BIM技术及其在结构设计中的应用探析

苏琳琳

摘要：随着BIM技术与思想的不断发展和成熟，BIM软件产品的不断升级更新，BIM技术在中国范围内开始应用于土木工程的设计、施工、运营等各个领域，但就建筑设计阶段而言，调查显示，BIM技术在建筑和设备方面的使用率要远远高于BIM技术在结构方面的使用率，而结构又是BIM模型中不可或缺的一部分，所以在结构设计应用BIM技术是十分必要的本文从BIM技术的概念和特点入手，特别针对建筑结构设计的BIM体系及其软件，综述了建筑结构设计中的应用新技术，重点探析了BIM技术在结构设计中应用。

关键词：建筑结构；设计；BIM技术；应用

中图分类号：TU318；TU311.41文献标识码：A文章编號：1674-3024（2017）08-0245-02

随着社会经济的前进，建筑行业也在创新发展，BIM技术的应用和推广，引导装配式建筑的规范化、标准化发展。在《2011-2015建筑业信息化发展纲要》中，提出把BIM技术作为支撑行业产业升级的核心技术重点发展。建筑设计是建设全过程的基础，应用先进的技术是建筑的基础与质量保证，因此，在建筑设计中应用BIM技术，是当前设计行业的发展方向和推进目标。

1.BIM技术的概念

BIM就是建筑信息模型，它的每个简写字母代表：B（建筑Building）+I（信息information）+M（模型应用Modeling、管理Management）。BIM是一种统一数据库模型技术，集成诸多前沿计算机技术。它通过虚拟建造全过程达到信息化、可视化、精细管理。应用BIM技术能够提高效率、减少错误，优化过程，快速沟通，提高管理水平，从而达到减低造价，提升品质的目的。

BIM是一种建筑全生命期的宏观思维。

2.BlM技术的特点

2.1可视化特点

BIM技术提供给了可视化的思想，为建筑人员建筑人员、管理人员展示三维立体的实体建筑结构。这样的立体图是通过建筑的信息自动形成，还原度较高，相比之前建筑的效果图来说，增加了结构之间的互动性和反馈性。可视化特点不仅能够反映立体式的建筑效果，对于在建筑过程的设计、建造，以及在运营过程中的沟通、讨论、决定，都保证在可视化的状态进行。

2.2协调性较好

协调性是建筑过程中的重点。在建筑过程中，对于建筑的相关问题，与施工单位、建筑团队以及业主都要进行很多次的沟通、协调，才能正确把握建筑的方向。目前建筑信息是通过不同专业图纸的方式告知给施工人员、建设方管理人员。这需要有相当专业知识能读懂图纸，还不易发现问题。对于各专业在设计过程的错漏碰撞，不能第一时间直截了当地发现问题，解决问题。

BIM技术的协调性服务正好可以解决这类问题，BIM能实现设计同步，各专业早起介入，设计制图同步，从三维模型提取所需信息，实现零距离沟通。三维模型与二维图纸保持实时更新匹配，图纸协调一致。

2.3模拟化特点

模拟化不仅能够模拟设计的建筑物模型，还能够模拟在实际进行中操作的事物。在设计阶段时，BIM技术可以针对相应的需要进行模拟实验，比如：节能性能的模拟，紧急疏散装置的功能模拟，日照功能的模拟。作为适应现代化的一种技术，BIM技术在施工阶段还可以进行4D的模拟，通俗来说就是根据施工的组织设计，然后模拟施工，最终根据实验结果确定合理的施工方案进行施工，确定指导依据。

2.4性能优化

在建筑的整个过程中，包括方案的设计、施工以及后期运营的整个阶段，一直存在着优化的问题。BIM模型提供了更好的手段和方式进行优化，首先是对项目方案的优化，BIM能够提高设计人员准确的信息，如物理信息、图形信息、规则信息，还能够提供建筑物变化之后的信息。复杂建筑物设计如屋顶网架方案、建筑造型立面、排水等不匹配时，能直观发现，带来建筑物平面、立面等优化。

基于BIM的优化还可以将项目设计与投资的回报分析相互结合起来，实时计算设计所产生的变化对投资回报的影响。影响的直观表现可以展示给业主，业主不仅可以能从外观上评价设计方案，而且能够了解哪种设计方案更加符合自身的需求。

3.国内BlM的政策

现代化、工业化、信息化是我国建筑行业发展的三个方向，BIM技术将会是我国建筑行业信息化未来的主旋律。随着BIM技术的逐渐成熟，国家也出台了许多的政策支持，比如：在《2011～2015建筑业信息化发展纲要》中，提出“2020年末，……集成应用BIM的项目比率达到90%：以国有资金投资为主的大中型建筑，申报绿色建筑的公共建筑和绿色生态示范小区”。广西壮族自治区在2016年1月出台的《广西推进建筑信息模型应用的工作实施方案》指出：2016年起到2017年底，有计划选择一批投资额在1亿元以上或单体建筑面积2万平米以上技术复杂、管理协同要求高的工程进行试点，并提供项目支持。

4.建筑结构设计的BlM体系及相关软件

4.1BIM体系介绍

BIM体系可分为工具层、平台层以及环境层，不同的体系层级中包括不同的建筑过程。工具层包括有：结构建模、结构分析、深化设计、4D模拟等，平台层包括：建筑建模、方案造型、可视化，环境层包括：设备建模、绿色设计、规范检查等。相互之间都存在某种关联，或直接或间接的关系详图1。

4.2BIM相关软件

设计是建筑的核心，而作为设计软件是模型信息的创建者，是BIM相关应用价值的基础。在建模阶段，相关的设计软件有：AutodeskRevit：Revit软件、ArchiCAD软件、MagiCAD软件等等。整合应用的有：NavisWorks、BIM360Glue、A360等。平台管理的应用有：BIM5D、RIBhwo等。其他BIM应用：性能分析、GIS、方案推敲等。

（1）首先介绍一下AutodeskRevit：Revit软件，这款软件是欧特克BIM套件，主要是建筑设计者的设计工具，包括有：RevitArchitectur、RevitMEP、RevitStructure软件。Revit是以建筑构件为建筑基本元素，Revit具有以下特点：

①全专业，Revit能够解决机电与结构的相关问题，还支持与可视化、方针、分析软件无缝衔接，实现建筑管线之间的碰撞检测，而且支持现场实时漫游、多专业协调等应用。

②智能化，Revit有强大的联动功能，能夠实现平、立、剖相关联，做到移除更新，处处更新，这样能够减少错误的发生。

③出图性，不仅能够精确建模，而且建模生成的平立图完全实现对接，减少了人为因素的影响。

④扩展性，Revit不仅自身功能强大，而且支持扩展，全面开放接口，能够支持二次开发，解决了数据转换、统计提取、专业扩展的问题，实现无缝衔接。

（2）ArchiCAD软件是欧洲针对建筑设计推出的设计软件，支持BIM的工作流程，在建筑的全过程都可以应用。其特点如下：

①符合建筑人员的使用习惯，这是ArchiCAD软件在运用中最显著的特点，设计人员可以根据需要生成任何表现形式，不管是平面图、立体图还是剖面图或者其他，智能化不但能够节约时间，而且保证了图纸的准确性。

②轻量级，软件本身很优秀，降低了对硬件的要求，即使电脑很普通，软件也可以顺利运行。

③支持通用数据格式，软件本身对建筑IFC数据标准的支持良好，不管是基于IFC的数据格式还是进行数据转换，都不需要再次建模，降低了难度。

经过以上分析，不难看出这两款软件都有着各自优秀之处，但是也是存在缺陷的。针对不同的设计要求，要选择合适的设计软件，这样才能保证效率和准确性。

5.BlM技术在结构设计中应用

5.1场地分析应用

BIM技术能够帮助分析地形，提高准确的场地信息，提供场地的各项相关数据。第一轮设计建立设计地形模型，第二轮设计建立设计地形与原始地形叠合的模型，找出土方盈亏的区域，计算出填土和挖土的土方量。找到优化后的设计地形，建立建筑总平面布置模型。这样的优化设计，在实际施工过程，能够减少土方工程量，减少挡土墙及土方趋于平衡的土方外运费用。也能得到理想的场地规划、交通流线组织关系、建筑布局等建设方关注的要点。

5.2建筑模型与结构分析模型的连接应用

Revit是BIM应用技术的代表软件，能够实现各专业的协同设计，也具备有自己的结构分析软件。但因其是国外软件，尚不能很好地适应我国结构规范的要求。在我国工程界中，PKPM是应用广泛的国内结构计算主流软件，软件紧跟国家规范。近年来，在Revit平台上开发了PKPM与Revit的双向数据接口，真正实现了建筑模型与结构分析模型的双向连接转换。

在Revit中建立网格和楼层线，将CAD文件按正确的单位导入软件，在对应上网格选用建立估算的柱、墙族构件，在楼层线上建立估算的梁、板等族构件，墙上嵌入门、窗等，形成模型Revit。族是Revit的基本也最繁复的概念，分为系统族、标准构件族、内建族。对于结构来说，应用最多的是系统族和标准构件族，它包含基本建筑构件，如“墙”、“梁”、“板”、“柱”等。

Revit的模型构件还是尚未经过结构分析计算的构件，需要转入PKPM进行结构计算。现行版的PKPM实现了Revit模型数据和PM模型数据的双向转换：实现了Revit直轴线、弧轴线、标高、竖直柱、斜柱、直梁、弧梁、直墙、弧墙、普通楼板、斜板、墙洞、板洞、竖井、材料、族截面等向PKPM的转换；实现了PKPM直轴线、弧轴线、楼层、竖直柱、支撑、直梁、弧梁、直墙、弧墙、普通楼板、斜板、墙洞、板洞、材料、截面等向Revit的转换，详参考文献。即未经计算的Revit模型转入PKPM后，经过PKPM的数检、计算分析软件（如钢筋混凝土结构常用的sATwE）的计算调试，获得满足国家结构规范的结构体系、得到具体的柱墙梁布置、构件尺寸，可以使用与施工建设。再通过PKPM的双向接口，导入回Revit，获得真正意义上的模型。

建筑、水电、暖通专业共享此回代模型。因BIM的三维可视性，建筑师们可以直接对结构柱、墙、梁的位置、尺寸是否满足建筑师们的设想做出判断，水电工程师们也可以校核结构梁墙是否妨碍其管线布置，在此成果模型上布置管线，获得真实的楼层净空，方便直接进行设计优化。

6.小结

随着计算机科技的不断进步，BIM技术在建筑业的应用越来越广泛。深入研究分析BIM技术，积累宝贵经验，相信在不久的将来，BIM将会在我国建筑业形成一种全新的概念与技术风格，给行业带来全新的契机。

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2019-11-07