BIM技术在建筑结构设计中的应用

2020-01-02管涛

散装水泥 2020年6期

管涛

（信阳职业技术学院，河南信阳 464000）

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。

1 BIM技术概述

建筑信息模型简称BIM，该技术是以现代信息技术为基础发展起来的的软件性工具。其主要通过可视化、协调性、模拟性等优势，收集、处理建筑结构中的信息。以计算机为搭载桥梁，将设计图纸上的模型转变成三维模型，并通过分析三维模型中的数据，进行参数设计。BIM技术的优势在于建筑设计人员可以通过三维模型检验设计图纸的可行性，寻找纰漏，对数据进行基础调整，最大程度排除建筑的安全隐患，避免出现返工情况。BIM技术为建设工程提供技术性支持，推动工程有序开展。

2 BIM技术的特点

2.1 优越化

合理应用BIM技术能为整体建筑结构设计提供帮助，全面控制建筑结构形式，优化设计内容。建筑结构设计存在很多制约性因素，BIM技术可以结合信息形式以及复杂程度进行准确分析，优化分析阶段，精确掌握建筑结构中存在的信息资源，包括几何信息、规则信息等。BIM技术能根据建筑结构中的实际变化要求进行调整，同时还能在施工前做好外形结构的分析工作，结合其中的变量因素与目标对象，优化整改不正确参数，快速算量，提升精度，直至符合标准再进行实施。

2.2 可视化

建筑行业管理中的关键在于可视化，可视化能明确整个建筑结构设计所需要的形式，并将施工图纸和建筑构件信息相互结合。针对建筑过程中出现的问题，利用这一优势对比原有数据，完善三维立体模型，以三维渲染动画的方式进行展示，通过三维立体模型可以更为直观地找出不足，再有效处理。

2.3 模拟性

BIM技术在建筑结构设计中，不仅可以模拟单一的建筑，还可以模拟特殊事物与条件。BIM技术能结合特殊要素，进行模拟实验，包括节能模拟实验、紧急疏散人群模拟实验等。对外招投标时，采用4D模拟形式进行分析，渲染效果更为精准，通过直观的宣传方式向业主展示，更能提高业主满意度，以提高项目中标机率。

3 BIM技术在建筑结构设计中的实际应用

3.1 BIM建模

3.1.1 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。

3.1.2 BIM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。

3.1.3 关联性结构模型的构建

工作人员在设计过程中应充分考虑结构中构件之间相关联的因素，通过BIM技术建立建筑模型，分析建筑之间存在哪些关联性。通常有两种形式，一种是对称性，另一种是非对称性。建筑模型中的非对称性主要体现在两个建筑之间存在主要、次要的关系。如果要修改建筑实体，应保证建筑实体本质不发生变化。针对墙体与洞口之间的关联性，洞口存在于建筑墙体中，如果在结构模型中删除墙体，洞口会随墙体消失而消失，如果在建筑模型中单一地删除洞口，墙体依然不变。

3.2 具体应用

3.2.1 建筑结构方案设计

设计建筑结构时，应充分利用BIM技术中建构的模型，预估建筑造价成本，分析其中利弊。这种做法有利于工程建设初期制定设计方案，避免后期施工出现问题而返工，减少建筑投资在资源和资金上的浪费。例如，设计某面积为4 000m2的公共建筑时，应绘制建筑的立面结构后，再计算工程造价。如果在设计过程中发现预算超出范围，应利用BIM技术对建筑结构进行局部调整，把重钢结构更换为轻钢结构，调整建筑面积，缩减无用空间，进而优化设计方案。

3.2.2 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。

3.2.3 主体结构受力复核

复杂的建筑结构对建筑结构设计技术要求更高，尤其是建筑结构中的主体结构受力复核方面。以某高层建筑为例，要将两栋塔楼连成一个整体，在塔楼间采取高区位、中区位与低区位进行三道楼体连接，其中高区连体部分一共四层，最高点与地面间距离175m，中区位置连体四层，最高点与地面间距离125m。因楼体高度不符合标准，很难进行施工。此时应用BIM技术，降低了三道连体的施工项目难度，进而使工程顺利开展。BIM技术能专业模拟工程建设中的起吊过程，先对高区进行模拟，尔后模拟下2层位置，采用塔式起重机安装上2层。模拟中区时，先在地面初步拼接，拼接完成再进行起吊工作。确定以上所有方案后，利用BIM技术全面统计起吊点荷载，分析统计的数据结构，确保无误再向设计院提交，BIM技术的运用为主体结构受力复核提供了一定支持与参考数据。

3.2.4 建筑场地分析

建筑结构设计的合理性影响着建筑的安全性与稳定性。利用BIM技术对建筑工程周围场地进行全面分析可以优化建筑结构设计方案，提高设计水平，既保证建筑结构质量符合标准，又确保建筑工程周围环境与地质不被破坏。

3.2.5 建筑结构性能分析

建筑结构布局的合理性，将影响其抗震性能。如果设计师缺乏对抗震性能分析的意识，缺少人力、物力的投入，将会影响建筑的质量与安全性能。设计过程可合理应用BIM技术，对建筑结构进行虚拟施工，将施工计划与实际进展进行对比，及时发现项目施工期间可能会遇到的问题，更清晰地了解项目总体建设信息，进而有针对性的调整各项建筑信息设计内容，优化现有建筑结构设计方案。