史艾嘉 SHI Ai-jia；胡慶生 HU Qing-sheng

（①江蘇城鄉(xiāng)建設職業(yè)學院，常州 213147；②悉地（蘇州）勘察設計顧問有限公司，蘇州 215123）

0 引言

在以往的建筑結構設計過程當中，設計人員采用的設計方式通常是依靠CAD軟件進行二維化的設計，這就導致建筑結構的問題很難在設計過程當中發(fā)現(xiàn)，進而影響建筑結構的設計質(zhì)量。因此，只有借助更加優(yōu)秀的BIM技術對建筑結構進行設計、檢測與繪制，才能更好的保證建筑工程的整體質(zhì)量。

1 BIM技術概述

1.1 BIM技術定義

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的簡稱，是一種由Autodesk公司在2002年提出，并且在業(yè)界獲得了廣泛認可的工程設計建造管理數(shù)據(jù)化工具，通過將建筑的數(shù)據(jù)化信息化模型進行整合，就可以在建筑的設計、施工、運行直到建筑全壽命周期的終結的整個過程當中將建筑的各種信息使用三維模型數(shù)據(jù)庫進行表現(xiàn)、共享與傳遞，進而使建筑工程的設計人員、施工人員、運營單位與業(yè)主加強對建筑信息的了解，進而更好的實現(xiàn)工作的協(xié)同。

1.2 運用BIM技術進行建筑結構設計的優(yōu)勢

在建筑結構設計的過程當中，BIM可以以數(shù)字的形式將建筑結構的不同信息進行展現(xiàn)，不僅可以集成包含建筑使用材料、建筑使用性質(zhì)、建筑結構空間關系等多種信息，更能夠?qū)⒔ㄖO計過程當中的信息進行數(shù)字化與模型化，從而使建筑結構設計人員能夠更方便的進行資料的調(diào)閱；此外，BIM技術還能夠?qū)ㄖこ痰脑O計圖紙進行有效的可視化轉(zhuǎn)變。比如常見的CAD軟件生成的建筑構件的二維圖形，就可以借助BIM技術進行立體化呈現(xiàn)，從而使設計人員更好的進行建筑結構的設計與分析。

2 BIM技術在建筑結構設計中的作用

2.1 對建筑結構與場地進行分析

在建筑結構設計的過程當中，設計人員需要為建筑結構賦予多種實用的特點，比如穩(wěn)固性、安全性等，如果這些特點無法在設計中體現(xiàn)，就很可能在建筑工程施工與建筑投入使用后形成安全隱患。而借助BIM技術。設計人員就可以充分的在設計階段對建筑結構與建筑地點進行分析，并且進行模型的建立，隨后通過對建筑結構模型的模擬施工來進行建筑結構設計方案的調(diào)整，直到確定最佳的施工方案。

2.2 對建筑結構性能進行分析

在對建筑結構進行設計的過程當中，設計人員需要做的不僅是將建筑結構的框架進行排列，更需要在保證建筑結構美觀的同時使建筑結構有著良好的性能，而這也與建筑工程的質(zhì)量要求不謀而合。在以往的建筑結構設計當中，分析建筑結構的性能需要耗費大量的人力物力，而且受到分析人員主觀意識或注意力的影響，很可能導致結果存在偏差；而借助BIM技術，設計人員就可以充分的降低人力物力的消耗，避免誤差的出現(xiàn)，從而保障建筑結構的性能。

2.3 使用三維建模構建結構模型

在建筑結構設計的過程當中，BIM技術所提供的三維模型還能夠幫助設計人員對建筑結構的整體模型、部分模型與關聯(lián)性結構模型進行構建。對于設計人員而言，建筑結構將會直接影響到建筑工程的整體質(zhì)量，只有借助BIM技術將建筑結構進行可視化的構建，并對建筑結構的整體結構模型、部分結構模型與關聯(lián)性結構模型進行全面的分析與探討，才能更好的解決建筑結構的力學性能、成本、材料等方面的問題，從而保證建筑結構的質(zhì)量穩(wěn)定。

2.4 使建筑結構設計保持協(xié)調(diào)性

在建筑結構設計的過程當中，BIM技術的運用還能夠使建筑結構的設計過程保持足夠的協(xié)調(diào)性。在以往的建筑結構設計的過程當中，由于建筑結構設計這一工作牽涉到許多方面，因此往往需要多位不同專業(yè)領域的設計人員進行充分的設計與交流，而這就很容易在數(shù)據(jù)交流的過程當中出現(xiàn)信息混亂的問題；而借助BIM技術，設計人員可以通過統(tǒng)一的平臺開展建筑工程的設計工作，并且借助中性數(shù)據(jù)庫的存在避免設計者數(shù)據(jù)交流問題的產(chǎn)生，進而使建筑結構設計具有更好的協(xié)調(diào)性。

3 BIM技術在建筑結構設計中的應用難點

3.1 三維建模軟件與二維視圖的參數(shù)難以匹配

在使用BIM技術對建筑結構設計的過程當中，以BIM技術為基礎的3D工具軟件與以往的2D視圖創(chuàng)建技術之間有著非常大的參數(shù)與模塊參變量之間的差異，而這也成為了BIM技術在建筑結構設計當中的第一個應用難點。對于設計人員而言，即使是使用BIM技術對建筑結構進行三維設計，也需要注意在BIM三維軟件與2D視圖創(chuàng)建之間保持連貫，如果系統(tǒng)參數(shù)設計不正確，或2D工具與3D工具的參數(shù)不匹配，就很容易在設計中引發(fā)一連串的問題。

3.2 三維圖形難以達成特殊結構模塊的施工模擬

在對建筑結構進行設計的過程當中，設計人員有時需要設計一些特殊形式的建筑結構，而這就需要采用特定的模塊對這些結構進行設計。但在運用BIM技術進行建筑結構的設計過程當中，使用3D圖形與剖面視圖很難呈現(xiàn)出理想的設計效果，更不用說對建筑結構進行模擬施工，因此許多的設計人員在遇到這些特殊的建筑結構設計時會選擇改用2D工具進行繪圖設計，從而導致BIM難以對特殊結構模塊與2D設計方案進行讀取，進而降低施工模擬的質(zhì)量。

3.3 BIM技術的應用成本較高

在使用BIM技術進行建筑結構設計的過程當中，由于BIM這一技術的特殊性，導致建筑施工單位需要在這方面產(chǎn)生相當高的成本投入，除了需要購買對應的設備與引進相關技術之外，建筑施工單位還需要對設計人員進行BIM技術方面的培訓，進而導致建筑設計的成本大幅提升。此外，在BIM設備使用的過程當中，對設備的升級更新以及設備故障的修理都屬于額外的支出項，而這就導致BIM技術應用成本成為了影響B(tài)IM建筑結構設計的主要問題之一。

4 工程實例應用分析

本工程以常州市疾病預防控制中心檢驗檢測大樓（1號樓與2號樓）項目為依托，使用Revit軟件創(chuàng)建項目結構BIM模型，并將結構模型導入盈建科軟件進行結構受力分析，繪制三維鋼筋，并出BIM結構施工圖。

4.1 針對建筑項目建立項目樣板

在使用BIM技術建筑結構設計的過程當中，設計人員首先要做的就是針對建筑項目設立相應的項目樣板。作為建筑結構設計的基礎，項目樣板包含經(jīng)過標準化處理的線型、字體、符號與表達方式，這不僅能夠在一定程度上提升建筑結構的設計速度，更能夠在減少設計過程當中的重復工作的同時，逐漸形成符合當?shù)貙嶋H情況的建筑設計標準，進而為其他建筑工程的設計提供良好的指導作用。

4.2 BIM結構分析

在項目樣板文件中，運用Revit軟件創(chuàng)建檢測大樓BIM結構模型，如圖1所示。一般來說，結構構件大致可以分為基礎、柱、梁、剪力墻、樓板等多種不同的類型。BIM結構模型創(chuàng)建完成后，通過相應插件將BIM模型導入到盈建科結構分析軟件中，各構件模型參數(shù)要滿足持久和抗震工況的參數(shù)要求，即可對模型進行結構受力分析。

圖1 全樓BIM模型

以本項目2號樓為例，該工程為框架剪力墻結構，樓層總數(shù)為12層，建筑設計使用年限為50年，將2號樓BIM模型（如圖2），通過相關轉(zhuǎn)換接口技術，導入盈建科結構分析軟件，生成結構計算分析模型（如圖3），其控制參數(shù)信息表如表1所示。

表1 控制參數(shù)信息表

圖2 BIM結構模型

圖3 盈建科結構分析模型

通過盈建科結構分析軟件計算考慮3個周期，得到各振型周期計算結果如表2所示，圖4，圖5，圖6所示。

表2 各振型振動周期

圖4 一振型振動周期

圖5 二振型振動周期

圖6 三振型振動周期

地震作用規(guī)定水平力下的最大位移表位移信息（取前6層為例）如表3所示。

表3 位移信息

將此計算結果與盈建科軟件單獨建立結構模型的分析數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，其計算結果雖有誤差，但保持在合理范圍內(nèi)，確保了結構的安全、可靠性，證明了運用BIM技術在結構設計中的可行性。通過BIM技術，可將結構分析數(shù)據(jù)反饋至BIM模型中，當修改BIM模型時，可實現(xiàn)結構分析信息與BIM模型的聯(lián)動修改，避免多次重復建模，大大提高工作效率。

4.3 BIM鋼筋建模

運用BIM技術可對整個項目或者指定部位創(chuàng)建結構的三維鋼筋，一般來說，設計人員可以先通過插件方式來創(chuàng)建鋼筋模型，再通過手動調(diào)節(jié)方式，對鋼筋模型進行優(yōu)化，如圖7所示為該檢測大樓地下車庫鋼筋模型。三維可視化鋼筋模型可直觀展示鋼筋的布置方式和布置位置，方便設計人員與施工人員查看。同時，在空間關系較為復雜的局部節(jié)點創(chuàng)建局部鋼筋BIM剖切模型，可避免在整體模型中大范圍拖動查看帶來的頻繁操作，大大提高工作效率。

圖7 地下車庫鋼筋BIM模型

4.4 生成BIM結構平法施工圖

在使用BIM對建筑結構進行設計的最后一步，就是將BIM軟件當中的3D建筑結構模型轉(zhuǎn)換成為建筑施工過程當中常用的2D平面版式的設計圖紙。在此過程當中，設計人員需要將3D建模當中的關鍵數(shù)據(jù)與核心信息進行充分的提取，并且在平面版式的設計圖當中進行多個角度的展示，同時采取特殊的符號進行標注，確保施工圖面信息與模型信息保持一致，以便施工人員能夠更好更快的讀懂建筑結構的設計圖紙，從而滿足建筑工程的施工時間與施工質(zhì)量的要求。

5 結束語

隨著我國經(jīng)濟社會的進步與發(fā)展，未來社會對于建筑工程項目的精細化程度要求將會越來越高，這也導致傳統(tǒng)的建筑結構設計將難以滿足市場的需求。只有加強對BIM技術的研究與運用，建筑施工單位才能更好的保證建筑結構的設計準確性，從而推動建筑工程效率與其精細化程度的全面提升。