BIM技术在建筑结构设计中的应用探析

BIM技术在建筑结构设计中的应用探析

何靖宇

佛山市顺德建筑设计院股份有限公司  广东佛山  528000

摘要：BIM相关技术指的是建立或利用参数化模型，开展建筑工程的规划设计和项目管理的一种技术。BIM技术是一种对于建筑工程的设计过程而言，一种先进的规划设计相关技术和工作流程，它为工程设计和施工提供了一个智能化和信息化的数据参数互动平台。包含了联合设计，自上而下的参数化设计，仿真模拟和应力分析的管理。从BIM技术的优越性出发，对BIM技术在建筑结构设计中的具体运用流程展开了深入的探讨，目的在于给当代的建筑企业提供一个可供借鉴的思路，让BIM技术能够成为一项能够促进国内施工产业发展的关键技术。

关键字：建筑BIM技术。建筑结构设计。应用

引言：

随着中国建筑业的快速发展，对于建筑工程各个体系的设计要求也越来越高，建筑业应主动发掘自己的潜能，提高自己的生产力；提高企业的经济、社会价值。在建筑结构设计的过程中，运用BIM技术来构建建筑信息模型，对建筑结构设计的工作内容进行深入的研究和分析，可以更好地提高工程的系统性和科学性。

1、BIM技术优势研究

1.1建模可视性的优点

工程设计人员可以利用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；利用3D立体的影像模式，将建筑实体工程的相关参数信息展现出来，突破了过去利用2 D平面的施工作业影像来进行3D立体工程实体想像的技术局限，方便了建设项目工程中的各相关部门和各专业的工作人员，在图形化的3D实体模型中，进行有效的沟通和交流，以及工程相关的决策。

1.2信息集成的优势

工程设计人员能够利用 BIM的相关技术，来建立一个关于建设项目工程的整个过程的所有阶段的参数信息文件，该文件将与建筑工程模型的一些相关的参数信息进行汇总，比如：轮廓尺寸的几何信息、材料物理属性信息、工程结构空间参数信息等。建筑原材料及其部件的参数信息，建筑原材料数量以及相关的特性信息等；将其归纳为一个复杂的建设工程整体模型，再由数据信息库产生一个复杂的建设工程模型，与之相关联的数据库实现了对建设工程规划设计过程的整合，对参数信息进行标准化的目的。

1.3对工程实例进行仿真的特征

工程设计人员可以利用BIM相关技术，针对建筑工程3D模型处于多种外部环境条件下的情况，来实现模拟操作。比如，执行建筑工程3D模型的放大操作、缩小操作、旋转操作等，从而可以进行多维度的观察，也可以完成工程结构的受荷载情况的模拟、日光照射情况的模拟、节能减排活动的模拟。模拟热量传递情况的模拟、施工作业过程的模拟，以实现对建设工程的各类约束因素的工程模拟及相关设计工作。

2、BIM技术在高层建筑结构设计中的具体应用

2.1 3D可视化建模

3D建模技术作为BIM的核心技术，在目前的建筑设计中是一项崭新的技术，通过该技术可以使人对建筑物有一个更加清晰的认识。一般情况下，利用AutodeskCAD软件来展开绘制工作，CAD能够将建筑结构的各个方面的数据信息呈现在使用者面前，而利BIM技术，能够将建筑的3D立体模型更为生动地呈现在使用者面前，让无论是专业人士还是非专业人士，都能够对建筑结构的各种数据信息有一个清晰的认知。当前，国内有关的设计者一般采用BIM技术来实现对建筑物的结构布置的动态展示，以便有关工作人员能够比较清楚地理解建筑物的各个参数，并根据资料的资料进行分析；在此基础上，提出了最优的结构设计和最优的施工方案。另外，通过对 BIM模型的分析和研究，有关人员能够及时地找到在设计中存在的缺陷，并能够及时地提出相应的解决方案，从而确保建筑的质量。

2.2建筑空间规划方面

在结构设计阶段，作为最开始的一个阶段，必须要对其加以重视。在建筑用地选定之后，设计者要对用地进行空间布局，当用地条件比较复杂时，就必须对用地布局进行进一步的研究。利用BIM技术，对建成地区进行空间规划，并对建成地区的坡向、坡高、坡率等因素进行分析，针对具有复杂地貌的建筑空间，为其提供高效的设计技术支撑，从而拓宽设计师的思维。利用GIS技术，展开坡度的分析，构建出与之有关的 BIM模型，并对各种参数展开仿真。设计人员利用该模型，对建设区域展开全方位、多角度的研究，从而获得了大量的基本数据，为后续正式的建筑结构设计、空间规划工作，以及其他方面的工作提供了详细的信息。在已有的研究成果基础上，对已有的研究成果进行了初步的探讨。除此之外，利用 BIM技术，还可以在建筑内部展开视野分析、可视度分析，与坡度分析相似，设计人员可以构建出对应的模型，从而对各个功能进行分析、调试，将各种因素综合起来，最后确定出一个三维空间，来对真实的环境进行仿真。

2.3参数化设计

在此基础上建立的BIM建模系统，包含了在各种参数综合条件下的3D实体建模和相应的数据，对各个建筑单元进行了详细的描述。BIM中的这个“族”概括了大部分在平面设计中经常使用并可重复使用的建筑部件。“族”中的参量信息包含了构件内部的所有特征和它们之间的联系，能够在电脑上完成构件与实际构件之间的匹配，而与建筑设计有关的数据都是以参量形式保存在BIM的资料库中。参数化设计中的修改功能能够让设计人员在调整数据、文字的过程中，BIM的数据库都会发生相应的改变，并将这些改变被实时地体现在BIM模型中。

2.4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。建筑信息学的总体框架是建筑信息学的一个重要组成部分，它包含了建筑信息学中各种建筑的尺寸，要求，条件，参数等等。而在建筑工程中，建筑工程中的建筑工程项目是建筑工程项目的重要组成部分。通过整合内外资源，将外部建模数据转换为BIM技术，在BIM环境下进行高层建筑结构的协同设计，极大地降低了在设计中的重复工作。BIM技术在建筑结构设计中的运用主要有：一是建模软件Revit中的3D模型要与结构设计的二维平面图纸进行联系，以便在模型发生变化时，对应的图纸也会进行自动调整。二是建筑工程的三维建模应与其它工程学科进行协作，确保了三维建模的有效交流。三是为确保 BIM在建筑工程中的应用精度，必须与进行建筑工程的BIM建模方法相匹配。四是BIM技术应用于建筑工程的设计者必须不断地对BIM信息进行更新，这样才能及时地得到建筑工程中的BIM信息，并能及时地了解其它建筑工程中的BIM信息。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。

2.5建筑结构性能分析

在建筑结构的设计过程中，设计者要将重点放在保证建筑结构的抗震性能和牢固性，从而提高建筑结构的环境耐受度，降低安全事件的发生。在此要求下，设计者可以借助BIM技术来实现对建筑结构的力学特性的研究；特别是，在有关分析软件的支持下，可以展现出建筑结构有关部位的性能，设计人员可以根据这种新的效果，有针对性地提高建筑结构的抗震性、牢固性，从而在建筑结构设计方面，形成一种动态化的设计机制，从而为后续相关建筑施工和管理工作的开展提供指导性的指导。

2.6取代平面法

在建筑结构设计工作中采用BIM技术来取代平面法。在进行结构施工图的制作时，均使用平面法来表达各项项目，并在图纸上使用比较特定的符号进行标记，BIM技术的使用将使结构工程师可以使用可自动转换的方法进行设计。同时，在对建筑结构进行设计工作时，利用BIM技术可以从多个角度对平面内容进行更为灵活的展示，精确提取出核心信息和关键数据，为后续施工测量和放样提供保证。场地分析工作可以确保建筑结构设计的合理性和专业性，也可以达到保证建筑施工场所的各个指标分析结果的准确性，从而可以提高建筑结构前期设计工作的总体效率。

在本人参与设计的一个项目当中（BIM模型如下图）

由于外立面造型较为复杂，是由三座不同高度和材质的塔楼建筑组合而成；每座塔楼的倾斜方向、倾斜角度、弧度等都不同，传统的幕墙设计方法很难达到预期效果。因此，将BIM技术应用于建筑幕墙的设计中。利用BIM技术对幕墙三维模型进行模拟和计算，能够较好地反映出幕墙杆件的受力情况及杆件之间的连接情况，也能够较好地确定杆件的位置;对杆件之间或杆件与主体结构构件进行碰撞检查。采用BIM技术能让这一繁复的幕墙设计，以及在工地上的建设，都能顺利进行。该工程现在已经施工完毕；完成后的实际效果与原建筑方案基本一致。

结束语：

将 BIM技术应用于建筑结构的设计，能使建筑的设计更加科学和可行。随着 BIM技术的发展，建筑业的工作方式发生了翻天覆地的变化，然而，BIM技术本身的多样性和信息的复杂性，使得大量的数据和信息嵌入到BIM数据库中，使得BIM数据库中的数据数量不断地增长；建筑业已经进入了一个信息化的发展阶段。

参考文献：

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[2]崔玲.BIM技术在建筑工程结构设计中的应用分析[J].住宅与房地产,2019(28):90-91.

[3]管涛.BIM技术在建筑结构设计中的应用[J].散装水泥,2020(06):87-88.