建筑结构设计中BIM 技术应用分析

建筑结构设计中BIM 技术应用分析

张斌

江苏筑森建筑设计有限公司 江苏 常州 213000

摘要：BIM技术是一种基于数字化建模的工具和方法，通过集成项目各个参与方的信息，并实现协同工作，从而实现全生命周期的建筑管理。在建筑结构设计中，BIM技术能够提供全面、准确和可靠的设计数据，帮助设计师更好地理解和分析结构系统，优化设计方案，提高设计质量和效率。本文探讨了BIM技术在建筑结构设计中的应用，强调其在提升设计效率、精确性和项目管理方面的重要性。

关键词：BIM技术；建筑结构设计；三维建模；结构性能

引言：

建筑工程设计在工程项目建设中扮演着重要地角色，它对后期管理和施工具有规范和指导的作用。BIM技术作为建筑行业的一项重要革新，正在逐渐改变建筑结构设计的方式和效率。通过数字化建模和信息管理，BIM技术为建筑结构设计提供了全新的思路和工具，促进了设计过程中的协作、效率和精度。

一、BIM技术概述

BIM技术即建筑信息模型，其是利用建模软件对建设项目信息整合后形成立体、动态、可视的建筑模型，进而在建筑项目全生命周期内实现集成化管理，提升建筑项目管理能力与效率的一项新技术。BIM 技术融入了建筑学、工程学、土木工程等专业知识，应用了三维技术、计算机技术、物件导向技术，可结合现场概况和工程要求创建系统模型，为工程结构设计提供强大的技术支持。在建筑结构设计中应用建筑信息模型，能科学分析结构性能、连接概况和工程材料，设计人员也可获取更加全面和可靠的数据信息。

二、BIM在建筑结构设计中的关键技术

1三维建模技术

BIM（Building Information Modeling）技术在建筑结构设计中的应用，特别是在三维建模方面，展示了其对于现代建筑设计和工程管理的巨大影响。在这个领域，三维建模技术不仅仅是一种视觉工具，而是一个全面的信息处理和管理系统。BIM是建筑信息模型，是通过建筑设计相关的施工图，建立虚拟的建筑工程三维模型。把建筑在实际施工时可能发生的问题，通过数字化模型，全面清晰地把工程建设每个环节展现出来，有利于建筑企业工程人员检查建筑设计相关的施工图内容，并且根据每个环节中可能发生的情况或者风险，给出科学有效的应对措施，从而确保工程质量。

通过BIM，可以构建一个精确的数字模型，该模型不仅包括了建筑物的几何信息，还包含了材料属性、负载承载力以及其他相关结构细节。这种建模方式使得设计师能够在设计阶段就识别出潜在的结构问题，进而优化设计方案。例如，在设计复杂的结构系统，如桁架或者悬挑结构时，结构建模使得设计团队能够更加精确地计算材料需求和载荷分布，从而确保结构的安全性和可行性。参数化设计则是BIM的另一个关键特性，它允许设计师通过定义一系列的设计规则来自动化设计过程。这些规则可能包括几何约束、材料选择或是性能标准等。BIM技术在参数确定和组合时，需满足建筑结构参数的要求，注重模型应用的科学性与合理性，确保工程设计效果满足设计方案的要求，全面提高设计工作的质量，这不仅加快了设计过程，还有助于实现更优化的结构设计方案。在复杂项目中，比如曲线或非标准形状的建筑，参数化设计可以大幅度简化设计过程，同时确保设计精度。

2模拟与分析

BIM技术在建筑结构设计中的另一重要应用是模拟与分析，这包括结构分析和验证、施工模拟以及成本估算。这些功能在整个建筑设计和施工过程中发挥着关键作用。BIM 技术可量化处理工程设计中的数据信息，在结果信息整合的过程中，认真探究结构设计中所需的信息化模型，BIM 技术在模型集成过程中的应用可生动地展现建筑结构多个构件间的位置及空间信息和不同构件间的联系，更好地展现建筑结构的特点。结构分析和验证是BIM技术的核心组成部分，特别是在负荷分析和能效分析方面。通过BIM，设计师可以对建筑结构进行详细的负荷分析，以确保结构在各种条件下的稳定性和安全性。这包括静态负荷（如自重、固定荷载等）和动态负荷（如风载、地震载等）的评估。此外，能效分析则帮助评估建筑的热性能，包括隔热、通风和冷热负荷等，从而指导节能设计的实施。这些分析确保了建筑设计不仅满足安全标准，同时也符合能效和环境保护的要求。

三、BIM技术在具体结构设计阶段的应用

1模型构建与分析

在BIM技术的应用过程中，模型构建与分析是一个关键阶段，它标志着建筑设计从概念走向具体实施的重要转变。这一阶段不仅涉及到对建筑设计的初步实现，还包含了对该设计的初步评估和优化。初步模型构建是建筑项目的起点。在这个阶段，设计师利用BIM工具创建建筑的数字化三维模型。这个模型包括了建筑的基本形状、尺寸、空间布局以及可能的结构系统。与传统的二维设计方法相比，三维模型为设计师提供了更加直观和详细的设计视图。同时，BIM模型还可以包含建筑材料、构件属性等相关信息。这些信息对于结构设计人员来说也是至关重要的，因为它们可以影响到结构的承载能力、抗震性能等。通过BIM技术，结构设计人员可以方便地获取和分析这些信息，进而选择合适的材料和构件进行结构设计。

BIM模型还可以与结构分析软件进行集成，实现结构模型的自动转换和分析。这样一来，结构设计人员就可以更高效地进行结构分析和优化，快速获得建筑物的结构响应和安全性指标。设计师和工程师对模型进行一系列的评估，以确保设计的可行性和合理性。这包括但不限于结构稳定性分析、能效分析和成本估算，可以在早期阶段识别并解决潜在的问题，从而避免在后续设计和施工过程中出现成本高昂的修改。除了技术分析，初步模型的评估还包括与客户和利益相关者的沟通。BIM模型的直观性使得非技术背景的人员也能容易地理解设计意图，从而在设计初期就促进了有效的沟通和反馈。这种交互确保了项目目标、预算和时间表得到所有相关方的认可和支持。

2分析建筑结构性能

结构性能分析不是简单的罗列、堆叠就可以完成的。它既要保证建筑的美学价值，又要保证其实用性，还必须满足地震等多方面的要求，否则就不能保证其在以后的建设中的安全。BIM模型中包含了建筑结构件的几何形状和材料属性等信息。这些信息可以用于进行结构件的初始性能评估。例如，通过BIM模型可以计算出结构件的截面面积、惯性矩、抗弯刚度等基本参数，从而提供给结构设计人员用于计算结构件的承载能力和应力分布。同时，BIM技术还可以与结构分析软件集成，实现结构件性能的详细分析。通过将BIM模型与结构分析软件进行连接，可以自动导入结构件的几何形状和材料属性，并进行各种分析和计算，如静力分析、动力分析、抗震性能评估等。BIM软件还能自动进行计算，并生成结果图表，如位移、应力、应变等分析结果。通过查看这些结果，可以让设计人员及时了解结构在各种工况下的性能，紧接着设计人员还要对分析结果进行评估，基于分析结果，以调整结构的设计，实现更好的性能。总之，BIM技术的应用可以提供给结构设计人员更全面、准确的结构件性能分析支持。通过BIM模型和结构分析软件的结合，可以实现建筑结构件性能的综合评估和优化。

3施工规划与模拟

施工规划与模拟在建筑项目的成功实施中扮演着至关重要的角色，而BIM技术在这一过程中提供了强大的支持和优化能力。通过将施工阶段的规划和模拟整合到BIM流程中，建筑项目能够在施工前详细规划和预测可能的挑战和需求，从而实现更高效、更经济的施工管理。BIM技术可以帮助设计人员更好地掌握施工现场数据，从而提升施工现场管控效果。在BIM模型中，可以包含建筑工程的各种数据和信息，例如建筑结构、机电管道、装饰等。这些信息可以被精确地输入和存储，并且可以实时更新。施工模拟，通常被称为4D BIM，是将时间维度加入到传统的三维BIM中。这项技术使项目管理者能够以可视化的方式模拟整个建筑施工过程，从而优化施工计划和流程。通过4D BIM，可以预测施工过程中可能出现的问题，如资源冲突、时间延误等，并提前制定应对策略，这不仅提高了施工效率，还降低了风险和成本。

同时，施工规划涉及到整个建筑过程的详细安排，包括材料、设备、人力资源的调配以及施工阶段的时间表。在BIM环境中，这些规划不仅基于静态的设计图纸，而且结合了动态的施工过程模拟。通过BIM模型，项目管理者可以对不同施工阶段进行可视化规划，确保资源的最优配置。此外，通过模拟不同的施工方案，团队可以在项目开始前评估不同方案的可行性，选择最优的施工策略。施工规划与模拟的整合应用在提高项目管理效率方面起着决定性的作用。它不仅减少了施工过程中的不确定性和风险，还提升了整个建筑项目的质量和安全性。通过在项目开始前进行全面的规划和模拟，BIM技术有效地支持了项目的顺利进行，确保按时按预算完成建筑项目。

四、结语

BIM技术在建筑结构设计中的应用，通过数字化建模、信息集成和协同合作，为设计团队提供了强大的工具和平台，提高了设计效率、降低了误差、促进了协同合作。因此，BIM技术在未来建筑设计和施工中将发挥更加关键的角色。为了更好的拓展BIM技术应用途径，以便充分发挥BIM技术应用价值，相关人员应重点分析BIM技术在建筑结构设计中的应用路径与应用策略，提高建筑结构设计效果与水平，降低出错的概率，保证建筑物质量与安全，延长建筑物使用寿命，推动建筑行业高质量、转型发展。

参考文献：

[1]陈绍楠.BIM技术在建筑结构设计中的运用[J].科技资讯,2023(7):86-89.

[2]刘涛.基于BIM技术的建筑结构设计优化方法[J].建材发展导向，2022（24）：44-46.