探析建筑结构设计中 BIM 技术的应用

目前，建筑业持续发展，建筑结构设计变得复杂和细致要求越来越高。传统设计方法在面对大规模、复杂建筑项目时，逐渐暴露出效率低下、协同困难、信息传递不畅等问题。BIM 技术的出现给建筑结构设计带来了新机会。这种技术用数字模型把整个建筑项目所有阶段信息结合在一起，让设计、施工和运营维护等环节协作的更加高效，提高建筑结构设计的质量和效率。因此，深入研究 BIM 技术在建筑结构设计里的应用，对推进建筑行业转型成数字化具有重要的现实意义。

一、BIM 技术概述

1.1 概念

BIM 技术（建筑信息模型技术）属于一种数字化的建筑设计和管理手段。通过建立三维的数据模型，把建筑工程的几何图形、空间结构、材料性质各种信息都放在里面，给项目各方提供一个可以一起工作的平台。在建筑结构设计里，BIM 技术可以完整又直观地展示结构系统，让设计师、工程师和施工方都能用同一个模型来交流合作，减少了因信息不一致带来的设计错误和施工问题。

1.2 特点

传统建筑结构的设计通常是二维图纸的形式，比较抽象难以理解，不同的人可能在图纸的理解上有差异。BIM 技术可以把二维图纸转成三维的可视化模型，这样建筑的各个部件、空间布局都能看清楚。设计师能直接看到设计方案，及时发现哪里有问题然后调整；业主也能通过这个可视化模型更明白设计师的想法，给出合适的意见。比如，在复杂建筑结构设计时，可视化模型能清楚显示各个结构部件连接情况，这样设计师就可以改进设计。BIM 模型里的构件都是参数控制，当设计师改动某个部件的参数如尺寸、材料等，相关联的其他部件和整个模型就会自己跟着变。这种参数化的设计方式让设计效率提高很多，不同于传统设计改动一个地方就要重新画很多图纸。以建筑里的梁举例，当调整梁的截面尺寸时，连接的柱子和楼板会根据设定好的参数自己调整，这样模型的整体性就不会破坏。建筑项目有很多专业领域参与，传统设计方式下不同专业之间协作困难，容易导致设计冲突的问题。BIM 技术提供了一个可以协作的平台，各专业设计师能在同一个模型上做设计、修改和交流。结构设计师的改动能马上让建筑、给排水、电气等专业的设计师看到，方便他们及时调整自己专业的设计，这样各个专业之间就不会出现冲突，提升设计质量和效率。

二、BIM 技术在建筑结构设计中的应用

2.1 设计前期阶段

在建筑项目设计前期，需要对场地的地形、地质情况、气候等方面做详细分析。现在用 BIM 技术和地理信息系统（GIS）结合应用后，可以建立三维的场地模型，这样就能清楚的看到场地的地形特征还有周围的环境信息。设计师根据模型就能开始进行场地平整、建筑布局等初步方案，分析不同方案对场地的的适应性，最后挑出最优方案。概念设计环节，设计师可以用 BIM 技术快速把建筑的大概样子建出来，确定楼的基本形状和结构类型。因为 BIM 模型能直接看到并且有参数化设计功能，设计师很快就能做出好多不同方案来比较。通过改模型里结构类型、部件大小等参数，马上就能看到方案变化效果，这样就能选出最合适的方案。以前老办法做设计的时候算成本都是靠人工计算和个人经验，这样出来的数据经常不准。现在 BIM 模型里有各种详细的数据比如部件尺寸、材料类型和用量这些信息，用专门软件很快就能算出成本。设计师在方案修改时就能马上知道不同方案需要的成本，方便领导做决定，更好的控制预算。

2.2 设计深化阶段

结构建模是建筑结构设计里面最关键的部分。利用 BIM 技术，结构工程师可以建出准确的三维建筑结构模型，如梁、柱子、楼板以及基础等部分。在建立模型的时候，可以设定好构件的尺寸、材料、连接方法等参数，让模型能表达出设计想法。而且 BIM 模型还能和结构分析软件交换数据，把模型导入到专门的分析软件里做力学分析，比如算受力情况和抗震能力，然后根据分析出来的数据进行修改完善，保证结构的可靠性和安全性。在建筑结构设计过程中，不同专业之间的管线、构件经常会有碰撞的情况出现。以前的设计方法很难在设计的时候完全发现这些问题，结果施工时候总是返工，这样既增加成本又耽误时间。BIM 技术的碰撞检查功能可以把建筑结构模型和建筑还有给排水、电气等其他专业的模型合并在一起，检查不同专业之间哪里有碰撞。通过生成的碰撞报告，设计师就能清楚看到碰撞类型，然后修改设计方案，避免施工时出现碰撞问题，提高施工速度，保证整体质量。

2.3 施工阶段

应用 BIM 技术做施工模拟，能够直观的展示施工中的各个步骤，比如施工顺序、施工办法、物资安排等。通过模拟施工，让工人提前了解流程，提前发现可能会遇到的问题，比如施工空间不足、施工顺序不合理等，提前制定解决办法，防止出错耽误工期。同时，施工模拟还可以为施工进度管理提供支持，通过与进度计划相结合，实时监控施工进度，及时调整施工安排。建筑工业化发展快速，预制件在建筑里用得越来越多。BIM 技术可以支持预制件的生产安装。生产时根据 BIM 模型给的数据，如大小尺寸、钢筋布置、预埋件位置等信息，做预制件的进一步设计和生产加工。安装时用BIM 模型来确定位置指导安装，提高安装精度与效率，减少工人现场工作时间。在施工现场，施工人员可以通过移动设备访问 BIM 模型，从而获取建筑结构的相关信息，比如构件位置、尺寸、施工要求等等。帮助工人更好地理解设计师的想法，依照图纸要求施工。工地管理人员还能用BIM 模型检查质量安全等问题，把实际施工情况和模型做比对，及时发现问题进行整改，保证建筑质量与施工安全。

结论

BIM 技术作为建筑行业转向数字化的一个重要工具，在结构设计方面有很多优势。它用三维可视和参数协同的方法，提高设计的质量和效率，减少成本。不过用 BIM 技术的时候也有很多困难。为了让 BIM 的优点更多体现出来，建筑行业应该多开发技术，解决软件兼容、数据安全等技术难题。加强人员培训，提高设计人员的专业技能与团队协作意识；建立统一的标准与规范，优化项目管理模式。未来，BIM 技术会和新技术紧密结合，深化在整个生命周期里的应用，并朝着标准化与国际化方向发展。

参考文献：

[1] 于颖颖.BIM 可视化技术在高层住宅建筑结构设计中的应用[J]. 居舍，2025（8）：125-156.

[2] 索耀， 孙旭杰.BIM 技术在建筑结构设计中的应用研究[J]. 散装水泥，2024（2）：68-70.