BIM技术在建筑结构设计中的应用分析

【摘要】：我国建筑行业市场庞大，BIM技术的应用带来了新的理念和发展前景，已经成为了世界发展的主流方向。目前，我国的BIM技术发展还处于一个初级阶段，本文对BIM技术在建筑结构设计中的具体应用进行了分析探讨。

【关键词】：BIM技术；建筑结构设计；应用

0引言

随着国家政策的扶持及对BIM技术研究的深入，国内已有不少单位开始将BIM技术不同程度地应用到了设计过程中，并完成了不少成功的实践项目。

一、BIM技术在建筑结构设计中的应用

1.1场地分析

场地通常是建筑设计首要考虑的因素之一，对于场地指标的分析和评定，在设计前期往往起着决定性的作用。然而在传统的场地分析中存在着诸多弊端，譬如人为的主观因素、数据整合处理中不可避免的误差等等。但通过BIM技术的介入，大大提高了场地分析的精确度和完整性，通过BIM技术与地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）的结合，可以对场地内既有数据和建筑物的信息进行整合处理，通过BIM技术模拟成型，可以更加准确和迅速提供设计前期的依据，帮助设计师设计出最为理想的建筑形体和场地规划等等。

1.2建筑方案辅助设计

BIM技术的设计对象不再仅限于点、线、面这些简单的2D对象，而是以墙体、门窗等建筑构件作为基本元素进行设计活动，并且各个建筑构件之间均存在关联，自此带来了一种新的设计方式—参数化设计。与传统的设计模式相对比，BIM技术的运用可以让建筑设计更加的多元化，形体的逻辑性也得到了加强。通过参数的改变，建筑的形态相应的也进行参数化改变，可以列举出不同的方案进行性能分析对比，从而选择最优方案进行下一步的深化设计，一些复杂、重复的工作都交予程序来解决，大大节省了设计师的时间与精力，从而把更多的力量放在选择和深化方案上面，提高设计效率和质量。

1.3建筑性能分析

BIM技术通过构建的建筑信息模型，输出不同的数据格式，再根据应用的方向不同，选择合适的数据格式，配合专业的分析软件，可以有效解决传统绿色建筑分析中数据不一致的问题，提高建模效率。最后综合各项分析结果反复调整模型，寻找平衡点，提高建筑整体性能。

1.4可视化设计

在传统的建筑设计中，准备把握建筑的三维造型有一定的困难，尤其是对于较为复杂的建筑形体来说。应用BIM技术以后，在整个设计过程中，实时掌握建筑模型的设计进度，对设计不足的地方进行及时的修改，大大避免了各专业图纸之间不协调现象的发生。

1.5协同工作

BIM技术构建了一个以BIM模型为核心的协同工作平台，使不同专业、不同地区的设计人员都能在同一个建筑模型上面展开设计。各专业人士可以利用这个平台实时检查建筑、结构、管线、设备各专业图纸的冲突并及时修改，在建设过程中各个参与方可以利用这个平台进行协调和沟通，保证了建筑施工中人员、材料、设备等能及时到位，保证工程高效、顺利的进行，并节省了由于反复修改带来的经济损失。

二、参数化设计

很多现代建筑都面临一个对建筑几何进行理性描述的难题，和传统的方盒形建筑相比，创新型建筑的形体往往非常复杂，涉及很多自由曲面等的变化，传统的设计工作流程已经很难高效准确的完成设计。现在可以借助BIM技术的数字化设计平台，对这些复杂的几何变化进行理性的分析和设定，包括从几何学的角度上面对异形建筑的平面和三维空间生成进行准确的定义和呈现。对于无论是平面还是立体的几何体生成过程的描述都可以被称为生成算法。而算法则是参数化设计的核心，其最终目标是以最快的速度和最少的步骤生成海量的包括建筑几何在内的各种数据。实现上述目标的手段则是根据设定的算法在参数化软件中建立关联性模型，通过参数的输入和调节，计算机自动完成复杂的运输，并实时输出设计成果。

三、BIM技术在武汉光谷国际网球中心方案设计中的应用

3.1项目概况

武汉光谷国际网球中心项目建设地址位于东湖国家自主创新示范区，三环线武黄立交东侧，省奥体中心西侧。该场馆将于2014年开始承办国际女子职业网球联赛（WTA）的各项赛事，时限15年。该项目旨在以可持续发展为原则，建立绿色、低碳的城市共享平台，打造生态低碳绿色网球馆，体现武汉“敢为人先，追求卓越”的城市文化。

3.2BIM技术在项目方案设计中的应用

3.2.1场地设计

该项目方案前期利用Civil3d从GoogleEarth中导出地形，再利用其强大的地形处理功能对实际地形三维设计以及仿真处理，对场地高程进行模拟分析。这样对于场地周围的状况有着更加直观的了解，也更利于之后建筑布局、体块的推敲。在方案设计论证阶段充分利用AIM三维集合管理、实时虚拟城市的能力，再将建筑信息模型与其链接，对项目的规划布局决策提供数据及快速可视化的支持。

3.2.2参数化设计

该项目运用非线性设计方法根据设计概念通过设计特定的算法程序将各种设计条件综合起来生成一个可控的三维计算模型，然后将所限制条件抽象成参数，通过调整参数化模型，动态查看参数的编号，同时通过参数控制，追踪形态与各个条件之间的关系，最终选定最优化的设计结果。例如：网球外墙有几十根倾斜旋转的立柱形成“旋风”的造型，内层的遮阳百叶，随着外墙倾斜的角度呈现不同的倾斜方向，在设计中，通过参数控制网格密度，在选定的网格密度的基础上，按照网格来创建主杆件，在通过参数在确定的主网格中进行剥离分割与次杆件的划分等，完成了外壳模型并重新载入Revit中的建筑信息模型中进行深化设计。

3.2.3协同设计

在该项目中，通过链接各个专业的模型文件在公共的平台上面进行整合，首先将整体模型分成了几个组成部分，分给不同专业的设计人员来建模，再将模型通过链接的方式进行整合。该项目模型分别是由给排水模型、暖通模型、幕墙系统模型、墙门窗模型、场地模型以及结构模型构成。随着建筑行业的发展，跨学科的合作成为主要发展趋势，在二维设计模式中缺乏一个整合各个专业设计的技术平台，但BIM技术就提供了一个良好的协同设计的平台，通过各个专业设计师进行分别设计，产生各部分的模型文件，通过链接将其整合到一块，使得设计流程更加精确和可视化，大大提高了个专业的工作效率，不仅如此，BIM技术还可以与施工方、业主、材料制造商提供协同设计，使得他们都可以基于同一个建筑信息模型系统协同工作，更加有利于后期的建筑管理和成本控制。

四、结束语

BIM的概念及相关技术已经引入中国近十年，然而在BIM技术的应用上面仍然存在较大的误解，认为BIM技术在施工图设计阶段有着强大的优势，而不适用于前期方案构思。其实不然，BIM技术是通过一种相互关系的角度来设计建筑，在BIM技术的平台下，建筑的场地、形态、空间、构造均集合在一个三维模型当中，通过设计师的推敲和各个专业的协同，来得到最优的设计方案。通过在设计阶段中的项目实践，其高度关联的信息、参数化设计质量的提高以及对建筑性能优化的优势将慢慢凸显，随着BIM技术研究的深入，BIM技术的应用领域会更广，将开发出更高层次的应用，进而产生新一轮的建筑变革。

参考文献：

[1]龙辉元.BIM技术应用于结构设计的探讨与案例[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（4）：89-93.

[2]李华峰.BIM技术在绍兴体育场开合结构设计中的应用[J].建筑结构，2013，43（17）：144-148.

[3]吴文勇.BIM建筑结构设计过程的研究与实现[J].建筑结构，2013，43（sup）：825-828.

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