基于 BIM建筑结构设计模型集成框架应用开发

基于 BIM建筑结构设计模型集成框架应用开发

张鹏

山东建大建筑工程鉴定检测中心 山东济南 250014

摘要： 在以建筑结构的基础设计模型集成框架中应用BIM技术作为开发研究，将有助于推动其在工程设计中的实际应用，满足基于BIM的建筑工程软件开发与应用需求，具有十分积极的作用和意义。

关键词:BIM ；建筑结构；设计模型；集成框架；应用开发

引言

伴随着社会经济的快速发展，在社会各个领域，如在建筑设计领域， BIM技术已经大量地得到了应用。建筑物结构设计合理与否，直接关系到建筑物质量的优劣，在建筑结构设计中，将 BIM技术成功应用到其中，可以在很大程度上提高建筑设计的质量的同时并提高效率，下文主要就 BIM在建筑结构设计中的有效应用展开详细分析。

1、BIM的信息集成过程与特征分析

以 BIM为例，其信息集成的最终目标是实现涵盖整个工程建设生命周期的全部数据信息集成，值得注意的是， BIM中数据信息的不断积累和集成实现，与建筑工程项目建设的各个过程和环节有着密切的联系，包括勘察设计、工程项目的产品使用管理等，相对而言，是一个较漫长的过程，而且在每个过程中都会有相对应的数据和信息，在其过程的推进与变化中，数据信息呈现出相应的不断积累与上升变化，最终通过对数据信息的集成，实现建筑工程全信息模型建立。

根据BIM的信息集成过程，与传统的工程生产与集成过程相比，BIM的工程生产与及集成过程中，集成生产能够促使各专业工程在工程设计中更早参与实现，以实现早期并行工作模式，比如，在建筑工程项目方案评定过程中，有关企业(包含建筑工程项目规划设计与工程承包等企业)的后续专业工作过程通过前移，来实现这一阶段各方面矛盾的有效协调，使其在早期阶段得到解决，从而为建筑工程项目设计与施工建设的顺利开展提供支持，并有效降低其资金浪费情况，促进工程项目建设的整体目标和效益提升。值得注意的是，BIM的信息集成过程中，由于信息集成各参与专业之间的相互联系，使其在信息交流方面与传统技术相比流畅性也更加显著，这也是BIM的信息集成过程主要特征表现。

2 建筑结构模型的复杂性

2.1基本对象表达的区别

建筑物结构设计的特点是一项具备综合性很强的工作，应用建筑物结构模型，要注意，面对不同的专业，无论是结构模型，还是建筑物模型，如对于建筑产品而言，在对其基本客体进行表述时，要考虑其空间分布关系、空间拓扑关系以及外观的真实表现等方面的因素，都是很困难的，这是整个建筑物模型领域非常关注的内容，而在结构模型方面，则更侧重于受力分析方面的内容，主要集中在相关对象、产品等实体方面。

2.2模型数据构建的反复

建筑模型在模型数量众多的情况下，通常被认为是最重要的，它能产生大量的信息，此外，这类信息还需要进行多方面的处理，如节能设计、结构设计、水电提取、继承等，并在提取、继承成功后，它还会再次进行第二次建模，在第二次建模的过程中，它不仅对原有的信息进行综合分析，而且还会根据自身的特点进行建模，将两者充分地融合，从而为相关人员提供更多的信息和资料，而且在每一次建模之后，它所获得的信息都会有一定的差异，因此，要想得到一个能满足设计师、业主和他人的结构设计方案，往往需要多次重复的建模，直到它能满足整个工程的所有要求。

3BIM建筑结构设计模型集成的应用过程

3.1信息收集

应用 BIM技术的基础是大量的详细数据，而 BIM建筑结构设计中模型集成的直接基础是大量的虚拟模型，这些虚拟模型需要信息数据的支持。通常情况下，在建筑设计初级阶段，需要收集一些基础资料，建立一个涵盖整个建筑的整体模型，接着进行简单的仿真，了解整个模型的基本情况。当整体仿真完成后，根据内部要求，对整个建筑进行小范围的局部仿真，把建筑分成若干个部分。针对各个部分收集大量信息，作为建模和集成的基础。

3.2可视化表达

建筑物模型的复杂性，直接关系到建筑物的功能、设计，一般大型建筑物，而对于建筑要求较高的建筑物，所需建模和分析的工作也较多，在建筑模型的构建与分析过程中，视觉环境可以保证整体工作的有效性。在商业、民用及转化层、地下室的设计上存在差异，需要选择好采集过程中的模板，以此模板为基础加入各种参数进行综合分析，整个过程直观直观，计算机支持，便于设计人员和施工人员理解设计要求和细节，使模型的集成和应用更方便有效，更易于理解。

4BIM建筑结构设计模型集成框架的应用策略

4.1整体框架的确定

在 BIM建筑结构设计中，应用模型集成框架首先要考虑整体框架，所谓整体框架，它包括两个层次：建筑整体模型框架和系统识别特定于建筑内部的框架。在模拟施工前，需要技术人员与施工单位进行沟通，获得建筑物的基本性能要求和参数指标，作为实地考察和资料收集分析的基础，对所有参数进行系统的界定，然后分别建立建筑物的整体模型框架和特殊框架。在这一阶段中，模型的集成主要是简单参数的叠加集成，强调了模型的全面性和分析范围，对于早期的模型，还有很大的调整空间，尤其是各种细节，比如转换层的转换梁设计，电梯间设计，室外设计，抗扭应力等。

4.2局部的框架性调整

局部框架调整是指在整体一体化框架确定之后所做的精细调整和细部处理，因为不同建筑的内部结构不同，所以不能采用固定式或集成式框架模型。利用 BIM模型对重要部位进行有限元力学分析，了解其传力、导力需求和性能概况，结合施工方案要求进行匹配分析，了解两者的差异，然后再进一步进行复杂的建模，对不同尺寸的模型进行叠加分析，直到达到设计要求。

4.3框架的重构

框架重构常常很少发生，通常发生在方案与设计偏差较大或施工环境十分复杂的时候。在四川省某地，2016年11月，最终确定的住宅建筑抗震等级标准为行业一般标准，建设单位和施工单位联合研究后，在考虑到建筑安全需求的基础上，改变了原来的建筑方案，要求提高建筑的抗震等级，根据收集到的信息数据，设计者重新对2、3、4、5、6级地震进行了反复建模和模拟，并且根据收集到的资料和数据，通过模拟2、3、4、6级地震，将抗震模型与原 BIM建筑设计模型相结合，使其更加符合施工单位的要求。由于地形条件复杂，如软土、缓坡等，这些地区的建筑结构受力、传递、导向等比较复杂，往往需要多次重建，选择最佳方案，再结合多维模型，才能保证建筑功能和使用价值满足要求。

4.5应用实例

在深圳的一处建筑工地上，2016年8月，该建筑分为南北两层，采用 BIM技术，根据施工要求，进行了初步的模拟试验。设计人员将模型分为四个维度，来保证模型集成框架的有效性，分别对北、南两栋建筑进行了模拟，并在此基础上建立了与北、南两栋建筑相对应的北、南4个模型。根据建设方的基本要求，采用配比分析法对各模型进行配比分析，采用权系数分析法对框架中的极端环境>内部影响>寿命>自然破坏四个方面的重要程度进行排序，优先选取“极端环境”内的模型作为基准，并采用 BIM技术对框架中的其它参数进行取值。

结束语

采用 BIM技术有效地克服了以往设计的不足，并将其应用于建筑结构设计的信息收集、可视化表达、模型重建三个阶段的模型集成框架设计过程，其具体应用策略主要有整体框架确定、局部框架性调整、框架重构三个方面，实例分析表明，上述理论具有很高的应用价值，可以为进一步加强 BIM应用效果提供参考。

参考文献

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[3]幸坤太.基于BIM技术的山地建筑结构设计及应用[J].科学咨询(科技•管理)，2018(05):32-33.