BIM技术在建筑结构设计中的应用研究

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　　摘  要：信息化技术的不断发展进步推动了各个产业的不断发展，以建筑业为例，通过应用BIM技术为建筑行业带来了新一次的革命。通过应用BIM技术能够对建筑进行建模，通过构建完整的BIM模型完成对于工程实现对于工程项目的全面描述，BIM模型能够汇聚建筑设计、施工以及甲方等各个环节的资源信息并通过共享让各方都能够查看和使用。BIM技术在建筑设计应用较为成熟，但是在结构设计方面仍存在一定的欠缺，做好BIM技术在结构设计中的应用是十分重要且必要的。为做好BIM技术在结构设计中的应用需要做好BIM建筑模型信息转换为结构信息模型的研究，从而使得BIM技术能够具有更好地结构分析能力和绘制平面施工图能力，为建筑业发展注入更强的活力。
　　关键词：BIM技术;结构设计;应用研究
　　中图分类号：TU318         文献标志码：A       文章编号：2095-2945（2019）32-0167-02
　　Abstract： The continuous development and progress of information technology has promoted the continuous development of various industries. Taking the construction industry as an example， the application of BIM technology has brought a new revolution to the construction industry. Through the application of BIM technology， the building can be modeled， and the complete BIM model can be constructed to complete the comprehensive description of the engineering project. BIM model can bring together the resource information of architectural design， construction and Party A and so on， and can be viewed and used by all parties through sharing. The application of BIM technology in architectural design is more mature， but there are still some deficiencies in structural design. It is very important and necessary to do facilitate the application of BIM technology in structural design， so it is necessary to do a good research on the transformation of BIM building model information into structural information model， so that BIM technology can be equipped with the abilities in better structural analysis and drawing plane construction， thus bringing more vitality into the development of the construction industry.
　　Keywords： BIM technology; structure design; application research
　　前言
　　 BIM技術是一种伴随建筑全寿命周期的建筑技术，其以数据采集与分析为核心汇聚包括建筑设计方、施工方、管理方等各方的信息数据，并通过共享的方式方便各方的查看分析、各专业的协作。BIM技术应用于建设设计时其可以通过构建建筑三维模型，利用其可视化的特点帮助设计人员进行更好的设计。而在施工、施工管理和施工规划时，BIM技术所带有的三维实体效果、工程造价、施工规划等功能能够有效指导施工，从而从根本上改变以往的施工模式，辅助施工，保障建筑工程施工。
　　1 BIM技术应用在建筑结构设计中所存在的问题
　　BIM技术指的是以BIM核心软件为中心平台，衔接各类其他的专业软件组成一个广义的BIM，而结构分析设计人员是BIM技术中的一个重要组成部分。结构工程师在建筑工程设计中主要用于解决一些具体的问题，通过对同一问题进行分析并从不同的侧面提供相应的解决方案，从而保障建筑工程空间效果和设备管线空间尺寸要求之间的和谐统一，避免结构件与其他专业元素之间发生冲突。结构工程师在相应的设计时往往需要结合相应的实际情况采用一些异型件，如折梁、变截面梁、缺口梁、异形柱、SRC组合构件等。但是在现有的BIM技术建模工具中一般并不包含有异形构件的模块，而在结构设计中如采用常规构件来替代异形构件将无法发挥出BIM技术的优点，常规构件将使得一些隐蔽的问题无法及时的获得发现，而对于一些并未有冲突的地方BIM技术将会发出误报，影响BIM技术在结构设计中的应用。为使得BIM技术在结构设计中获得良好的应用效果，结构工程师需要创造自己的异型构建族，从而对结构工程师的使用带来一定的不便。
　　 国内在钢筋混凝土结构施工图的绘制上采用平面表示法，设计人员通过在平面图上标准一些代号进行表示，而施工技术人员通过对照标准图集则可以将相应的代号转换为工艺图或是放样图。这一方式极大简化了结构设计师的绘图工作。而在BIM技术中由于可以通过从三维模型中提取相关的数据生成施工工艺人员所需要的工艺图或是放样图，在BIM技术中并未有相应的平面表示法模块。这一缺憾与国内设计人员的设计习惯并不相符，影响了结构工程师的使用效果，此外，由于BIM技术缺少了平面表示法这一环节其与国内所要的施工图文档的报审和备案要求相悖。 　　 BIM技术是一种三维立体建模技术，通过应用BIM技术能够有效地解决CAD二维平面设计过程中所存在的一些弊端。为做好BIM技术在建设结构设计中的应用需要结合BIM技术在建筑结构中所存在的问题进行分析并采取一定的措施对其加以优化，保障BIM技术在建筑结构设计中取得良好的应用效果。
　　2 BIM技術在建筑结构设计中的应用
　　建筑结构工程师通过BIM软件完成建筑项目的实体建模，而后将建立完成的实体物理模型导入到相应的结构分析软件中，利用结构分析软件完成建筑项目的结构分析计算，并依据结构分析软件所算出的结果进行修改并更新物理模型和施工工艺图。通过应用BIM技术能够有效地实现结构设计和施工平面图绘制之间的无缝链接，提高设计效果。在建筑结构设计中由于需要考虑到建筑结构模型中所包含的大量信息（如单元截面特性、材料力学特性、载荷条件等），导致结构模型较为复杂，导入到BIM技术进行结构分析时需要考虑到结构模型是否能够完成模型的转换与计算，而利用BIM技术所建立的BIM结构模型与有限元结构分析模型之间的无缝互联问题对BIM技术的应用造成了一定的影响。
　　3 平法表示钢筋信息和实体详图钢筋表示在BIM技术中的应用
　　 在BIM技术中利用平法所表示的钢筋信息相较于传统的平法施工图存在着一定的差异。在BIM技术中使用平法所表示的钢筋信息除了包含有一定的符号信息外，并将这一类信息赋值给构件，从而在构件上形成符号与数值的整体，方便查看和分析。此外，由于BIM技术中的平法注释族和BIM属性栏中的参数相关联，设计人员通过修改属性栏中的参数将能够将修改信息方便的共享到整体模型中，并传递至平法施工图中，便于施工工艺技术人员结合平法表示法进行查看。BIM技术中所表示的平法表示钢筋信息（符号、数值化信息、位置等）都可结合修改自动进行更新。利用平法表示钢筋能够在一张图纸上尽可能地包含足够多的钢筋信息，从而方便绘图设计，图纸的表达也更加简洁高效。需要注意的是利用平法表示钢筋虽然能够极大的简化钢筋的表示，但是其相对于三维实体钢筋表示缺乏足够的直观性，需要在分析平法表示的基础上取对钢筋的三维效果进行想象，无法直接指导施工。而在对于结构设计时，需要借助于其他第三方软件对其进行有限元分析。
　　实体钢筋表示，就是利用BIM技术对钢筋混凝土框架结构的三维表示，建立起的BIM模型，以3D的形式表达建筑结构的细部构件，并详细标注钢筋信息。实体钢筋表示能够对钢筋的尺寸、位置进行详细的标注，钢筋位置发生冲突时的避让与实际情况保持一致，方便于查看隐蔽工程、建筑结构的信息，此类方法可以方便结构设计人员对建筑工程所需要的各类混凝土、钢筋等级、直径的计算。相对于平法表示，实体钢筋表示可以方便结构设计人员确定钢筋的位置以及形式、尺寸等的信息，对于冲突区域可以方便的对构件进行放大剖析对设计进行调整优化。借助于钢筋实体表示可以方便的对钢筋和混凝土的用量进行统计计算。借助于实体钢筋表示可以方便地对隐蔽工程的混凝土信息进行查询，借助于三维视图通过改变混凝土相关参数设定可以改变混凝土的透明度从而方便对隐蔽工程中所含有的钢筋信息进行查询分析。需要注意的是实体钢筋表示将会对建筑工程设计方案中的钢筋位置及长度进行逐根确定，因此需要巨大的计算数据，对于电脑的数据处理能力和显卡要求较高，并且设计完成后的图纸篇幅和用量较大。
　　4 BIM技术在结构施工图设计中的应用
　　BIM技术的应用是建立在BIM模型的基础上的，利用BIM完成对于建筑项目的建模：建立新项目-轴网建立-楼层标高设定-结构柱-混凝土梁-混凝土楼板-基础。以某三层别墅的BIM建模为例，别墅整体采用混凝土框架结构，基础采用柱下独立基础，借助于BIM技术可以方便地完成结构主体的建模与结构分析以及各专业之间的协调。此别墅的BIM建模采用平法表示，通过共享参数标注族和自己制作的标签族，实现结构的全过程平法表示。在对此别墅进行建模的过程中首先按照建模步骤完成别墅所需基础、梁、板、柱等构件，并借助参数共享与标签族绘制平法施工图的方式完成相关制作，结构设计师需要结合自身习惯完成相关构件的构建，在制作构件时需要结合平法施工图规范图集制作合适的文件，完成别墅模型的建立。通过建立共享参数与标签族可以方便建筑结构图构件信息参数的共享，在一处信息改变后其他位置的信息都将跟着改变，保证了BIM中参数的一致性。完成了对于BIM结构模型和族文件的编制后，可以从BIM结构软件中设计出梁板柱和相关详图的平法施工图表示，其所显示出的图纸与用CAD所表示的图形相一致。
　　BIM和平法虽然在表现形式上有所差别，BIM技术中主要通过创建三维模型而平法则是通过二维的抽象表示符号进行表示，但是两者在钢筋信息的表示上所显示的信息是一致的，两者之间并未有根本性的冲突，而是可以将两者相互结合从而可以更清晰、更全面的对其进行表示。BIM技术与平法两者之间存在着结合的可能，在BIM技术应用于结构设计时，利用BIM软件可以绘制结构平法施工图，通过共享参数、标签族文件的建立完成BIM技术与平法之间的结合。需要注意的是BIM中的平法和传统的平法之间存在一定的差异，在应用时需要结合实际在制图规则上进行针对性的改动。
　　5 结束语
　　随着信息化技术的发展BIM技术将有着更加广阔的应用前景，结构设计作为BIM技术设计中的重点也是难点将会进入一个崭新的阶段，借助于BIM结构设计的应用和发展将使得建筑设计与结构设计之间的衔接更加紧密，结构与施工之间的联系更加密切，从而使得BIM技术在结构设计中获得更好的应用。本文在分析BIM技术特点的基础上对其在结构设计中的应用进行分析介绍，对于BIM与结构施工图之间的关系，尤其是平法表示和实体钢筋表示两者之间的区别和联系进行分析和说明，BIM平法与传统平法在表示上存在一定的差异，在应用时需要引起足够的注意。在BIM技术应用于结构设计中时可以利用BIM软件绘制结构平法图，借助于创建共享参数和标签族文件将能够满足BIM与平法结合的要求。
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