BIM技术在建筑结构设计中的应用研究

摘要：建筑形式的复杂化、功能的多元化对结构设计提出了挑战，采用传统的设计流程和管理模式难以兼顾安全性、经济性、创新性等目标，不但会产生安全隐患，而且会影响资源利用效率。随着信息技术的不断发展，BIM技术在建筑工程设计方面的应用越来越成熟，相对于其他专业，BIM技术在结构设计领域发展缓慢，需要加强探索研究。

关键词：BIM技术；建筑结构设计；应用

前言：BIM技术通过对建筑物功能特性进行详细地数字表示，改变了建筑结构设计。这项技术加强了建筑师、工程师和承包商之间的协作，从而提高了设计的准确性。BIM 可以将不同的设计学科整合到一个统一的模型中，从而实现更好的可视化，可以及早发现潜在的冲突，以此支持建筑设计实践，这有助于优化资源利用，不断降低成本。

1建筑结构设计中 BIM 技术的特点

1.1共享性

建筑信息模型可作为共享平台，将建筑信息集成在一起，包括几何数据、参数设置、构件属性等，使得设计团队可在同一模型中协同工作，实时共享设计变更和更新。通过共享模型，各学科之间的数据和信息可相互关联、交互，提高设计的一致性和协调性[1]。

1.2可视性

BIM 技术以计算机技术为基础，其中的三维建模技术可以通过收集施工信息，对其中的构件属性进行充分展现，从而清晰呈现施工模拟图以及各部分的细节图，大幅度提升施工过程中的可视化程度，更有利于开展核算工作以及资料分配工作等。并且，因为此技术具有可视化特点，所以，可以将可视化出图纳入招投标文件，便于招投标双方更好地掌握工作方案，也能保证施工方根据实际情况提高施工设计合理性，可以有效降低施工过程中出现设计变更情况的概率。

1.3协调性

建筑结构设计涉及多个学科的协同工作，包括结构、建筑、机电等。基于 BIM 模型，建筑结构信息可在一个集成环境中进行协调和冲突检测，设计人员可进行跨学科的合作和交流，及时发现并解决设计冲突和问题。

2 BIM技术在建筑结构设计中的应用

2.1明确BIM建模流程

在实际进行建筑结构设计之前，需根据图纸建立BIM模型， 为了保证BIM 建模工作的顺利进行，应建立完整的BIM建模流程，具体流程如下：

1）项目BIM 工程师根据正式施工图纸利用 Revit 建立最初 BIM 模型；

2）在建模过程中对发现的图纸潜在问题进行汇总，并提出解决措施；

3）创建各个工点场布模型，提出合理的施工方案及施工部署；

4）对几何信息模型进行碰撞检查，并形成报告；

5）基于初步模型进一步深化设计，提高模型精细度，达到LOD400；

6）各专业BIM 模型数据进行集成、整合，进行碰撞冲突检查，施工深化出图、工序工艺模拟施工，三维可视化交底。

2.2结构优化设计方法

结构优化设计是利用计算机技术和算法，在满足设计要求的前提下，通过调整结构参数和拓扑形态，找到最优结构设计方案的过程。在 BIM 中，结构优化设计是通过参数化建模和性能设计的方法实现，参数化建模可将结构模型的关键参数抽象化，并与设计目标和约束条件进行关联。通过调整参数数值，可实现结构的灵活性和可调节性。基于性能设计方法和结构分析、评估来量化设计目标，如最小重量、最小变形、最大刚度等，以确定最优解。另外，结构优化设计方法可应用启发式算法和优化算法，如遗传算法等，多次迭代后，计算得到最优解。此优化算法可基于 BIM 模型中的几何和约束信息进行优化，实现结构的最优设计[2]。

2.3优化设计流程

施工图设计是建筑结构设计中最重要的阶段，直接决定着最终的设计和施工质量。施工图设计主要包括结构布置、构件尺寸、工艺做法、材料选用等方面，需要提供图纸目录、设计说明、结构施工图纸等资料，为后续工作提供依据。在BIM技术的支持下，许多结构设计工作都会前置，大大降低了施工图设计阶段的压力，减少了施工图设计的工作量。同样，在进入施工图设计阶段，相关专业要相互提交初步设计模型，结合施工现场的地质条件、风荷载、雪荷载、地震动参数等主要技术指标，进行结构施工图设计建模，展开施工图结构计算分析。充分关注设计过程中其他专业模型的变动情况，实现结构构件位置尺寸以及预留预埋的精确设计，利用结构分析软件进行计算分析，根据分析结果实施优化调整，调整完成后进行结构模型校审，汇总其他专业模型开展施工图协调设计。最后，还要根据BIM结构施工模型生成部分二维施工图纸，对复杂节点进行深化设计，所有模型和图纸经审核合格后交付使用。

2.4统一数据标准

实施工业基础类（IFC）等全行业标准可以大幅提高不同 BIM 软件平台之间的互操作性。IFC 是一种中立、开放的标准数据模型，可促进各相关者之间的无缝信息交换。通过采用 IFC 作为通用数据格式，项目参与方可以确保他们的模型兼容且易于集成，从而减少数据转换的需要以及相关信息丢失或不准确的风险，这种标准化不仅能改善协作，还能简化项目工作流程，从而提高效率，降低成本。

与此同时，建筑行业可以实施全面的数据协议，这些协议应为整个项目生命周期的数据创建、管理和交换勾勒出清晰的指导方针。通过建立一个通用数据环境（CDE），让所有相关者都能实时访问项目信息，以此保持数据的完整性。CDE 应受定义明确的协议管理，这些协议规定了不同项目阶段所需的详细程度（LOD）、数据命名约定以及数据验证和质量控制程序。通过遵守这些规程，项目团队可以最大限度地减少差异，并确保所有数据都是准确的，同时可供所有相关人员使用。

2.5碰撞检查

对场布方案进行多次模拟，利用 BIM 技术优化空间布局，合理利用场地资源，可视化调整方案，提高场地可用空间利用率，确保方案的科学性、经济性、可行性。通常情况下，在实际进行建筑结构设计的过程中，其过程较为烦琐，如果在设计过程中出现疏忽，很容易造成管道之间的碰撞，且设计人员之间缺乏有效的沟通，这也为后期的安装带来了一定的难度。针对这一情况，可以积极利用 BIM 技术对管道进行检查，检查其是否存在管线碰撞情况，而且对其进行检查可以在很大程度上提升管线设计的合理性，也可以在一定程度上保证安装质量和效率，提升企业的经济效益。 BIM 技术的应用对于不同模型的设计而言可以进行整合，使其成为一个完整的模型，并利用计算机分析工具对电气、 水暖、 通风的管道碰撞类型进行分析，并明确各管道的位置[3]。

2.6图纸绘制

现阶段，主要建模软件还不能满足平法图纸绘制要求，所以，需要进行一定的转换，实现BIM建模与平法图纸绘制的高效衔接。钢筋信息是平法标注的核心要点，而BIM结构模型中已经包含了钢筋信息，如果能够将基于平法理念的抽象化信息与BIM数据化信息协调统一，就能够实现BIM模型与平法图纸的转换。利用BIM软件，将平法的标注文本和注释符号与BIM结构模型建立联系，就能够达到输出平法施工图纸的目的。

结语：综上，当前在科学技术以及信息技术的支持下，BIM 技术也日渐成熟，并被应用在多个领域和行业中，特别是建筑结构设计，其可以更为直观地展现建筑结构的实际情况，同时也使得设计方案更加清晰可见，方便后续施工建设的进行，且 BIM 技术的应用保证了效果图的清晰性，实现对实现了可视化管理的目的。

参考文献：

[1] 封小艳，顾子臣.BIM技术在建筑结构设计中的合理应用研究[J]. 中华建设，2023，（06）：98-100.

[2] 姜建发，王碧云. 建筑结构设计中 BIM 技术的应用探析[J]. 城市建设理论研究 （ 电子版 ），2023，（15）：79-81.