广西城乡规划设计院 广西南宁 530022
摘要：本文通过对BIM技术特征作简要分析，针对目前BIM技术应用的优势和存在的问题，探讨计算机辅助建筑结构设计的方法，指出设计人员如何使用BIM技术提升自身工作可靠性与有效性，以应对复杂多变的客户需求及保证设计质量的措施。
关键词：BIM技术；建筑结构设计；应用措施
随着信息技术的高速发展，当今世界已迈进互联网时代。古老而传统的建筑行业也随之不断创新，开始了CAD时代之后的又一次重大变革。以“大数据”为标志，大融合、BIM技术、云计算三大科技手段正在促进工程建设领域快速发展，并产生质的飞跃，也为建筑业的改革发展带来革命性、方向性的变化。其中，BIM技术随着相关政策的相继出台，无疑站上了建设行业的风口浪尖。建筑结构设计人员应以BIM为主线，掌握BIM技术提高设计质量。
一、BIM的含义及技术特征
1、BIM的含义
建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）是工程项目物理和功能特性的数字化表达，也是工程项目有关信息的共享知识资源。BIM的作用是使工程项目信息在规划、设计、施工和运营维护全过程充分共享、无损传递，使工程技术和管理人员能够对各种建筑信息做出高效、正确的理解和应对，为多方参与的协同工作提供坚实基础，并为建设项目从概念到拆除全生命周期中各参与方的决策提供可靠依据。[1]
BIM的提出和发展，对建筑业的科技进步产生了重大影响。应用BIM技术，可望大幅度提高建筑工程的集成化程度，促进建筑业生产方式的转变，提高投资、设计、施工乃至整个工程生命期的质量和效率，提升科学决策和管理水平。对于设计，支撑绿色建筑设计、强化设计协调、减少因“错、缺、漏、碰”导致的设计变更，促进设计效率和设计质量的提升。[1]
2、建筑结构设计中BIM技术应用的特征
2.1 可视化特点。使用BIM技术可以利用计算机系统等建设三维模型，可直观分析建筑结构，在信息数据分享与演示的情况下，更好地展示建筑结构的设计细节。
2.2 协调性特点。在建筑结构设计的过程中，BIM技术的应用有利于明确内部管理标准，简化工作流程，创新工作形式，有利于协调建筑工程结构设计不同部门与不同工作人员之间的关系，提升管理工作效果。
2.3 信息集成特点。使用BIM技术在整体工程中建立相关信息模型，对不同专业的信息进行集成，创建统一的平台开展设计工作，如各阶段或各专业的数据信息有变更，则不需要在设计图纸中修改，只需要对相应数据信息进行改动，通过BIM系统自动完成相关工作，反映到相关专业设计中。
2.4 协同设计特点。对于专业之间的协同，相信没有其他技术能比BIM做得更好，这主要是因为BIM技术提供了专门的设计平台，并保证各方面信息传递与共享效果，设计者可以在平台中开展各方面的交流活动，提升协同工作效果。
2.5 工作传递特点。BIM技术可使建筑过程的每一段信息都能有效的传递到下一个工作流，甚至下一个项目，实现技术的积累和传承，同时使每一个人都是可替代的，更大程度地削减人为因素造成的失误。
二、建筑结构设计中的BIM技术应用体现
2.1 BIM技术应用的优势
与传统CAD时代相比，在建设项目设计阶段存在的诸如2D图纸冗繁、错误率高、变更频繁、协作沟通困难等缺点都将被BIM所解决，BIM所带来的价值优势是巨大的。
（1）建筑模型可视化。传统的建筑设计主要是通过CAD绘图。CAD最终呈现出的是平面的建筑图像，因此结构工程师很难发现建筑在各个构件连接处存在的问题，尤其是复杂结构，其异形结构多，建造空间有限，立体交叉施工多，这将给后期施工带来巨大的麻烦。而BIM技术使用3D型能够将CAD的图像具象化，准确地反映了结构空间布置，在项目方案过程中的任何阶段可根据需要迅速产生各种角度的视图，使设计人员能够清楚地观察建筑的结构构件之间的关系，及时地发现建筑设计中存在的问题，并作出相应的调整。所以，可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及施工图的生成，更重要的是，项目方案设计、施工图设计、施工过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行，这将大大地提高建筑设计的效率及质量。
（2）协同设计。与二维协同设计方式相比，在BIM环境下的协同设计增强了信息的传递和共享，将项目全生命周期中的所有涉及的信息都整合到同一平台上，实现了不同专业以及上下游企业在同一个模型中工作，减少甚至避免了因设计、施工人员缺乏协同工作所导致的设计变更和工程返工。设计单位通过应用BIM技术进行虚拟建造，在设计阶段就可以与业主、总包、分包等参与方一起参与到项目中，共同对设计进行改进，并共同分享项目信息和协同项目进程，从而实现建筑设计的高效率和高质量，有效降低工程造价，达到优化设计的目的。目前，装配式建筑与BIM技术的相结合在协同设计这方面取得了很好的成效。
（3）碰撞检测。传统施工中的碰撞问题，只能通过各专业协调依次进行，人工参与程度高，需要多次反复协调，对人员的专业技能要求也高。而基于BIM模型的碰撞检查，通过全专业的模型复核，提前发现图纸中的错漏碰问题，以文本碰撞报告+三维路径漫游的形式呈现，直观可见。然后根据结果修改模型，实现管线综合“零碰撞”。
（4）深化节点设计。基于BIM技术深化设计，可直观展示复杂节点的空间位置关系和不规则形体信息，包括基础模型、效果展示、工艺搭接等，即使不是专业人士，也能对复杂节点图纸信息一目了然，而且BIM模型都带有真实信息，也能够通过模型进行数据分析，提高了复杂节点和方案的技术交底问题发现率和整体效率，从而保证深化设计的准确性和可靠性。随着异形建筑、超高层建筑、复杂工程等建筑物的兴起，异形设计工程图表达与施工、复杂且狭窄空间下的管线排布及预留洞口设置等难题，将由BIM技术迎刃而解。
（5）3D施工图。BIM技术便利的剖切轴测功能，可以使平面表示法的内容多环节和多角度展示，BIM模型能够更加轻松的提取出关键数据和核心信息以满足施工时间和放样需求，提供了对3D模型的布局结构分层出图功能，使得3D施工图可以顺畅的转化为施工平面图，并且使得实际的施工进度与效果能够与BIM技术下的设计参数形成有效的互动，指导施工现场，消除对图纸的误解，控制材料成本，减少施工中的浪费，提高了系统的应用效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2 BIM技术应用存在的问题
当前我国针对BIM技术的应用还处于初级的探索阶段，还没有形成完善的标准体系。BIM归根结底是一种理念，再是一种管理模式，最后才是一项技术。但当前一些建筑结构设计人员盲从于对软件的学习，究其原因是没有领会BIM的真正要义，以致在BIM技术应用中还存在一些问题：
（1）设计人员在使用BIM技术期间，没有合理开展数据模型的管理工作，未能根据实际要求与特点等对结构进行全面的设计。同时，在建立相关物理模型的过程中，不能对结构进行简化处理，难以明确与统一设计标准，不能保证各方面工作内容的合理性与可靠性，严重影响技术的使用水平[1]。
（2）BIM技术传递的过程中，BIM相关方面的规范以及计算机操作软件的协调性之间具有衔接性不足的问题。比如模型建立与传统建筑设计内容之间具有差异性，并且BIM各方的修改权限所引发的质量问题等等。BIM 塑模工具与结构分析软件间之信息抛转还不是很标准及完善，BIM信息的传递有效性和及时性有待进一步提高，尤其是将分析完成后之信息回馈到BIM模型中以利后续应用方面[2]。
（3）在混凝土结构施工图中，配筋信息占据相当重要的地位，而在BIM现行版本中各实体构件的属性中，并不包含构件配筋信息的内容，这就需要结构工程师在后期模型处理时将这些信息添加进去，这种做法虽然能够实际表达模型的配筋信息，但是大大增加了模型的复杂性，提高了设计的硬件要求，同时会增加设计者建模工作量，延长设计时间，这对于现阶段的结构设计来说是不现实的[3]。
三、基于BIM技术的建筑结构设计方式探寻
在建筑结构设计的过程中，建筑结构设计与BIM技术二者之间有机结合已经成为当前建筑工程设计中重要的发展方向。然而，在建筑结构专业设计的过程中，各大设计院都或多或少的存在困难或问题。因此，很多设计院的BIM设计还停留在翻模以及辅助设计，真正实现全专业使用BIM设计来完成生产任务的设计院很少。因此，设计人员在BIM技术平台上探寻适合自身需要的建筑结构设计方式，是目前亟需解决的关键问题[4]。
3.1合理应用三维可视化设计技术
建筑结构设计人员在应用BIM技术开展设计时，应合理使用三维可视化技术，联合传统的CAD设计方式，展现建筑结构平面图、立面图与剖面图，更好的表达设计成果。并借助动态可视化技术来动态展现建筑中各个结构的实际物理变化和力学特性，从而可以制定一个科学、完善的建筑结构设计方案。同时，相关设计人员要全面分析实际工作特点与要求，对各类信息进行合理的分析，发挥三维可视化的功能，创新思维方式，提升数据信息整合效果，保证设计工作水平[5]。
3.2建立完善的步骤管理体系
设计人员在使用BIM技术的过程中，应制定动态更新的管理体系，对其使用步骤进行全面的分析，尤其在构建相关模型之后，利用计算机软件方式合理地反馈数据信息，核算出准确的结果。在信息反馈的过程中，统一管理相关数据信息，创建专业化的管理机制，保证建筑结构设计信息的准确性与可靠性。在编制建筑设计规划的过程中，应明确BIM技术的使用渠道，对各类参数进行分析，使用量化建模的方式开展工作，摒弃传统建模方式与技术，改进相关工作内容，逐渐优化设计体系[6]。
3.3合理选择计算机软件
在使用BIM技术开展设计工作的过程中，相关部门要合理选择计算机软件，以便于提升设计工作水平。其一，在选择软件的过程中，需要其具备较强的兼容性和稳定性，能够承担各类数据信息的输出与储存，并使数据能够跨越不同的专业，在水暖、机电、结构、建筑等系统之间相互交换，提高分析模型与BIM物理模型互导的准确率。其二，在使用软件的过程中，要对其进行全面的分析，明确各方面工作之间的差异与要求，在对数据进行简化的情况下，明确数据格式，对其进行合理的存储，提升共享与流动效果。其三，开发提高BIM 技术应用的软件，提高工作效率。例如，开发可以与结构设计结果软件直接对接的BIM 技术，将钢筋3D可视化，准确钢筋尺寸和定位技术直接指导施工，对复杂配筋节点进行钢筋碰撞校对，如实际钢筋变更，可传递回结构模型复核受力分析[7]。
3.4 BIM的协同设计措施
设计阶段BIM模型的建立要充分考虑模型在建筑项目各阶段的应用，为项目模型的性能分析、经济分析、施工模拟、运营维护管理等阶段的应用提供信息，实现BIM模型的可持续化利用。为此建筑结构设计人员使用BIM技术开展协同设计工作的过程中，需搭建全新、高效的设计工作平台，在相关平台中，统一建筑结构设计原则与内容，明确各个阶段的建模行为，规范构建标准，根据职责要求与特点等，对相关内容进行合理的分析，对信息数据进行更新与修改，健全数据库系统，保持信息流通畅达，将建筑、设备、造价等信息逆向传递到结构设计中，促进设计者之间的信息沟通与交流。总之，随着BIM技术的应用，正确整合各专业信息，通过创建集成化的设计模型，实现建筑设计、结构、电气与给排水各专业间的数据传递，将不同专业设计师完成的三维模型所携带的信息更加方便的与其他专业团队进行共享，保证所有的参与方能够使用基于相同参数的建筑模型进行协同工作，真正落实BIM技术协同设计的价值。
五、结束语
未来建筑物的发展趋势是大型化、综合化、环保化，建筑设计发展将是数字化、信息化、集约化设计，多专业协同、一体化集成是大势所趋，未来结构设计尤其是复杂综合体的结构设计，将会越来越注重采用性能齐全的设计手段，来解决复杂的设计选型和专业协同的问题。基于BIM技术的优势与特点，随着BIM技术在结构设计应用中的不断成熟与完善，相信该技术在未来将会在结构设计中前景广阔。
参考文献：
[1]中建《建筑工程设计BIM应用指南》编委会，建筑工程设计BIM应用指南，中国建筑工业出版社，2014年10月
[2]彭宝莹，杨志杰，李娜等.浅析BIM技术在建筑结构设计中的应用[J].四川水泥，2015（5）：197-197.
[3]吴靖.BIM技术在建筑结构设计中的合理应用[J].江西建材，2015（22）：13-13.
[4]吴有伟，侯晶.BIM技术在建筑结构设计中的应用探索[J].中国房地产业，2016（2）：137.
[5]游子健.浅析BIM技术在建筑结构设计中的应用[J].江西建材，2016（22）：47.
[6]李斯吉.BIM技术在建筑结构设计中的合理应用[J].城市建设理论研究（电子版），2015（35）：3115-3115.
[7]李耀全.BIM技术在建筑结构设计中的应用探索[J].中国房地产业，2016（23）：73.
作者简介：覃玉坚（1971），女，广西南宁人，高级工程师，国家一级注册结构工程师，主要研究方向为建筑结构设计。
论文作者:覃玉坚
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第18期
论文发表时间:2018/1/30
标签：技术论文; 建筑论文; 结构设计论文; 模型论文; 信息论文; 过程中论文; 结构论文; 《建筑科技》2017年第18期论文;