建筑韧性理论与BIM 技术体系研究的应用赋能

一、引言

韧性这一概念起源于拉丁语，其含义是恢复到初始状态的能力。它评估的是一个系统在遭受干扰或打击时，保持稳定状态和在性能范围内承受风险的能力，同时也展示了系统在经历外部或内部冲击后自我调整和恢复的能力。最近几年，韧性理论在城市规划、交通管理、生态保护以及工程安全系统中的防灾减灾方面得到了广泛的应用。将韧性理论与安全科学理论相结合，研究安全韧性能够增强系统面对风险时的稳定性和安全恢复能力。目前，韧性理论在建筑工程领域的研究还不够充分，而建筑工程安全管理系统是复杂且多变的。一旦发生事故导致系统稳定性受损，后果将非常严重。因此，韧性理论作为一种针对复杂动态系统的健康与安全管理方法，为建筑工程施工安全管理系统的事前预防和自适应调整恢复能力提供了新的研究视角和支撑。

近年来，全球自然灾害发生频率显著上升，据联合国减灾署数据显示，2020-2024 年间，全球因地震、洪水、台风等灾害导致的建筑损毁经济损失累计超过 8000 亿美元。与此同时，城市化进程的加速使得建筑功能复杂性与社会依赖性不断增强，传统建筑设计仅关注“安全”与“适用”的标准，已难以满足建筑在极端事件和长期环境变化下持续运行的需求。建筑韧性理论应运而生，其核心在于提升建筑系统在扰动下的“抵抗 - 恢复 - 适应”能力，成为实现建筑可持续发展的重要方向 [1]。

当前，建筑韧性理论在实践中面临诸多挑战。一方面，韧性指标缺乏统一量化标准，难以融入传统设计流程；另一方面，建筑全生命周期各阶段信息割裂，导致韧性策略在实施过程中难以有效落实。BIM 技术以其数字化、参数化及协同化特性，为建筑韧性理论的落地提供了技术支撑。通过建立包含韧性属性的信息模型，可实现从设计到运维的韧性目标贯穿。本研究旨在探索两者的融合路径，为高韧性建筑的实践提供理论指导与技术解决方案，推动建筑行业向更安全、更可持续的方向发展。

二、建筑韧性理论与BIM 技术体系的理论基础

（一）建筑韧性理论的核心内涵

建筑韧性指建筑系统在遭受扰动时，保持结构安全、功能可恢复及环境适应的能力，主要包括三个维度：

1、抵抗韧性，强调结构与系统在灾害中的抗破坏能力。在地震多发地区，通过设置隔震层、消能减震装置等措施，降低地震作用对建筑结构的影响；在沿海地区，采用抗风等级高的门窗及屋面构造，抵御台风侵袭[2]。

2、恢复韧性，关注灾后功能与环境的快速修复能力。可拆卸构造、模块化系统等设计可减少灾后修复时间与成本。例如，模块化建筑的预制构件可在工厂快速生产，灾后直接替换受损部分，大幅缩短重建周期[3]。

3、适应韧性，侧重于对长期环境变化的动态调整能力。可拓展空间、设备升级预留等设计，使建筑能够适应功能转变与技术迭代。

（二）BIM 技术体系的技术特征

1、全生命周期信息集成

BIM 模型实现建筑几何、材料、性能等数据的全周期传递。在设计阶段，建筑师可使用Revit 创建三维模型；施工阶段，工程师通过碰撞检测与施工模拟；运维阶段，物业管理人员借集成设备运行数据，实现建筑全生命周期的信息无缝衔接。

2、三维可视化与模拟分析

BIM 技术支持多领域模拟分析，包括结构力学分析、能耗模拟、灾害模拟及应急疏散模拟。通过可视化模拟，设计师可直观评估设计方案的性能，提前发现潜在问题并优化设计。

三、BIM 技术对建筑韧性理论的应用赋能路径

（一）设计阶段：韧性指标的数字化转译与优化

建立包含韧性属性的 BIM 族库是实现韧性设计的基础。例如，在抗震设计中，设计师可创建包含抗震节点、消能减震装置等特殊构件的族库，通过参数化设计调整构件尺寸、材料属性，实时计算结构的抗震性能指标。以某高层住宅项目为例，利用 Revit 建立“韧性结构模型”，结合 ETABS 进行地震动力响应分析，通过调整连梁刚度与消能器布置，将结构层间位移角控制在规范限值内，显著提升建筑抗震韧性[3]。

（二）施工阶段：韧性目标的过程管控与风险预警

BIM 技术在预制装配建筑中发挥关键作用。通过 BIM 模型指导预制构件生产，可确保韧性构造（如模块化避难间、可拆卸连接节点）的精度。采用BIM+RFID 技术追踪预制构件的生产、运输与安装过程，通过扫描构件上的RFID 标签，将安装信息实时反馈至BIM 模型，避免施工偏差影响建筑抗灾性能。

四、建筑韧性可靠度评价

（一）可靠度评价的意义

可靠度评价用于评估建筑在规定条件下和规定时间内，完成预定功能的概率。考虑到建筑所面临的灾害具有不确定性，以及建筑结构和材料性能等也存在变异性，通过可靠度评价可以更科学地评估建筑韧性的可靠性，为建筑的设计、维护和管理提供决策依据。可靠度评价能够量化建筑韧性的可靠程度，帮助决策者在建筑全生命周期中合理分配资源，提高建筑抵御灾害的能力。

（二）评价方法

通过随机抽样的方式，模拟大量的灾害场景和建筑响应情况，统计分析建筑韧性指标的概率分布。在城市安全韧性定量分析中，可通过蒙特卡罗方法对包含多个子系统的虚拟城市模型进行分析。蒙特卡罗模拟能够更全面地覆盖各种可能的灾害场景和建筑响应，为复杂系统的韧性评估提供有力手段，尤其适用于城市级别的大规模建筑群体韧性分析。

五、结论

本研究构建了建筑韧性理论与技术体系，从基础概念入手，深入分析了韧性监测、计算及可靠度评价方法，并结合建筑信息模型（BIM）技术，为提升建筑韧性提供了全方位的解决方案。建筑韧性监测为建筑状态的了解提供了数据支撑，韧性计算对建筑性能进行了量化分析，而可靠度评价则对建筑韧性的可靠性进行了科学的评估。BIM 技术在设计优化、信息管理、实时模拟等方面进一步增强了建筑韧性。展望未来，随着相关技术的持续发展与完善，建筑韧性研究将不断深化，预期将在保障建筑安全、促进社会可持续发展方面发挥更为重要的作用。在后续研究中，建议进一步探索多技术融合的创新应用，以及建筑韧性在不同建筑类型和地域环境中的适应性研究。

参考文献：

[1] 汤光锴， 杨永强， 姜涛等. 碰撞效应对学校建筑抗震韧性的影响[J]. 世界地震工程 ， 2025， 41（2）：114-124.

[2] 李海凌 ， 刘睿玲 ， 张怀 . 基于 PSR+ 云模型的室内地震应急避难场所的韧性评估 [J]. 地震工程学报 ， 2025， 47（1）：143-151.

[3] 刘福禄， 辛力， 岳焱超等. 非结构构件抗震韧性技术研究综述[J]. 山西建筑 ， 2025， 51（4）：54-58.