（中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都610041）
摘要：建筑信息模型即BIM（Building Information Modeling）技术，是建筑业同信息技术有效结合的产物，该技术在应用过程中，通过对建筑工程相关设计环节及技术内容的参数进行整合，构建起相应的建筑模型，因此BIM技术在建筑结构设计方面得到了广泛的应用。天全体育馆项目在设计过程中探索性运用BIM技术使建筑结构协同设计取得了一些进展。
关键词：BIM 技术；建筑结构设计；应用
前言
BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。
1 BIM技术在建筑结构设计中的具体应用方式
1.1应用于建筑结构与场地分析
建筑结构设计的合理与否并不仅仅体现于建筑工程本身，还与建筑工程所处的场地有着密切联系，场地的地质环境、水文状况等都会给建筑结构的设计产生诸多方面的影响。而通过BIM技术与地理信息系统的结合，可以对建筑工程的场地进行全面模拟，并在模拟的环境中拟建建筑工程的模型，这样就可以对建筑场地的特点、条件等作出全方位的分析，选择最佳的建筑物建设地点，使建筑结构与其所处的场地适应性达到最佳，从而保证建筑结构设计的合理性。
1.2应用于建筑结构性能分析
建筑结构设计并不是对建筑各个部分简单的排列，还需要使各个部分有机组合起来，形成一个彼此支撑的整体，确保整个建筑结构的抗震性、牢固性等达到相应标准，这就需要对建筑结构的性能进行分析。在传统的建筑结构性能分析中，需要花费大量的人力、时间，利用各种计算公式来完成这个分析过程，且分析的结果比较容易存在误差，给建筑结构性能的可靠造成影响。而在BIM技术中，可以设计相应的性能分析软件，将BIM模型的相关数据导入软件之中，就可以快速、准确地完成整个分析过程，并根据分析的结果来发现和改正设计中存在的不足，提高建筑结构设计质量。
1.3应用于建筑结构的协同
在BIM模型中，建筑工程的数据是不断进行交流和共享的，这主要包括两个方面：（1）通过借助中心数据文件，完成异地不同设计软件进行模型设计时需要的相应数据和信息；（2）通过设置中心数据库，实现不同专业之间的数据传递和共享，将与建筑工程相关的水暖电、结构、装饰等各种专业的内容有机地结合起来，利用统一的处理平台来对信息进行规范处理，实现系统内部信息流的畅通。在这种数据交流和共享的基础上，保证了建筑结构设计充分顾及了与建筑有关的各方面内容，避免了某一点、某一参数疏漏导致的结构不完善问题，对于建筑结构设计的质量有着重要作用。
1.4应用于钢结构的建模
在现阶段，随着建筑工程的不断发展，大跨度、大空间成为建筑工程发展的重要趋势，钢结构的应用也越来越加广泛。在钢结构建筑物中，由于钢结构是通过杆件连接来实现的。在连接方式上，有刚接、铰接等多种，结构的连接和加强件布置十分繁多，给建筑钢结构的设计带来了难度。利用BIM 技术，可以通过对钢结构梁高度的计算，对所有连接件进行专门的设计，并对连接件进行参数化处理。应用BIM技术的参数共享功能，即可以完成对钢结构中螺栓等连接件数量和间距的控制，在需要构建新连接件时，设计人员只需要调整相应的参数即可完成；对于加强件，设计人员可以通过BIM技术绘制出相应的大样图，在钢结构施工中，技术人员只需要参考相应的设计位置，就可以确定加强件的部位，避免了钢结构中薄弱环节的存在。因此，在建筑钢结构设计中应用BIM技术，可以确保连接件和加强件位置的准确，保证钢结构连接的牢固、可靠，确保钢结构设计的质量和水平。
2 BIM技术在建筑结构设计中的应用
2.1工程实例
天全体育馆工程位于四川省雅安市天全县托普广场内，地处向阳大道和向阳路交汇处。整个用地区域内在体育馆建设中经过平整，地势较为简单、平坦。抗震设防烈度7度（0.15g），设计地震分组第二组，建筑场地类别II类。建筑高度约24m，地下1层，地上3层。整个项目建筑面积为14302m2，其中体育馆13484m2。主体混凝土结构采用含屈曲约束支撑（BRB）的框架结构，屋盖采用索穹顶体系。
体育馆±0.000标高层为主要功能房间，包括贵宾的接待与休息。两套运动员休息淋浴房间，裁判功能房间，医务室，活动室，器材库及竞赛管理用房，并且设有媒体中心及新闻发布厅。5.700标高层为观众室外休息区、附属用房和贵宾包厢层，有33座个贵宾座席，8个无障碍席位。10.400标高层为空调及显示屏设备机房，观众休息平台等功能房间。16.200标高层为评论员席，声灯控机房和摄影机位。体育馆看台为局部两层，总共约2740座。
2.2项目实施
项目初期制定项目计划，包括模型的深度、模型可用于完成的深度、所需软件和分配的设计人员。模型深度按西南院BIM设计技术标准（试行）执行。模型的后期应用暂拟如下几项：管线综合、4D施工模拟、建筑性能化分析、运营中的应用研究等，进行的深度根据项目实际时间决定。
（1）两轮管线综合一：利用Navisworks碰撞检测功能分别检测设备与土建、设备与设备之间的碰撞。二：利用Navisworks漫游功能，人工筛选上述过程中检测到的碰撞，并制作碰撞报告，提供给设计人员进行修改优化。
碰撞报告看台后部分空间较狭小，建筑功能为主要疏散通道，是本次管线综合的重点区域。管线综合效果展示
（3）体育场馆类建筑对消防疏散有着严格的要求。按照建筑规范规定，体育馆满座的情况下，观众应在3分钟之内疏散完成。为满足这一限制条件，建筑专业从BIM模型中提取楼板及房间分区信息，导入疏散分析专业软件，按照SFEP疏散模式对观众流线进行分析，调整通道位置及通道大小，以满足规范要求。
该场馆流线包括：
a.观众流线：行至±0.000标高经大台阶到达5.700标高层观众休息厅，直接通过猫洞进入看台区，或通过楼梯进入10.400标高观众休息平台再穿过猫洞进入二层看台。
b.贵宾流线：从体育馆±0.000标高贵宾入口进入贵宾门厅，通过电梯或楼梯上行至6.600标高层进入贵宾区，再进入贵宾看台。
c.赛事流线：
运动员流线：从体育馆东北面进入±0.000标高层运动员区，可从运动员休息室直接进入场内。
裁判流线：从体育馆西北面进入±0.000标高层裁判员区。
组委会流线：从体育馆西南面进入±0.000标高层组委会办公区。
新闻媒体流线：从体育馆西南面进入±0.000标高层新闻媒体中心。
体育馆办公区流线：从体育馆西面进入±0.000标高层体育管理办公区。
（4）在体育馆的设计中，钢结构索穹顶屋盖下方出了灯桥马道之外，没有设置其他设备（例如空调风管）或者吊顶。根据这个特点，采用光导照明，来提供体育馆内场的日间日常照明。光导照明又叫管道式日光照明，英文Tube Daylight Device（简称TDD），或者日光照明、光导桶、导光桶等。室外自然光透过采光罩进入系统内部，然后经过光导管高校传输到管道底部，再由高透光高扩散的漫射器将自然光均匀照射到室内需要光线的任何地方。从黎明到黄昏，甚至是雨天或阴天，光导照明系统导入室内的光线仍然十分充足。而天全体育馆的屋盖下方没有额外构建或者吊顶遮挡，正是设置光导照明系统的有利条件。
天全体育馆属于空间复杂的公共建筑。项目中BIM的应用不但能有效的表达设备管线之间的复杂关系，还能够直观的将管线在复杂空间中的走向表达出来并辅助施工。图示为体育馆三层，观众看台下的静压箱、风管。此处空间形态复杂，风管与静压箱之间的空间关系难以在二维图纸中表达，而通过BIM的应用，使得我们在设计阶段就可以直观的了解设备管线在空间中的形态。
3 BIM技术在建筑机构设计中的难点
建筑结构设计工作在运用BIM系统中需要将模型发送到分析软件，结构分析软件利用算法来将建筑结构的设计信息反馈出来，并根据用户指令来形成动态的施工图与结构模型，所以设计人员在使用BIM技术中要考虑模型空间的整体真实性，并要对BIM系统的物理模型能否自动生成施工图纸等方面进行充分考虑。建筑结构的安全性是设计工作中设计人员要充分考虑的因素，但是由于建筑施工材料自身力学特征、荷载组合、荷载以及单元截面特性等多种因素会对结构性能产生影响，所以设计人员在使用BIM模型进行分析过程中往往需要面对各项复杂参数。再者，BIM模型在本质上是物理模型、建筑结构分析模型以及施工图文档的完全数据模型，所以在建筑结构设计中只有采用完全符合标准或比较简单的结构构件，才能实现上述多种数据模型之间的双向无缝连接，如果建筑结构构件的整体设计没有达到相关规范要求，或建筑结构构件的高度复杂化会导致其在运行中丢失大量数据。因此，现代建筑结构设计中设计人员要高度关注这一问题，力求可以有效实现物理模型与结构分析模型之间的双向无缝连接。
4结语
综上所述，在经济不断增长的基础上，我国加快了城市建设的步伐，各种特殊、复杂的多高层建筑的出现，促使我国建筑结构技术得到提升。现阶段BIM技术的出现促使建筑结构协同设计取得了极大的进步，该技术的有效应用，促使建筑工程能够按照不同的数据实施，有效提高了工程效率，保证了工程完工时间，对于我国建筑的长期可持续发展具有重要意义。
参考文献：
[1]张顺宇．BIM技术在建筑改造结构设计中的应用初探[J]．中国勘察设计，2014（11）
[2]田雪晶，于劲．BIM技术在建筑结构产业化住宅设计中的应用[J]．工程建设与设计，2014（05）
论文作者:齐奇
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年11月下
论文发表时间:2016/9/20
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