建筑工程结构设计阶段运用BIM技术的研究分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 18 日 作者简介：郑森（1990），男，汉族，浙江丽水人，大学本科，工程师，研究方向为结构设计。-77-建筑工程结构设计阶段运用 BIM 技术的研究分析 郑 森 上海精典规划建筑设计有限公司缙云分公司，浙江 丽水 321400 摘要：摘要：在建筑工程设计建设的各个阶段，BIM 技术可以为其提供信息化的建设管理平台，可以协助相关人员完成建筑设计、维护以及施工等相关工作。建筑结构设计是建筑工程施工建设的重要基础，直接关系到后续的施工质量，为保证设计的科学性，可以符合建筑工程的施工要求，需要将 BIM 技术应用在设计阶段，利用信息化的技术手段保证设计的准确性。本文主要分析在建筑工程设计阶段 BIM 技术的运用优势和策略，为促进 BIM 技术在建筑工程中的应用效果。关键词：关键词：建筑工程；结构设计；BIM 技术 中图分类号：中图分类号：TU99 在信息技术快速发展的背景下，可以将 BIM 技术应用在工程结构设计中，利用 BIM 技术的优势，对工程结构进行模拟，以此保证结构设计可以符合建筑工程的施工要求，具备较强的科学性和合理性。1 BIM 技术内涵与应用现状 BIM 技术又称建筑信息模型，属于数据化工具，在工程设计与管理中具有重要的应用价值，能够利用信息化的数据处理系统对建筑信息进行整合，并利用三维立体模型直观展现出结构内容，技术人员可以利用BIM 技术提供的各种信息作出正确决策，进而实现工程设计与管理工作质量和效率的提升。建筑工程的结构设计需要设计人员深入研究施工区域的地质情况，并形成勘察报告，根据工程的施工要求完成结构设计，在此过程中，BIM 技术的应用可以提高设计中各项参数的准确性，利用自身的可视化功能增强结构设计的反馈性和互动性，设计人员可以借助 BIM 系统建立一个数据共享的模型对施工现场进行勘察，并进行设计施工。目前 BIM 技术的优势和作用以及得到了广泛的认可，我国已经成为 BIM 应用领域最大的国家之一，未来发展前景广阔。2 建筑工程结构设计阶段运用BIM技术的意义 结合目前 BIM 技术在建筑工程结构设计中的应用情况，应用意义主要体现在减少误差、提高效率、优化工作交接等方面。2.1 缩小设计与实际施工中存在的误差 结构设计是建筑工程施工的基础，传统的设计模式中，设计人员会使用 CAD 技术等进行图纸设计，以2D 平面的施工设计图为主，部分图纸需要人工绘制，这就导致图纸的内容与实际施工情况之间可能存在一定的误差，而 BIM 技术具备 3D 建模的功能，可以将建筑结构更加直观的展现出来，并借助大数据等技术形式完成数据信息的计算，得到的数据参数更加准确。此外，不同施工设计方案的选择会影响到后期施工技术的应用和施工质量，但部分设计人员在结构设计阶段对建筑工程的施工现场勘查不到位，导致设计图纸不符合施工要求，后续施工中容易出现图纸变更等问题，BIM 技术可以对设计内容进行可视化模拟，分析图纸设计出现的误差，从而提高图纸设计的准确性，缩小设计与实际施工中存在的误差。2.2 提高整体施工效率 BIM 技术对于提升建筑工程整体施工效率具有重要作用，一是 BIM 技术具有模型一体化设计的功能，设计人员可以在一个统一的模型中进行协作设计，将建筑工程的结构和机电等模块进行合成，协调不同模块之间的关系，二是通过 3D 建模，设计人员可以更加直观的了解建筑的结构和外观，设计工作的效率会有所提升，三是 BIM 技术也可以应用在材料管理中，通过对建筑工程施工要求和方案的分析确定施工材料，并借助 BIM 系统实现对材料库存情况和使用情况的管理，可以强化采购和管理的准确性，以此提高效率、降低成本1。2.3 提高交接工作的顺利性 项目的数字化交接是目前建筑工程发展的新趋势，中国科技期刊数据库 工业 A-78-BIM 技术可以以 3D 模型作为基础，实现信息的统一、结构化存储，不同建筑构件之间可以实现信息自动传递和关联变动。建筑工程结构设计中，传统的工作交接模式是将纸质的二维设计图纸作为成果，在信息获取和修改方面存在不变，由于多数建筑工程的施工周期较长，参与单位较多，容易出现信息传递错误的情况，导致交接工作受到影响，同时，由于传统设计模式中，主要是依赖二维设计图纸，模型需要多种图纸才能呈现，对解读人员技术水平要求较高。而 BIM 技术在交接工作的过程中，可以呈现出抛物线式的特点，在短时间内可以加大量的成果，每个结构构建的几何信息和非几何信息都可以通过数字化的形成存储到数据库中，数据库具有动态化和形象表达的特定，BIM技术在应用时可以逐步积累，并在三维的环境下完成对工程数据的解读，BIM 模型可以根据设计人员的需求自动生产各种二维图纸和图表，也可以建立三维效果图以及结构动画，可以保证交接工作的顺利性。3 建筑工程结构设计阶段运用 BIM 技术应用作用 针对建筑工程结构进行设计时，设计人员需要掌握 BIM 技术的优势和使用方法，根据建筑工程结构设计的要求，利用 BIM 技术完成各结构部分的设计，为后续的施工管理奠定基础。3.1 建筑整体结构中应用 建筑整体结构的设计是施工建设的基础，设计人员可以利用 BIM 技术对设计工作模式进行优化，形成科学的整体结构设计方案，完成对建筑结构汇总梁、板、柱的设计，同时根据施工要求明确参数设计的标准。首先，结构设计人员应明确建筑工程的基本性质和建设的性能要求，从建筑整体的角度出发，设计整体结构；其次，BIM 技术具有信息集成化功能，设计人员可以利用该功能对不同结构之间的关联性进行分析，从而确定具体的结构位置，并为后续的施工管理预留施工位置；最后，在整体结构的设计中，可以将 BIM技术应用在墙体的设计中，重点分析不同楼层墙体结构的参数，并将所有的结构数据信息进行整合，形成结构设计数据库，为后续的设计工作提供数据支持2。3.2 建筑结构碰撞设计应用 传统建筑工程结构设计中的碰撞设计和检测主要将各个专业的设计图纸打印出来，通过叠放、对比等方式，由人工检查完成碰撞检测，该种方式的工作量大，效率较低，准确性也有待提升。应用 BIM 技术可以实现对建筑结构的三维信息建模，在三维建模的基础上开展碰撞检测，准确度更高，尤其是较为复杂的结构中，BIM 技术更具优势。设计人员首先需要明确碰撞分析的基本流程，在实际结构设计中，碰撞主要可以分成硬碰撞和软碰撞两种，其中硬碰撞是指在设计图纸中两个事物出现重合，无法正确发挥作用，软碰撞则是指实物之间没有重合，但之间的距离过小，无法正常施工或影响后续的管理，BIM 技术主要是针对硬碰撞进行检测，找出存在碰撞问题的具体位置，并进行协调优化，形成最优的结构设计形式3。BIM 技术在碰撞设计中的应用重点包括以下几点，一是管线碰撞检测，建筑工程中各种管线交错复杂，涉及多项专业施工，包括电力、通信、消防等，BIM 技术利用三维 模型可以将结构和管线的真实尺寸呈现出来，并按照一定的比例建模，准确程度较高，可以发现潜在的碰撞问题，并按照真实的标高位置布置管线，并结合不同项目的设计模型，实现不同类型管线之间的位置优化，如果管线存在碰撞问题，也可以利用 BIM 技术提供的碰撞检测数据重新设计；二是暖通专业检测，建筑结构与暖通系统的碰撞问题，利用 BIM 系统中的地址就可以搜索出现碰撞的结构部件，设计人员可以根据信息提前设计预留孔洞的位置和大小；三是水系统碰撞检测等，结构与水系统碰撞检测的内容包括消防洒水系统、污水排放系统、循环供水系统等，设计人员可以使用 BIM 技术检测碰撞点，并分析水管与相关结构之间的距离，从而判断设计是否合理、是否符合施工的要求，并完成对碰撞设计的优化4。3.3 建筑结构参数设计应用 建筑工程结构设计的目的是将工程各部分结构紧密结合在一起，形成完整且相互支撑的整体，保证整体结构具有较强的稳定性能，符合建筑工程的施工要求，为此，设计人员需要深入分析建筑结构的各项参数，尽量降低建构设计过程中存在的误差，BIM 技术的应用可以利用信息化软件完成结构参数的计算和设计，对于分析结构性能具有重要作用。例如，对于装配式建筑中预制构件的生产和拼装，需要钢结构的设计提供准确的参数，BIM 技术的引入，不仅能可视化钢结构中国科技期刊数据库 工业 A-79-设计，还能利用钢结构参数，进行各种抗震性能分析和计算统计，提高结构参数计算的准确性和建筑质量，可以利用ProStructures软件完成对结构的内力分析、动力分析，并对钢结构各项功能提供准确的计算数值，可以为结构整体的设计以及后续施工提供参数支持5。3.4 建筑结构协同中应用 CAD 技术的应用可以在一定程度上减少人工绘制结构图纸中的误差，但无法完全改变设计绘制的思路，利用 BIM 技术可以通过关联性信息实现协同设计，设计人员可以在 BIM 系统中根据建筑结构的设计要求对个别构件的属性参数进行调整，整个模型中所有的相关参数也会随之调整，可以有效降低设计人员的工作量，可以大幅度提升结构设计的效率，也可以避免因数据更改出现的信息错误。BIM 技术在建筑结构协同中的应用主要包括以下几方面，一是可以推动设计人员工作模式的创新，BIM 系统可以为设计工作提供统一的平台，例如，结构设计人员对模型中梁的尺寸进行修改时，系统会自动生成修改记录，与梁对应的各种信息也会及时更新，该平台也可以作为不同参建单位交流信息、协作的平台。二是 BIM 模型的协同设计是以三维为基础，通过模型可以获取不同专业的设计数据，可以满足多个专业的设计人员共同进行建筑结构的设计，并利用可视化的功能对设计内容进行调整，加强各专业之间的协作效率6。3.5 剪力墙部分应用 一是可以借助 BIM 技术的可视化功能完成剪力墙结构施工的模拟，对剪力墙结构的位置、布局进行优化，保证剪力墙的位置可以满足建筑工程的设计要求，在建筑结构的端部、转角、平面突出以及荷载较大的位置布置剪力墙。二是利用 BIM 技术分析剪力墙的结构受力点，通过三维立体模拟，对剪力墙结构的竖向荷载、水平荷载等数值进行计算，以此判断相关数值是否处于合理的范围中。三是在剪力墙的厚度设计阶段，应保证剪力墙具备较强的稳定性、刚度、强度等，可以通过 BIM 技术对不同的设计模式的效果进行分析，从而保证剪力墙的设计可以满足建筑工程的设计需求7。3.6 结构施工顺序中应用 结构施工的顺序直接关系到施工阶段各项工作安排的合理性，在建筑结构的施工阶段，部分结构可以同时进行施工，部分内容需要有明确的施工顺序，才能保证施工工作可以高效开展，在提高施工效率的同时实现对施工成本的控制，但应用传统的设计模式，无法准确判断哪些结构施工会相互影响，BIM 技术的应用可以自动完成模拟施工过程，并总结施工工期和施工成本选择最佳的施工方案顺序，针对部分结构的施工，BIM 技术的检测系统可以判断是否存在冲突。此外，在后续的施工阶段，如果结构施工出现变动，需要更改设计图纸，可以使用 BIM 技术对结构设计更改的相关数据进行分析，并对后续的结构施工顺序进行调整，避免整体的施工效率受到影响8。4 结束语 建筑结构设计是建筑工程施工建设的基础工作，应结合建筑工程施工建设的要求，充分发挥 BIM 技术的应用优势，掌握 BIM 技术应用的要点，利用 BIM 技术针对建筑工程的整体结构进行设计、开展碰撞检测、结构参数设计、建筑结构设计协同、剪力墙设计以及结构施工设计环节中，保证各项数据信息的准确性，为设计施工提供数据支持，以此提升建筑工程结构设计的科学性。参考文献 1王威.BIM 技术在建筑工程结构设计中的应用研究J.居业,2022(3):127-129.2刘威.BIM 技术在现代建筑工程结构设计中的应用研究J.中国建筑装饰装修,2022(20):68-70.3王磊.基于 BIM 技术在建筑工程结构设计中的推展应用分析J.建筑技术开发,2020,47(15):14-15.4王锋.基于 BIM 技术的建筑工程结构设计中的应用分析J.砖瓦世界,2020(12):87.5覃华龙.BIM 技术在现代建筑工程结构设计中的应用探研J.电脑爱好者(校园版),2022(21):181-182.6王传坤,王经萍.建筑结构设计中 BIM 技术的应用研究J.工程学研究与实用,2021,2(4).7刘白冰.基于 BIM 的建筑信息一体化工程管理研究J.工程管理,2021,2(1):72-73.8杨磊.装配式建筑结构设计中的 BIM 技术应用分析J.工程技术发展,2020,1(1):57-58.