建筑结构设计过程中BIM 技术的使用分析

祁尚志

（中铁建工集团北方工程有限公司，天津 300000）

在现代城市的建设进程当中，各类建筑工程项目是其中的主要组成，大量建筑工程的建造，能够显著推进整个宏观经济的高速发展和进步。各类建筑工程项目在施工建造的进程中，其主体结构方面的设计方案是当中非常关键的环节之一，为显著提升建筑工程施工作业的品质，切实保证建筑工程项目的主体结构能够获得全方位的优化与改善。建筑工程的主体结构在进行规划设计的过程中，借助BIM 技术的实际应用能够对工程项目有关方面的信息和数据实施行之有效的整合操作，提升建筑物设计方案的科学性及合理性，有效降低建筑物主体结构设计之中有关设计人员的工作负担，能够使建筑工程最终取得最大限度的社会效益及经济效益。

1 BIM 技术研究

1.1 BIM 技术简述

BIM 技术指的是建筑信息模型相关的技术（英文全称为Building Information Modeling）。该项技术的普遍推广和使用，能够把各类的参数和指标实施有机融合，在初始的建筑结构设计方案模型的框架之上，进一步生成3D 立体的数学模型，方便对建筑物的整体框架设计方案实施动态化的掌握和理解，这样就能保证建筑结构的设计方案可以向智能化以及全方位的趋势发展和进步。BIM 技术在建筑设计领域实际应用的过程中，必须在规划设计的阶段就对整体建造过程的品质实施全方位的检查及管控，以此确保设计人员能够据此生成更为完整和精确的数据资料库，在设计过程中，有关建筑物的各类数据信息存放在数据资料库之中，便于日后工程项目在建设过程中查阅使用。BIM 技术实际应用的领域相当广泛，不但在建筑项目工程中有所涉及，还在公路项目以及桥梁项目中取得了非常普遍的应用。在相应的工具软件程序之中，能够针对建筑物框架内部的构件实施全方位的数学模拟操作，此外，工程设计人员还能够实施系统的有关参数全面的收集和整理。借助3D 立体可视化数学模型，对设计方案实施优化和完善，并且搭建更为健全的工程运营管理系统。BIM 技术其核心框架是由电脑生成的3D 立体数学模型所组成的数据资料库，工程设计人员对此类信息和数据进行收集和归纳的时候，可对有关的信息数据实施动态化的操作与调整[1]。BIM 技术在建筑结构设计过程中的使用如图1 所示。

图1 BIM 技术在建筑结构设计过程中的使用

1.2 BIM 技术的主要特点

1.2.1 可视性的特点

一般来讲，在常规的建筑结构方面的设计流程中，大量的结构设计方面的方案均采用2D 平面设计软件对建筑物结构主体方案情况实施相应的展示，不过某些特殊部位构件的详细内容与具体的空间位置不能在2D 平面图纸中获得相对清晰的体现。经过对BIM 技术的实际应用，工程设计人员能够生成3D 立体结构的数学模型，这类模型能够把建筑结构设计过程中相关的各类参数和信息有效地整合在一处，经过空间领域的体现，能对结构中的内容实施更佳的表现。应用BIM 技术能保证建筑整体设计方案更加清晰和直观，为后期的施工过程奠定基础，能够显著提升施工过程的品质和效率。

1.2.2 协调性特点

强化各个部门间的相互配合，推进建筑项目平稳进行，BIM 技术在工程领域相关参数的基础上，能够强化相应作业环节的调控功能，强化各部门间的协调性。在工程施工时，合理应用BIM 技术，对关键环节进行模拟操作，可以对细节实施有效的模拟操作。在生成3D 立体数学模型的过程中，必须设计相匹配的预算方案及紧急情况应对方案，保证后期的环节可以稳定地进行。

2 BIM 技术在结构设计中的实际应用

2.1 前期结构设计过程中的应用

前期的结构设计通常是为了对工程项目的情况做到更为深入地了解和掌握，对实际的情况可更准确地实施后续的设计计划，保证结构设计方案的科学性与准确性。前期的结构设计经过使用BIM 技术对设计内容实施进行相应的改进，找出最适宜的方案，采用先进的施工作业技术对建筑结构的整体效果实施真实化的数学模拟操作，能够规避设计方案中的一系列不合理的因素。在结构设计的初期，就能够对建筑结构的总体方案实施审核，及时找到其中不适合的地方，随后进行适当的调整，防止在后续施工作业时发生相应的问题。前期结构设计时采用BIM 技术能够及时掌握现场的状态，对总体的成本有一个掌握，还可以进行综合仿真模拟操作，确保建筑工程施工的进程中，能够根据预期的设计方案来实现，保证经济效益的最大化[2]。

2.2 中期结构设计过程中的应用

建筑结构相关工程技术人员在中期结构规划设计工作过程中，针对建筑内部结构的一些技术细节实施升级、创新及优化，建筑结构相关工程技术人员对于钢结构实施系统合理的三维模拟仿真，并且结合施工作业过程中出现的各种实际状况，对于结构性能以及关联程度涉及的具体技术要求实施创新、升级以及优化。建筑钢结构三维模拟仿真如图2 所示。

图2 建筑钢结构三维模拟仿真

2.2.1 钢结构规划设计

钢结构是非常关键的组成技术模式基础，是相关规划设计工作中难度系数最大的部分。建筑结构工程技术人员在综合规划设计的进程中，把BIM 先进技术应用在其中，能够针对各种扭力梁、主梁以及承载梁柱的连接模式进行明确判断。搭建合理正确化的重要参数信息数据资料库，针对当中的重要技术要求及标准进行全方位的模拟仿真，确保建筑结构规划设计技术方案的科学合理性。建筑行业钢结构如图3 所示。

图3 建筑行业钢结构

2.2.2 综合结构性能规划设计研究

建筑结构相关工程技术人员在建筑结构规划设计工作的整体实施进程中，必须针对整体的建筑框架实施明确判断，进而能够最大限度地掌握了解建筑工程的各种性能，例如保温性能及抗震等级。建筑结构相关工程技术人员在建筑结构规划设计的过程中使用BIM 先进技术，能够全方位了解建筑工程的特性以及相关建筑原材料的安全标准等级，进而能够最大限度地按照建筑工程设计的各种法规标准及技术要求实施设计。

2.3 建筑结构最终设计研究

在建筑结构整体规划设计的过程中，建筑结构相关工程技术人员必须针对全部技术环节实施非常严格的审核及检验，进而能够实现在最短的时间内查找出规划设计技术方案中存在的不合理因素，在最短的时间内针对相关问题实施合理整改。建筑结构相关工程技术人员在BIM 先进技术整体使用的进程中，能够针对各种类型的重要数据参数信息实施科学合理的整合，最终形成重要参数信息的数据资料库。BIM 技术在实际使用中，必须基于系统性的观点，对于某些不容易发现的问题实施综合性的研究，确保施工作业的工程质量[3]。

2.4 建筑节能设计中的应用

技术人员若要实现建筑项目的绿色节能方面指标，现场施工环境以及当地气象因素属于重要参考要素，并且设计人员需要全面考虑各个施工周期内各类相对复杂的制约条件。通常建筑项目节能和减排方面的进度会从整体项目立项、调研、规划设计的时候就开始部署，值得注意的问题是，在规划设计的环节，设计人员需要对建筑物的采光、通风以及综合能耗等要素实施全方位研究和分析，全力优化各个环节，这样才能顺利实现预期目标。

BIM 技术能够应用到工程项目规划设计的所有阶段，由初期概念设计环节、初期设计直到详细设计的环节，均能够进行实际应用，还可以避免当前2D 设计过程中可能出现的问题。BIM 数学模型还能够衔接到各类建筑模型数值模拟计算过程中，例如建筑结构外部风模拟、建筑内部气流分析、建筑结构的采光模拟等。BIM 技术还有各类数据信息的关联能力，能够将各类型数据信息统一进行管理和操作，有利于后期探讨和研究之用。通常来讲，在建筑项目总体节能规划设计过程之中，充分发挥BIM 技术的各类优势和特点，发挥其可视化及有效模拟等特点，以数字化模型的模式来表现项目的各项数据和特征，确保工程设计人员及时查找方案内的不足，快速响应和改善，有效提升设计的质量。

2.5 热工学分析过程中的应用

一般外墙部位在整个项目的节能方面将会起到非常关键的作用，对于建筑工程节能设计意义重大。合理应用BIM 技术，从外部结构出发，对建筑工程节能实施进一步探索。全面考虑总体结构的热负荷以及冷负荷要素，科学分析内部热环境因素。整个流程包含建筑内部热源潜热及内部湿源潜热等因素的影响，相关设计人员需要全面综合建筑外部围护部位结构的特点以及热损失等由于空气流动所产生的热量方面的损失。如果得到的热量数据表现为负值，表明建筑结构发生了散热问题。失去热量的总量如果多于获得的热量总量，建筑物内部的热总值即为负值，所以获得以及损失的热量，其数值的大小是关系到整体建筑内部热负荷的重要因素之一。在进行实际设计的时候，设计人员必须保证温度参数的取值保持在一个合理的范围内，将房屋本身的特点以及周边环境等要素进行探索与研究，最后基于讨论结果明确实际设计的主要方向。在实际应用 BIM技术实施模拟研究的进程中，如果缺少制冷、采暖相关措施，夏季室内的温度将比外界温度低一些，冬季室内温度将比户外高一些，此时表明建筑外部的保温隔热层体现了相对理想的节能性能。建筑外部热负荷仿真模拟如图4 所示。

图4 建筑外部热负荷仿真模拟图

3 BIM 技术的使用前景研究

当前，建筑结构相关工程技术人员在大量使用BIM 先进技术的过程中仍然存在一定的难题，他们必须在最短的时间内将相关问题进行行之有效地彻底解决，这样才能够为今后的发展打下坚实稳定的基础，进而获得发展空间。BIM 先进技术在我国建筑行业的高速发展，在很多个技术领域推广，建筑原材料市场的健康平稳发展也为BIM 先进技术的广泛使用打下了坚实的基础。当前，建筑结构相关工程技术人员通过对建筑数据信息参数化三维模型的研究，能够在最短的时间内获得建筑数据信息参数化模型。现阶段绝大多数的建筑设计研究院以及施工作业企业，均针对BIM 技术进行了非常全面及深入的研究与探索，这就为BIM先进技术在今后的广泛使用，获得了最大限度的发展空间。BIM 先进技术在实际使用的进程中，适合建筑工程的每一个发展周期，从项目工程的开始至最后阶段，均可用其进行优化与创新。建筑结构相关工程技术人员应用BIM 先进技术的规划设计理念可以彻底解决二维平面及立面定位的相关问题，与此同时也能够大幅度强化每个建筑结构之间的协调性及合理性，进而最大限度地保证建筑结构之间的合理联系[4]。

4 结束语

综上所述，建筑结构相关工程技术人员在建筑结构规划设计的过程中使用BIM 三维模拟仿真技术，能够行之有效地提升建筑结构规划设计过程中的工作效率以及精准效率，建筑结构相关工程技术人员基于全方位的观点针对相关问题实施综合的研究与探索，进而针对相应的解决方案实施升级、创新及优化。现阶段建筑结构相关工程技术人员关于BIM 先进技术的广泛使用，能够为建筑领域获得最佳的经济效益，能够最大限度地推进我国建筑行业安全稳定、可持续的发展。