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

吴小峰

摘要：伴随着我国社会形态的转变，建筑行业的发展实现了从传统粗放式到精细化的转型。为了顺应建筑业发展要求，建筑结构设计也从传统二维朝向多维化方向进行转变。其中BIM技术的提出与应用有力推动了建筑结构设计的可视化、参数化与协同化发展。针对BIM技术在高层建筑结构设计中的应用对BIM技术的推广以及高层建筑结构设计有着重要的现实意义。

关键词：BIM技术；结构设计；建筑工程

BIM相关技术是一类搭建或者采用参数化模型进行建筑工程的规划设计及项目管理的技术，针对建筑工程的设计过程来说，BIM技术是一类领先的规划设计相关技术及工作流程，该技术给项目工程带来了智慧化及信息化的数据参数交互平台，具备共同设计、自顶向下参数化设计、模拟仿真及受力分析管理等模块。

1 BIM技术定义

BIM（BuildingInformationModeling）技术指的是一类使用在建筑工程设计、施工建造及工程管理的数字化解决方案，经过对于建筑物的数字化及参数化模型整理，在工程项目规划、运作及维护的整个生命周期进程中进行数据信息互通及传输，使相关建筑工程设计人员掌握各类工程数据信息，为相关设计团队及建设、施工作业企业在内的各个建筑工程参加主体带来共同工作的平台，在提升施工作业效率、降低造价及压缩施工周期层面起到了关键作用。

2 BIM技术优势研究

2.1 建筑工程BIM技术生成的模型具备可视化的优良特性

工程设计人员可以BIM技术进行建筑工程的实体建模操作，实现项目工程的3D实体模型的生成工作，借助3D立体的图像模式来体现建筑实体工程的相关参数信息，跨越了以往借助二维平面的施工作业图进行想象3D立体工程实体的技术限制，促进了建筑项目工程中各个相关部门或者各个专业人员间在图形化的3D实体模型中进行有效的沟通、交流及工程有关的决策。

2.2 建筑工程BIM技术生成的模型具有信息集成的特点

工程设计人员可以借助BIM相关技术生成建筑项目工程整体的全部阶段的参数信息文档，相关文档汇集了建筑工程的模型有关的参数信息，例如外形尺寸的几何信息、材料物理属性信息、工程结构空间参数信息、建筑原材料及构件的参数信息、建筑原材料数目和有关属性信息等，汇总为复杂的建筑工程总体模型，数据信息库生成复杂的建筑工程模型，相关的数据库达到了建筑工程规划设计进程的集成化，参数信息规范化的目标。

2.3 建筑工程项目BIM技术生成的模型具备工程实际模拟的特性

工程设计人员可借助BIM相关技术，针对对建筑工程3D模型处在各种各样的外部环境条件下的情况实施模拟操作，例如实施建筑工程3D模型的放大操作、缩小操作、旋转操作等，由此进行多维度的观测，或者能够完成工程结构的受载荷情况的模拟、日光照射情况的模拟、节能减排活动的模拟、热量传递情况的模拟、施工作业过程的模拟，从而完成建筑工程的各类制约要素的工程模拟及相关设计工作。

3 BIM技术在建筑结构设计中的实际应用

3.1 基于BIM技术的高层建筑结构设计流程

为了进一步提升高层建筑结构设计质量，BIM技术的运用势在必行。针对BIM技术的特性，BIM技术下的高层建筑结构设计流程如下：（1）结构设计方案阶段结构设计专业按照所给出的方案模型，结合高层建筑项目结构设计条件进行结构设计建模。在完成方案模型建模后，对结构模型进行计算。完成计算后，根据计算结果与结构设计方案进行调整优化，完成优化后对结构模型进行校验。经过校验后的方案模型进行综合汇总。不同专业根据汇总模型进行细节调整与协调，经过协调后对各自专业方案进行修改，为初步设计阶段奠定基础。（2）初步结构设计阶段这一阶段中结构专业与其他专业需要交换方案模型，且根据其他专业方案模型以及高层建筑项目地质勘察结果与荷载情况进行初步结构设计建模；建模中需要持续与其他专业进行信息交换，按照其他专业设计模型来调整结构构件尺寸、位置以及预留区域等；在完成初步设计建模后，则需要进行计算；得出计算结果后对结构进行初步调整修改，并对结构模型进行校验。完成校验后进行初步结构设计模型汇总，不同专业根据汇总模型进行优化调整。协调完成后各专业对自身方案模型进行调整，随后进入施工图设计阶段。（3）施工图纸设计阶段这阶段中结构设计专业与其他专业的重要工作就是互换初步设计模型，且根据其他专业的初步设计模型以及高层建筑项目所在地质情况、荷载情况来进行施工图纸设计。在建模中结构设计专业还需要与其他专业随时保持密切联系，互换设计模型，以便进行协同设计。在施工设计图纸完成设计后利用BIM技术生产结构施工图设计模型。

3.2 BIM技术在高层建筑结构设计中的具体应用

（1）BIM技术在高层建筑结构设计中的参数化设计传统建筑结构设计过程中由于设计软件功能的缺陷，导致施工图设计工作内容较为繁杂，需要设计人员消耗大量的时间、精力用于施工图的绘制。BIM技术中的参数化设计功能得以改善这一情况。基于BIM技术的模型涵盖了不同参数汇总下的三维实体模型以及相关数据，每个结构单元的情况都十分全面。BIM技术中的“族”汇总了绝大多数二维设计中常用的，且具有重复性的结构构件。“族”中的参数信息涵盖了结构构件中的全部特点以及构件间的相互关系，可以再计算机中实现构件模型与真实构件的对应，且结构设计中的相关数据信息均以参数格式存储在BIM的数据库中。参数化设计中的修改功能可以使得设计人员在调整数据、文字的过程中BIM的数据库都会随之变化，实时反映在BIM模型中，与其相关的构建参数也会相应变动。基于BIM技术下的参数化设计能够实现联动修改，弥补了传统二维结构设计中需要手动更改其他构建的缺陷，显著减少了结构设计的工作量，提高了设计工作的质量。（2）BIM技术在高层建筑结构设计中的协同设计BIM技术在高层建筑结构协同设计是基于结构模型而完成的。整体的BIM结构模型设计涵盖了结构模型数据，其主要用于展现结构中不同构建的尺寸、要求、条件、参数等。这些信息数据是结构设计的基础，直接决定着BIM技术下的结构协同设计。BIM技术下的高层建筑结构设计通过统一内部、外部资源，对外部模型数据格式进行转化，实现了协同设计，大量减少了设计过程中可能出现的重复工作。在建筑结构设计过程中应用BIM技术需要注意以下几点：一是建模软件Revit中的3D模型需要与结构设计的二维平面图纸相关联，从而实现当模型出现改变后相应的图纸也会自动调整；二是结构专业的3D模型要与其他专业协同，以保证高效的信息沟通；三是结构设计专业中的BIM模型需要与开展结构分析计算的模型一致，以保证计算结果的准确性；四是利用BIM技术进行结构设计的设计人员需要持续更新BIM数据，以便获取最新的结构模型，且实时掌握其他设计专业的BIM结构模型；五是在运用模型的过程中要充分关注模型空间位置，避免在建模过程中由于位置不一致导致模型建立错误。

4 结束语

当今社会经济快速发展，城市化趋势越来越明显，建筑业的发展稳步向前。重视建筑结构的设计，一方面是提升现代建筑技术的重要途径，另一方面也能有效促进城市建设文明的发展，建筑结构设计环节的意义不可小觑。BIM技术在建筑结构设计中的应用可以使建筑模型看起来更直观、更清晰，有助于设计效率和设计水平的不断提高。在BIM技术的应用中，要把其优势和特点有效地结合起来，并结合实际的设计要求，以确保设计方案的科学合理性。

参考文献：

[1]王龙.BIM技术在建筑结构设计中的应用[J].住宅与房地产,2019(21):68.

[2]杨露露.BIM技术在建筑结构设计中的运用[J].工程技术研究,2019,4(11):42+46.

作者简介：吴小峰，出生年-1986，男，汉族，天津市，本科，中级职称，建筑结构工程设计。