上海市政工程设计研究总院集团第六设计院 230031
摘要：BIM 技术在结构设计应用中具有独特的优势，可以改进结构设计效率，帮助企业降低人力成本投入。但是BIM 技术在当前的结构设计应用过程中也存在一定的缺陷，在未来的设计中需要克服。现以合肥十五里河流域治理工程徽园站调蓄池为例探析在结构设计中BIM技术的应用。
关键词：结构设计；BIM技术；应用
随着社会的不断发展，城市化进程在不断的加快，工程数量越来越多，促使了工程设计行业的快速发展。BIM技术在结构设计上运用，可以建立更为科学有效的数字模型，更好地提升结构的设计质量。
1 BIM 技术的特点
1.1 可视化
BIM 技术将结构体构建为三维立体模型，各种抽象的数据、信息都直接在模型中展现出来，降低了数据计算的负担，各种设计思路都一一展现，有利于设计人员以及各部门之间的信息交流，优化设计方案。
1.2信息集成
BIM 技术是建立在数据模型基础上，模型包含了整个建筑结构设计所需要的各种核心数据和信息，充分体现了良好的集成性，有利于设计人员在数据平台上快速完成设计任务。包括整个结构设计的全部信息，如地形模拟、支护形式、结构尺寸、构件的性质和连接方式等等，设计人员可快速查询、修改所需要的各种信息，并且得到有效反馈。
1.3 协同设计
BIM 技术是一种设计方法，但同时也可扩展创新一个辅助信息交流平台，此平台可作为设计单位、业主和施工方之间的交流沟通桥梁。设计时可根据实际需要或者临时项目变化等等信息进行快速变更设计，也可结合不同专业之间进行有效沟通，从而提升各部门之间的协作效率，使得设计更贴合实际需要以及标准规范。
1.4 参数化
参数化是指在BIM模型建立过程中，所有构件、设备等实体的尺寸信息，相对位置等数据不再是固定不变，而是全部设置为参数，参数之间用函数、方程式相关联，可以随时根据设计人员的需要进行调整参数，一个参数改动的同时，与之关联的参数也随之改变，模型也同步自动修改。参数化的应用使得模型可以随着设计深度的加深而不断细化，这意味着BIM模型不再是二维定稿后的翻模，BIM正向设计得以实现。
在当前的结构设计过程中，往往因为前端专业的变动，导致图纸、计算模型反复修改，设计人员疲于应对，BIM技术可以有效解决此类问题。此次徽园调蓄池设计过程中，在主体结构敲定后，工艺、暖通设备及附属构筑物调整多次，通过建模前期的参数设置，用函数方程式绑定构件、设备之间的关系，修改时，可以达到牵一发而动全身的效果。
2结构设计中BIM技术的应用
2.1 BIM 技术在地形模拟及基坑支护中的应用
传统二维设计中，建（构）筑物与周围环境的关系无法准确表达，需要结合地形图、总平图、地质勘察测量报告等多方面信息反复推敲，无法直观了解，给设计初期带来不少困难。在此次徽园调蓄池设计过程中，将地质测量数据统计入表格，导入BIM模型中，得到准确直观的地形。基于地形的建立，在主体结构轮廓确定后，建立支护模型，准确地将地形、结构、支护三者直观展现。对于需要放坡开挖的工程，可以结合厂区土方调配准确得出开挖方量，甚至模拟出土方运输的路径，这对于施工组织设计有较大帮助。
同时，鉴于BIM软件限制，现阶段，诸如粘聚力、内摩擦角、地基承载力等土层参数尚不能准确表达，也无法模拟出土体对支护、结构主体的支撑作用，这一问题也将是后续BIM技术发展一个较为重要的研究方向。
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图 1 徽园调蓄池地形、支护模型
2.2 BIM模型在结构计算中的应用
在以往结构设计过程中，复杂结构形式利用现有结构设计软件，难以精确建模，或者模型在计算过程中不断调整，修改困难。此次徽园调蓄池设计中，基于BIM模型，在各专业均敲定方案到处最终模型后导出准确结构轴线，实现BIM模型与Midas结构计算模型的准确转换。在建模层面实现了结构计算的精确性。在此基础上，可以通过BIM建模软件自动提取工程量，分项列出，得出精确的工程量，从而可以达到准确控制造价。
2.3在节点设计中的应用
结构设计中，常常遇到受力复杂节点需要单独分析、绘制详图。因为各方面因素的干扰，结构设计过程中可能碰到加强布置和结构连接方面的难题。在结构设计中，需要考虑梁梁刚接、梁梁铰接以及梁柱连接等连接模式，设计人员需要全面掌握这几种连接方式的特点和设计思路，而后结合具体的参数要求进行构件连接专项设计，明确具体的设计参数。通过在应用BIM 技术，能够调整相关参数，有效控制螺栓数量和构件间距。设计人员能够快速绘制大样，分析具体的位置，进而明确连接件位置和加强件的设置方法，这种方式能够有效保障结构设计的质量，有利于提升设计实效性。
2.4 BIM技术在多专业协调中的应用
结构设计工作在具体开展过程中，需要对接建筑、工艺、排水、暖通等诸多专业，会产生大量预留、预埋、构件与设备冲突等问题，其处理结果将会直接影响到整个项目的建设质量、使用性、可靠性等。人力有穷尽，以往二维设计过程中，难免会有遗漏、错误，给后续施工带来困难，甚至返工。在BIM 技术的实际应用过程中，各专业基于同一模型进行设计，有效避免了冲突的发生，对于以往出现最频繁的诸如遗漏、碰撞等问题，BIM模型中能直观展现，也可在模型完全定稿后进行软件自动检查，减少大量人力投入同时，可以达到完全准确的效果。徽园调蓄池设计过程中，设计人员通过BIM技术在其中的应用，实现了信息的高效传递、有效共享等，通过这些信息可以实现各环节现存问题的有效控制。在保证结构设计工作可以有序开展的同时，能够为结构设计质提升提供保证。
2.5基于CATIA平台进行BIM模型与平面图纸转换
在当前的结构工程设计中，因为BIM 技术和传统技术有着一定的差别，可能导致在BIM模型转换二维图纸过程中碰到一定的问题。同时，一些BIM 设计平台缺乏深化设置，所以产生了一定的表达问题和线形问题，这样可能会提升结构设计的工作位。设计人员如果缺乏BIM 设计能力，难以有效利用其中的三维模型功能，可能增加设计工作的错误率，不利于缩短设计周期。在提升设计效率方面，应解决施工图绘制问题、设计图标注问题和线形效果问题。在施工图绘制方面，需要做好前期准备工作，明确构建的注释和具体参数信息。在图纸标注注释方面，可以提前构建族和统一格式，有利于传输构建设计信息。
在此次徽园调蓄池BIM模型确定后，在转换成平面施工图前，参照平面制图标准，预先在后台建立统一字体、线性、标注样式以及标准图框，依据二维出图要求，在三维模型各角度进行剖切设置，各专业均能得到高度统一的调蓄池各平、剖面，避免了以往多专业图纸在尺寸、定位上的不统一。在此过程中，也发现了现阶段BIM设计在出图方面的弊端：一是由于BIM模型为各专业共同创建，所有专业的构件、设备实体均能体现，在出图时，无法突出各专业想要表达的重点，需要后续继续修改；二是对于结构专业，目前仅能完成模板图部分出图，配筋图方面，尚缺乏手段进行Midas计算结果直接生成钢筋模型，需要结构设计人员另外出图，结构专业全过程BIM设计难以实现。
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图 7徽园调蓄池BIM模型生成顶板平面图
综上所述，在结构设计中应用BIM技术有较为显著的优点，不仅具备良好的可视化效果，还有良好的协调性，更具准确性。
参考文献：
[1]BIM技术在建筑设计中的应用探讨 [J].朱明坤.居舍.2019（34）
[2]BIM技术在建筑结构设计中的应用探讨 [J].王强.建材与装饰.2019（23）
[3]BIM技术在建筑结构设计中的应用探讨 [J].蔚统原.工程建设与设计.2019（10）
[4]BIM技术在建筑结构设计中的实践应用研究 [J].康文慧.门窗.2019（10）