王志强 武 栋 李 芳

(青岛理工大学管理学院，山东 青岛 266520)

BIM技术对结构设计的改变

王志强 武 栋 李 芳

(青岛理工大学管理学院，山东 青岛 266520)

通过对建筑信息模型(BIM)技术的分析，探讨了BIM技术对结构设计信息传递、技术及流程方面的改变，并阐述了BIM技术在结构设计方面的优势，指出BIM是未来建筑业信息化技术发展的主要方向。

BIM技术，结构设计，信息，改变

2011年5月10日，住房城乡建设部发布了《2011～2015年建筑业信息化发展纲要》，要求“十二五”期间，基本实现建筑企业信息系统的普及应用，明确提出“加快建筑信息模型(BIM)、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用”。毫无疑问建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)将是未来建筑信息技术发展的主流。BIM技术应用在建筑的全寿命周期，相当于建筑的“基因”。而勘察设计阶段无疑是决定“基因”的关键环节，本文旨在探究BIM技术对结构设计的改变。

1 BIM技术对结构设计信息传递的改变

1.1 结构设计团队内部人员之间的信息传递

随着建筑业的发展，建筑结构趋于复杂，一般大型项目均是由结构设计团队共同完成。但现有的结构设计流程和规则很难保证团队成员之间实现及时准确有效的信息共享和交换，带来错漏碰缺等设计错误。各种结构分析与结构计算软件产生的文件散乱的分布在不同人员的计算机中，导致数据传递慢，利用率低，文件更新不及时，错误和相互不一致，文件丢失、破坏等情况发生。这些问题耗费了大量结构工程师的时间和精力，增加了成本。BIM技术具有的数据集成与数据共享功能有效的解决了上述问题。BIM技术建立了项目数据库平台，结构设计数据会实时的在数据库中修改。因此，设计团队成员的数据是及时、一致、准确的。

1.2 不同设计专业之间的信息传递

结构设计前接有建筑设计，后接有暖通空调、电气等专业设计，结构设计处于一个承上启下的位置。建筑专业是龙头，结构人员应当全力协助建筑师完成建筑设计，但是现代信息的分离又限制了建筑师与结构工程师之间创造性的相互配合的可能性。这种制约在方案设计阶段尤为重要，致使建筑空间形式和技术思路关系不协调，从而增加了以后的设计阶段出现矛盾的机会。BIM技术的协同设计原则改善了上述问题。结构工程师应该在建筑方案阶段介入，协同建筑师完成建筑方案设计，在建筑师有了整体建筑的初步构思后，结构工程师应对建筑形式作总体构思，共同建立方案阶段的建筑信息模型，BIM技术可以加快这个过程中信息传递的效率，建筑师与结构工程师将更多的通过建筑模型交流，减少双方的误解，让他们将更多的精力投入到对方案的优化设计上来。

1.3 结构设计与施工单位的信息传递

结构设计成果交付给施工单位的形式是一套结构施工图，图纸有自身的局限性，难以全面的表现设计人员的设计意图。同时，施工单位的工程师们往往在对设计结果进行处理时，花费相当一部分工作精力又来重新建模，如施工单位需要从新按照施工图建模完成施工图预算、图纸分类与汇总等。在施工过程中，设计变更也是拖延工期增加成本的重要因素。

设计交付成果采用BIM技术，不仅可以准确传递结构工程师的设计意图，同时施工单位的工程师可以全面的分享建筑的各项数据，避免了重复建模的负担，同时设计人员也可以通过变更建筑信息模型快速的完成设计变更，减小设计变更对工期成本的影响。

2 BIM技术对结构设计技术方面的改变

2.1 三维建筑模型

现代建筑结构愈来愈复杂，建筑立面及屋面呈现为空间曲面形式，传统的二维设计与绘图方式已经无法完成如此复杂的设计，BIM技术的三维建筑模型则可以准确全面的表现空间曲面的设计。同时三维建筑模型的使用可以使开发商和投资方的非专业人士方便直观的阅读建筑的结构，表达他们的要求。

2.2 参数化设计

研究表明，在结构设计阶段结构工程师花费精力最多的阶段是施工图设计阶段，但是对项目未来表现和造价影响最大的阶段是方案设计及初步设计阶段，这造成了结构工程师将过多的精力投入到了对项目未来而言并非最重要的阶段。而BIM拥有的参数化设计克服了这个矛盾。 参数化设计是BIM的一个核心技术，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。BIM模型采用参数化的三维实体信息描述结构单元，将传统CAD中点、线、面等元素集成为梁、柱等构件，大部分重复性的及通用的构件被定义为族，族中所有的参数信息不仅包括了构件的几何形状信息，同时包括了大量的非几何信息，如材料信息、逻辑信息等。族中的信息囊括了构件所有的特征及其与其他构件的相互作用关系，可以使构件的模型与真实结构相对应。参数化修改引擎的应用，大大方便了对施工图的修改，BIM模型的修改是通过参数的调整反映出来的，数字化建筑构件所有信息都以参数的形式保存在BIM数据库中，数据库中的数据通过图形软件生成三维模型。构件之间的相互关联在数据库的参数中都会体现。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对建筑设计或文档部分作的任何改动都会改变数据库中的数据，并自动的在BIM模型中反映出来，联动的修改与之相关联的其他部分。构件的移动、删除和尺寸的改动所引起的参数变化会引起相关构件的参数产生关联的变化，始终保证BIM模型的协调一致，在此基础上生成的所有图纸的一致性也将保持一致，而不必逐一对所有图纸进行检查修改。从而提高了工作效率和工作质量。

以结构设计中非常复杂的钢结构网架节点设计为例，基于BIM的软件可以反映节点的空间位置，并将其与杆件信息及其他节点相关联，当节点空间位置发生变动后，杆件的位置必然随之联动变化，此时我们只需要更改直接改变的节点参数信息，与之相关联的构件信息会联动修改，同时BIM三维模型亦将形成新的实体。所有出现此节点的视图和图纸会自动作相应的移动，所有相关尺寸也会更正。参数化图元与参数化修改引擎带来的双向联动性和即时性，及全面传递变动的特性，带来了内部协调一致、可靠的模型，这将使施工图不再出现前后矛盾的现象，使得施工图的设计过程更加高效便利。

3 BIM技术对结构设计流程的改变

目前传统的设计流程是利用PKPM等有限元结构分析软件进行结构建模、整体空间受力和变形分析及截面设计，然后利用二维CAD等绘图软件来绘制传统的施工图文档。

基于BIM技术的结构设计流程是(见图1)：1)工程师从BIM数据库中导出建筑几何信息，结构工程师设计结构方案阶段模型并进行简化的结构分析，通过不断的调整与改进，完成初步的结构选型与布置；2)建立初步分析阶段模型，导入结构有限元软件进行结构受力与变形计算，完成截面设计，在这个过程中仍要不断调整；3)各专业评估结构模型，输入BIM数据库，利用BIM软件生成施工图。

4 结语

随着BIM技术的发展及在建筑业的普及，结构设计将会一同发生重大的变革，目前结构工程师的专业分工和工作流程将会随之改变，许多困扰结构设计的难题将会得到解决。但由于现阶段结构计算软件与BIM的双向对接等问题，让结构设计专业接受及应用BIM不是一朝一夕的事，要对设计过程在现有的基础上逐步优化，让工程师切实体会到BIM所带来的好处。

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The change of BIM technology to structure design

WANG Zhi-qiang WU Dong LI Fang

(ManagementSchool,QingdaoTechnologicalUniversity,Qingdao266520,China)

Through the analysis on Building Information Model (BIM) technology, this paper discussed the changes of BIM technology to structure design information transfer, technology and process aspects, and elaborated the advantages of BIM technology in structure design, pointed out BIM was the main direction of future construction industry information technology development.

BIM technology, structure design, information, change

1009-6825(2014)34-0047-02

2014-09-25

王志强(1976- )，男，硕士生导师,副教授，注册土木工程师(岩土)，一级注册建造师； 武 栋(1990- )，男，在读硕士； 李 芳(1990- )，女，在读硕士

TU318

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