BIM技术在建筑结构设计中的应用

BIM技术在建筑结构设计中的应用

罗霄

陕西建工集团有限公司 陕西省西安市 710003

摘要：在传统的建筑结构设计中，设计师们无法直接看到立体模型，不能及时发现建筑结构中的问题，导致建筑过程中出现纰漏，增加建筑成本的同时也会影响建筑质量。在建筑结构设计中充分利用BIM技术，可以保证建筑设计更具科学性、可行性。

关键词：BIM技术；建筑结构设计；应用

1BIM技术的特点

1.1BIM技术完整地记录了结构模型的所有信息

BIM技术贯穿建筑结构施工的所有过程,从最初的建筑用材选择到施工地点确认,以及建筑结构的设计,再到使用的器材、设备,工程的性能、风险评估、结构力学性能、工程的质量要求等BIM都会参与,并将模型信息的所有内容完整备份下来,有利于整体建筑工程结构的设计。

1.2BIM技术将整体的建筑结构设计工程的各个环节有机地联合在一起

BIM技术涉及建筑CAD技术、CAM技术,全程参与建筑结构施工的各个过程,BIM在建筑结构设计中的各个环节的信息是相互关联的,并且通过BIM技术内部的计算,结合计算机网络科技,可以将所有的信息融合汇总,得到最佳的建筑结构设计方案。

1.3BIM技术所有的模型信息具备高度的一致性

运用BIM技术的建筑结构设计,其所有的数据信息均记录在电脑系统,所有的信息在精准核对后只记录一次,同样的信息不会出现数据重复的现象,降低了建筑结构设计人员对于数据的整理难度,并且BIM系统还会根据当前的数据信息对模型进行改良和修缮,以达到最佳的设计效果。

2BIM技术在建筑结构设计中的实际应用

2.1BIM建模

2.1.1基于IFC标准的BIM模型构建

BIM技术应用于结构模型时，应对计算、作图以及工程造价等多种问题进行分析。基于IFC标准格式的背景下，解决结构模型中的问题，IFC具有很多优势，有利于BIM结构模型中对最小结构单元的几何尺寸以及组织形式进行定义，还能为结构模型建立出模型所需要的材料族库。

以砖墙为例，IFC设定标准的建筑模型，其基础主要组成结构是砖块，包括构建出砖块的几何尺寸、物理能力以及空心等信息。通过利用构建出的材料与实体相互关联，实现建筑墙体与墙体所需材料之间的关联。

2.1.2BIM结构模型的构建

材料族库建立后，BIM技术可以将材料模型与建筑结构中构建出的模型相关联，例如，建筑结构中的梁、柱、板和楼梯。设计建筑墙体结构中的构件部分时，应先定义好建筑的实体性质再进行关联，以体现建筑中每个楼层与实体之间存在的关联，进而通过空间结构关联实体，更直观地展现墙体实体与各楼层实体之间的联系。

2.2BIM技术中的钢筋表达

钢筋表达指的是钢筋混凝土框架在BIM建模中的三维虚拟表现,可以得到准确的钢筋尺寸与定位,可视化隐蔽工程,感受建筑结构的真实信息,进行混凝土钢筋的算量。但同时,当前建筑结构施工图均为平面图,以及受目前计算机硬件设备的限制,建筑结构模型钢筋的表达方式会有所不同。目前BIM技术中主要采用实体与详图表达钢筋以及平法注释表达钢筋两种方法。实体与详图表达钢筋可以对钢筋的信息进行三维立体表达,便于确定钢筋的位置、形式、尺寸,并且通过三维视图隐蔽阻挡钢筋的混凝土参数,对隐蔽部位的钢筋信息进行观察。但这种表达方式对电脑硬件要求十分高,比较占用施工图纸,设计工作量较大。而平法注释表达钢筋则是进行构件的钢筋信息赋值,使其与构件形成一体,并通过注释进行提取和交换分析,其优点是可以在一张图纸上表达多个钢筋信息,图纸简洁,缺点则是需要进行三维效果想象,表达没有实体详图表达那么直接。两种表达各有优缺点,实际设计时可根据工程需要进行选择。

2.3建筑结构协同中应用BIM技术

建筑项目在没有应用BIM技术之前,建筑结构设计过程中需要对开展的各项技术或者产生的信息等进行共享,但是由于信息不能得到同步发展,建筑结构设计过程中存在诸多矛盾和问题。而在广泛使用BIM技术之后,建筑结构协同的质量得到了明显的改善,建筑结构设计中产生的各项信息同步发展,信息和数据之间的联系越来越紧密。建筑结构设计方案中不仅有水暖或者土建等方面的数据,而且具有装饰装修等方面的数据,数据在传递过程中需要保持一致。例如:剪力墙结构设计过程中,通过采用BIM技术开展协同工作,需要对剪力墙结构的物理模型或者梁桩柱分析模型等内容进行考虑和兼顾,以此能够实现协同发展。第一,对结构参数等进行设置,并通过借助结构分析模型,实现多种设计数据传递过程中的一致性和同步性。这种方式能够有效提升建筑结构设计的可靠性。第二,BIM技术中的数据具有可计量性,建筑结构协同工作时能够为其提供数据上的支持,建筑数据库中的一些基础数据施工管理部门也实现了数据的共享,使得数据传输变得更加准确和及时。例如:项目成本管理单位在对成本进行管控时具有可参考的数据,提升决策的准确性和可靠性。

2.4BIM技术实现了设计方案的虚拟施工

在传统的建筑结构设计方案中,工程施工可能出现的问题只能在实际施工过程中才可以发现,一旦出现重大的结构问题,将会影响整体的施工进度以及施工质量,造成资源的大量浪费,而使用BIM技术的建筑结构施工实际,可以实现虚拟施工,顾名思义,就是在实际施工前,通过计算机建模技术,将设计方案在计算机中进行百分百同步虚拟建设,在建设的过程中完全参照设计方案的数据,将会第一时间发现施工过程中出现的结构问题,并及时进行方案的调整与改进,极大地降低了工程施工的建设风险,同时也保障了建筑结构施工的整体质量,有利于我国建筑行业的长远发展。

2.5钢结构中应用BIM技术

大跨度发展是当前建筑工程发展的重要方向,建筑的稳定性和可靠性想要得到保障,需要对钢结构的稳定性予以重视,在对钢结构模型进行构建时,通过采用BIM技术,能够实现对钢结构的保护。钢结构主要是由混凝土和型钢构成,同时钢结构都是借助梁柱的连接栏得以实现。因此,这一方式给当前的建筑钢结构设计提出了更大的挑战和难题。BIM钢结构模型构建过程中,建筑结构设计人员需要对钢结构的模型完整性等进行全面的考虑,对定位构件的分段等重点把握。同时对关键连接部位的稳定性等予以重视。

2.6结构可视化设计

BIM技术中的三维技术能够为建筑结构构建出相应的立体效果，带来更直观的视觉冲击，方便用户对建筑构件大小、方位以及采用的材料进行观察，为用户提供便利条件。

BIM技术的可视化特点，可以帮助设计师仔细查看建筑结构整体布局与细节之处，更精准地找到设计漏洞，避免因设计方案引发更多问题。例如，楼梯高度是否符合标准，是否会碰到用户的头部，梁的尺寸是否影响建筑净空等，都可通过BIM技术中的可视化技术进行查看。

由此可见，BIM技术在建筑结构可视化设计中有着不可忽视的作用，不仅保证建筑设计过程中的工作效率，还能提高工程建设的整体质量，在一定程度上提高建筑结构设计精度，降低误差。

结论

总的来说,BIM技术是一项能提高建筑结构设计效率和质量的技术,具有可视化、信息集成、可模拟性、可传递性与协同性等诸多优势,具体可在建筑结构模型设计中进行可视化应用、参数化应用、钢筋表达、流程设计、结构功用和施工现场分析应用。当然,BIM技术尚处发展中,其在建筑结构设计中的应用技术还有更多未知功能等待进一步的探索。

参考文献：

[1]张健,陶丰烨,苏涛永.基于BIM技术的装配式建筑集成体系研究[J].建筑科学,2018,034(001):97-102.

[2]乐云,郑弦,李永奎,等.基于SVN的BIM技术应用价值流及驱动路径研究[D].管理工程学报,2018,032(001):71-78.