BIM技术在结构设计中的应用与发展

邱梁健 葛伟光

摘要：随着全球化、知识化和信息化时代的来临，信息日益成为主导全球经济的基础。在现代信息技术的影响下，建设项目的信息化已经成为一个炙手可热的话题。本文主要阐述了BIM技术的含义以及特点，并介绍了BIM技术在结构设计中的应用。

关键词：BIM技术；结构设计；应用

中图分类号：TU8 文献标识码： A

1、引言

建筑工程项目涉及专业众多，生命周期长而建设周期短，其中结构设计是抗震、安全等因素的重要保证。传统的基于平面CAD设计技术只涉及建筑全生命周期某个阶段的、某个专业的领域应用，信息共享与交换以人为主，并需借助多方软件的辅助协同，无法满足目前建筑业向低能耗、低污染、可持续发展方向的发展趋势。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是指在开放的工业标准下设施的物理和功能特征，及其相关的项目生命周期信息的可计算或可运算的表现形式，可有效地解决上述问题。BIM以三维数字技术为基础，通过一个共同的标准，目前主要是IFC（Industry Foundation Class），集成了建设工程项目各种相关信息的工程数据模型。

2、 BIM技术的特点分析

建筑信息模型作为一种利用数字模型进行设计、施工、管理的工作过程或方法，其具有如下特点：（1）信息集成：主要体现在设计信息集成化和设计过程集成化。建筑信息模型是整个建筑工程单一的、数字化的信息模型，所有专业的设计信息都往这一个模型里添加。因此，信息模型是信息集成的实体。在此基础上各个专业设计人员都可以参与工作的协同设计平台，进而实现设计过程的集成化。建筑信息模型的核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，涵盖了建筑结构空间关系、构件尺寸等几何信息，建筑材料、各种建筑构件的性质及数量等物理信息，以及构件连接方式、荷载、边界条件等结构分析信息。建筑师、工程师和物业管理单位提取建筑内的信息十分方便，这种设计方法突破了传统CAD方法，因此BIM技术被称之为设计产业的第二次革命。（2）工作可传递性：建筑信息模型应用程序的一个基本特性是，在工程数据之间创建实时的、一致性的关联。设计师无须自己处理图纸或更新链接。当修改了某项内容时，BIM系统会立即将修改反映到所有受影响的图元。另外，同一模型可以用于不同用途的分析，比如BIM模型可用于结构分析和施工模拟等。工程师无需为进行不同分析而建立多个模型，大大提高设计效率。（3）支持协同设计：作为一种全新的设计平台，BIM系统可以为设计、施工、业主、经营者之间建立沟通的桥梁[3]，提供处理工程项目所需要的即时相关信息。基于三维模型的碰撞检测功能可以根据各专业不同的设计原则，BIM系统能够实现自动检测构件对象间的相互影响。大大提高设计团队中建筑师与结构工程师、设备工程师之间的沟通效率，从而缩短设计周期，提高设计质量。

3、BIM 技术在大跨空间结构中的应用

3.1、只有构建建筑信息模型 BIM，才能最大限度的提高生产效率，缩短开发的周期，降低工程的成本，使企业更具有竞争资本。我们看到越早使用 BIM 技术，越能有效的避免解决二维设计模式下可能遇到的问题，包括低效率，设计变更频繁，修改困难，沟通困难，可视化差，多版本控制问题，我们说设计错误是不可避免的，但是如何有效的减少设计中出现的原本可以避免的失误，是我们必须应认清的问题。因此，BIM 技术的应用，可以更好地协调各专业工作，真正实现成本降低，避免设计变更，最大化减少在施工阶段出现原本可以在设计中避免的失误等。

3.2、BIM 技术可以给大跨空间结构带来的效益， BIM 技术无疑可以给大跨空间结构带来设计、施工、运营乃至全生命周期带来巨大的效益，并且给业主带来巨大的经济效益。由于设计阶段是决定其造价的重要因素，所以设计阶段是实施大跨空间结构非常重要的步骤。如果基本设计完成，如果在以后阶段实施中遇到问题(尤其是施工阶段)，其成本不低，因此必须重视方案和基本设计。BIM 技术应用大跨空间结构过程的各个阶段，形成工程项目的全生命周期管理系统，通过在设计阶段就开始构建 BIM 模型，后期的施工、调试、运营借此模型继续添加各自信息，最终实现信息的分享。

3.3、以大空间结构为例，具体的 BIM 实施方案为：在设计阶段，构建结构专业的建筑信息模型 BIM 的欧特克公司使用的是基于 BIM技术的软件 Revit Structure，与结构设计软件 MIDAS GEN 软件的前后处理文本结果进行二次开发，因此采用 fortran 语言及 C#语言对 MIDAS 文本结果格式进行二次开发，使之被 Revit 读取，以此来实现两者的兼容性。使用 BIM 技术，过去对建筑、结构方案优化，对比需要反复的 建模，浪费大量的人力物力，往往也得不到最优的解决方案，现在使用 BIM 技术，从数学或者美学的角度调整方案，更好的实现模型的理论上的逻辑关系，对其的控制也是最大的，否则只能实现局部的参数变化，产生第一次优化，第二次优化，直到优化最优的结果为止。

3.4 、BIM 技术在大跨空间结构的发展现状。国产不少钢结构软件伴随着计算机行业的快速发展也在快速发展着，近年来计算技术的飞速发展,许多科研单位也成功研制开发了商品化设计程序，并顺利推向市场,它们都是建立在理论研究与大量工程实践基础上，所以保证了软件的正确性。浙大空间网格结构分析设计软件 MSTCAD 和同济大学钢结构软件 3D3S是这批软件中的佼佼者.由于软件开发者熟知中国国情，所以它们研发的空间结构软件一般都具有完善的前后处理功能,很方便的绘制施工图及建模前处理，也可以在电脑上进行复杂的空间结构设计。这些程序的使用，为促进我国的空间钢结构的设计与应用创造了有利条件，为我国空间结构事业的遍地开花做出了不少的贡献，由于是国产软件，更了解国人的软件操作习惯，所以在它们大多有一个友好的用户界面，功能可以包括空间结构的三维建模，静态和动态计算分析，优化设计，结构施工图的自动生成，节点详图自动生成等，得到了大量的应用。

4、结束语

BIM(建筑信息模型)是一种全新的建筑信息理念，它将建筑信息的创建和使用集成在一个统一的系统中，从而能保证数据的一致性与完整性。从二维 CAD 辅助绘图技术到采用 BIM 建筑信息模型技术，是建筑史上又一次历史性的飞跃，是未来的不可阻挡的发展趋势。

参考文献

1.王琳等．基于BIM 技术的建筑信息模型设计研究[C]．第四届全国工程设计计算机应用学术会议

2.刘照球, 李云贵. 建筑信息模型的发展及其在设计中的应用[J]. 建筑科学