(lián)起來，兩者為物理關系。在建筑中還有很多關聯(lián)類型，應該根據(jù)一者的改變調整另一方，提高模型參數(shù)的準確性。

4 BIM技術在建筑結構設計中的應用

4.1 建筑結構現(xiàn)場分析

為更好的完成設計任務在建筑結構設計環(huán)節(jié)中要使用BIM技術并收集工程項目各方面數(shù)據(jù)，分析、評估建筑體周圍環(huán)境與地理條件，利用計算機軟件建立建筑3D模型，可以更好的掌握設計方案情況，通過直觀的模型有助于設計人員把控方案，及時發(fā)現(xiàn)方案在設計方面存在的問題。在建筑結構設計方面，需要利用計算機軟件模擬建筑結構，全面、細致的分析建筑，由此可以幫助設計人員了解建筑結構周圍的環(huán)境情況與地理條件。

在建筑工程設計環(huán)節(jié)，需要多方面考量項目相關元素，確定設計要點并進行針對性調整，為后續(xù)工程開展奠定良好基礎。在工程項目運行中，建筑設計人員需要掌握建筑結構的構成情況，模擬建筑結構，快速發(fā)現(xiàn)建筑結構在設計中出現(xiàn)的問題并制定處理預案，由此可以規(guī)避不穩(wěn)定因素對項目施工形成的影響，有助于工程項目質量控制，保證工程在合理、科學的設計方案下進行，圖1為建筑內部三維模型圖。

4.2 施工圖紙設計

我國各大城市在建筑結構設計方面出現(xiàn)了一定的變化，建筑結構設計愈加復雜，施工圖紙設計要求也逐漸提高。當前在建筑設計方面選擇BIM技術，可基于立體圖形設計與平面設計，收集工程多方面信息，結合設計標準進行控制，提高建筑結構設計的合理性與科學性。建筑圖紙設計環(huán)節(jié)使用BIM技術，可以將設計方案直觀的呈現(xiàn)出來，設計人員利用建筑三維模型可以掌握建筑各區(qū)段的詳細信息，判斷建筑整體結構設計是否合理、科學。在傳統(tǒng)建筑結構設計階段，設計人員考量建筑主體設計工作時，需要花費大量的時間與精力，同時難以掌握建筑設計各方面內容。運用BIM技術設計人員通過綜合分析與全面考量，可以快速發(fā)現(xiàn)建筑結構在設計方面出現(xiàn)的問題并進行控制。

在建筑結構設計方面，應該加強對施工進度與成本的把控力度，通過BIM技術模擬建筑施工情況，及時發(fā)現(xiàn)在建筑設計方面存在的不合理之處并進行修改，提高施工方案的可操作性，彌補傳統(tǒng)設計存在的缺陷。在建筑設計環(huán)節(jié)使用BIM技術，依托可視化設計模式，分析建筑中較為復雜的結構，收集建筑信息，掌握建筑結構設計形式，完善建筑結構設計方案，為建筑施工奠定基礎。

4.3 建筑成本預算與材料采購

建筑工程中應用BIM技術在施工成本預算控制方面有極大的優(yōu)勢。利用BIM技術模擬設計方案，掌握工程建筑方面的需求，對建筑施工的各環(huán)節(jié)進行控制，限制各環(huán)節(jié)技術、設備與材料的應用方法，由此可以降低工程在資金成本方面的投入量，按照項目建設要求進行預算控制工作。建筑企業(yè)在項目施工方面，應該明確工作條件，制定更加有效、科學的采購方案。

在工程施工方面，使用BIM技術，收集施工實施數(shù)據(jù)，控制工程各項成本，可以提高對各類數(shù)據(jù)的管理水平。在建筑施工領域鎖定工作需求，結合工程領域掌握的信息，快速確定采購工作需求，對工程施工現(xiàn)場各環(huán)節(jié)設備與工程材料進行動態(tài)管理。借助由BIM技術構建的平臺，可以掌握設備、材料在不同環(huán)節(jié)的使用情況，及時發(fā)現(xiàn)材料浪費的問題并進行控制，由此可以降低材料無用消耗量，按照工程建設需求，合理配置施工材料，達到成本控制目的，將工程預算限制在合理的區(qū)間。

4.4 工程結構拆分

在建筑工程框架模型構建任務結束后，會在應用軟件revit中導入工程數(shù)據(jù)模型，并生成相應的結構模型。在數(shù)據(jù)導入前，設計人員會利用軟件分析各類工程參數(shù)并修正各類建筑信息，進行半成品的控制。在建筑模型信息拆分時，會剖析模型內容，提高三維模型的直觀性。導入數(shù)據(jù)模型后需要關注工程數(shù)據(jù)，確保工程數(shù)據(jù)涵蓋鋼筋、構件、輪廓與材料等方面信息。在結構拆分時，需要按照正常的施工流程，拆分工作各環(huán)節(jié)內容，按照工程拆分要求進行拆分工作，拆分的越細致，對施工控制越有利。

4.5 埋件布置

BIM技術應用到工程中，需要確定各結構的拆分原則并按照方案建設要求與各結構拆分原則，將其作為預埋管件布設的基礎，確保預埋工作達到工程使用要求。

在工程進行中，應該關注預埋工作，需要提高預埋工作的精準性、可靠性。在預埋梁柱埋件時，可以選擇嵌入式梁柱結構，保證梁柱模板中的鋼筋吊鉤安裝在指定位置。設計人員需要綜合考量鋼筋吊鉤的規(guī)格、形狀，如果工程模式發(fā)生變化，需要全程控制數(shù)據(jù)，調整數(shù)據(jù)參數(shù)，提高此類數(shù)據(jù)的合理性。在構件設計方面，應該明確工程設計要求，在柱結構預埋環(huán)節(jié)需要根據(jù)BIM模型進行比對、分析，選擇專門的設計模塊，合理的設計墻體與柱結構銜接位置，提高相應結構和鋼板高度的吻合性。在建筑BIM模型構建方面，應該從設計角度出發(fā)，圍繞項目內容確定工程設計的各項參數(shù)與高度。

4.6 綠色建筑設計

在建筑結構設計環(huán)節(jié)，需要按照國家對建筑提出的規(guī)劃要求，引導建筑朝綠色方向發(fā)展。我國很多建筑企業(yè)在建筑結構設計中使用BIM技術，可以降低建筑設計的難度。綠色設計成為建筑設計的主體方向，也是國家大力推進的工作，滿足人們對低碳消費的追求。但是綠色設計存在不小的難度，在設計環(huán)節(jié)影響因素眾多，設計人員應該明確建筑結構設計要點，還需要靈活的應用BIM技術，可以深層次的分析研究建筑節(jié)能性。在建筑設計方面，工作人員需要關注建筑通風、采光與日照等內容，還需要圍繞相關內容進行細致的分析，全面收集工程參數(shù)并進行深入的細致，找到人們喜歡的居住模式，確定建筑設計的各項參數(shù)。通過科學的分析，合理優(yōu)化各項參數(shù)，由此可以提高工程建筑設計的整體質量。

比如，在建筑屋頂結構設計方面，為了提高建筑的節(jié)能性、環(huán)保性，會使用綠色建材，還會選用蓄熱系數(shù)與保溫系數(shù)更高的隔熱材料，從而確保建筑在冬季不會出現(xiàn)室內熱量快速喪失的問題，在建筑隔熱方面擁有良好的效果，可以將內部環(huán)境與外部環(huán)境隔絕開，獲得冬暖夏涼的效果。在整個過程中，設計人員利用BIM技術進行設計參數(shù)計算與分析，優(yōu)化設計各方面內容，在建設成本控制方面有不錯的效果，成為項目施工有序進行的有力保障。

5 結束語

在建筑結構設計環(huán)節(jié)，使用BIM技術可以幫助管理人員、設計人員和技術人員掌握工程概況，還能通過BIM技術提高工程數(shù)據(jù)整理、分析等工作的水平，使設計工作高效進行。傳統(tǒng)建筑結構設計存在很多缺陷，使用BIM技術可以生成三維工程模型，便于設計人員掌握設計方案，及時發(fā)現(xiàn)設計方案存在的漏洞并進行修改，降低設計人員承擔的工作壓力。通過模型進行方案參數(shù)控制，可以更好的控制項目在各環(huán)節(jié)的工作，為建筑單位帶來良好社會效益與經(jīng)濟效益。