建筑结构设计流程管理研究

【摘要】建筑结构的复杂和多样对建筑结构设计提出了更高的要求，尤其在设计质量和工作量方面。二维模型的结构设计已经无法满足现在建筑行业的要求，基于BIM技术结构设计的巨大优势已经在多个工程实践中得到验证。论文将根据BIM技术的特点，结合传统结构设计流程，建立基于BIM的建筑结构设计管理流程，提高建筑结构设计的质量和效率。

【关键词】结构设计；BIM；流程管理

1引言

在建筑结构设计的过程中，建筑结构设计不严谨，设计质量不达标是影响建筑质量的重要因素[1]。依据二维结构设计的传统方式不可避免地会有工作效率低下、与相关专业的信息传递不良、绘图工作量大、结构的构件位置和设备管线碰撞和错位等缺点[2]。BIM（BuildingInformationModeling）建筑信息模型是利用数字模型完成建筑设计项目的设计和管理，具有智能化、数字化、各模型间信息关联性好等优点。另外，该系统强大的设计协同能力可以高效地检查设计碰撞问题，明显提高结构设计质量。与此同时，设计管理是站在设计管理者的角度根据业主的要求，进行建筑设计质量和流程的管理[3]。设计管理的主要内容包括：设计任务书、设计信息的管理、与设计相关的规范和标准、设计流程的制定、设计协作的管理、设计质量的管理。

2BIM技术的特点

BIM技术不仅可以用在建筑的设计和施工过程中，还可以在建筑交付后的后期运营和管理中发挥作用，可以应用在建筑全寿命周期中。主要的特点有：1）设计模型的可视化。传统的基于CAD软件的建筑结构设计是二维平面设计，设计成果只能通过平面来展示，很难体现出立体结构的效果。BIM技术可以同时呈现结构设计的三维立体效果和实现建筑实体的立体建模，如图1所示。图1BIM建筑设计三维模型2）设计信息集成化。根据BIM基础模型，各个专业的设计可以将设计的参数如构建间的空间、尺寸、材料等信息输入到模型当中，实现各个专业间的高度集成。3）可传递性。BIM技术可以在设计的各个数据之间建立有效和统一的关联，不需要设计人员去更新相关工作，若程序自动修改了某项数据或内容后，系统能够自动将修改内容反馈到与之关联的图元中，提高工作效率的同时减少了设计错误率。

3传统结构设计的主要问题

基于二维平面的传统结构设计流程和管理模式面临的主要问题包括以下4个方面：1）设计方法方面。二维施工图绘制方法，结构和构件的布置需要从平面和剖面2个方面绘制，若不进行仔细的校对经常会出现平、剖位置不对的错误。2）设计手段方面。传统结构设计中结构设计和结构建模计算需要在不同软件中进行，结构计算需要根据二维软件中结构布置来计算结构建模，计算完成后还需要返回二维结构设计软件中再修改和绘制结构图纸。由于结构设计完成后不可避免地会进行修改或调整，不断往复的结构设计和建模会增加设计的工作量，降低设计质量。3）设计协同方面。二维空间的设计无法直观地反映各个设计专业间的关系，相互之间的协作较为困难，只能依靠设计人员的空间想象力来设想各专业之间的关系，不可避免地会发生专业间的碰撞和构件的位置冲突。4）设计管理方面。一旦项目开始，设计单位面临的工作量巨大，为了尽快达到业主要求的工作目标，若设计的监督管理不到位，设计图纸的布局不合理、内容不完整等现象经常出现，结构和建筑专业的对比检查和校对会出现不仔细和不全面的问题。

4基于BIM的建筑结构设计流程

为了弥补二维设计图纸的缺点，结合BIM技术特点和应用情况，利用BIM技术对传统的结构设计流程进行了优化，主要包括如下3个方面。4.1方案设计阶段。基于BIM技术的结构方案设计阶段的管理流程：结构专业先依据建筑专业提交的方案模型，结合项目实际情况进行结构方案的设计和建模。然后，对结构模型进行计算和分析，并进行调整和修改及校审。下一步汇总各专业的方案模型数据，并进行设计协调。最后，修改和调整各个专业的设计方案，进入初步设计阶段。4.2初步设计阶段。基于BIM技术的初步设计阶段的流程：首先项目的各个专业相互提交方案模型，根据地勘报告和荷载信息进行结构的初步设计建模，在此过程中，结构和其他专业互提设计模型，进行结构构件位置和尺寸的初步设计并初步预留各专业的设备孔洞。然后计算和分析结构模型，并对结构进行调整、修改和校审。最后根据各初步设计模型对数据进行融合和汇总，进行必要的修正和调整后进入下一个阶段。4.3施工图设计阶段。基于BIM技术的结构施工图设计阶段的首要任务是各个专业相互提交初设模型，根据项目的地基、风荷载、地震等实际情况，构建结构设计模型。建模完成后，对结构进行计算并对结果进行调整和修改、校审。然后，汇总组合各设计专业的初步设计模型数据并进行设计协调和修改，继而完成结构施工图的设计模型。最后，可直接生成二维施工图，经过和结构模型的校核后就可以将施工图的BIM立体设计模型和二维图纸一并交付给业主。

5设计流程对比分析

基于BIM的建筑结构设计流程对结构设计管理的改进主要体现在：在方案设计阶段，基于BIM技术进行结构方案的设计可以将设计成果的表达从纸面过渡到结构模型，可以直接将该成果应用在企业的投标、下一步的审批、以此为基础的深化设计中。将传统流程的阶段性提资活动转换成随时对各专业模型进行提取和交换的方式，专业之间的协同设计较好，可最大限度地避免交叉专业间的设计冲突风险。2种结构设计方式的区别如表1所示。另外，BIM技术可以利用立体模型直观地反映项目的设计成果，还可以直接生成二维图纸，并可以根据模型和各个构件实时更新，可以避免传统图纸中平面、立面、剖面不一致的情况。二维和BIM结构设计在各个阶段工作量上的差别如表2所示。从表2可以看出，利用BIM技术可以明显提高整个设计流程中的效率，平均提升了约37.6%，其中，检查和协调环节的提升最为明显，达到了88.9%，效率提高最小的阶段为施工图的设计阶段，效率提升了近20%。由此可得BIM技术在结构设计过程当中有明显的优势。

6结语

本文通过分析传统二维建筑结构设计面临的主要问题和基于BIM结构设计的特点，根据BIM技术的特点优化了结构设计的流程，提高结构设计的管理水平，相比于传统模式，该设计管理方案在设计质量和设计工程量方面有明显的优势。由于BIM技术在国内的应用才刚刚兴起，在应用过程当中还面临着诸多问题，设计阶段的模型细度不够明确，BIM结构模型和第三方结构分析软件在使用上的兼容性问题，对于BIM模型生成的建筑结构的二维施工图不一定完全符合相关的制图标准，有时需要二维CAD辅助完成节点、细部的设计。另外，BIM技术的使用也会明显增加设计单位的人力和运营成本，软件的维护费用也会增加。

综合来讲，BIM技术会明显提高建筑结构设计的效率和设计的质量，从长远的角度来看，BIM技术符合建筑设计企业质量管理的目标，会逐渐被整个设计行业大规模地应用。

【参考文献】

【1】尹海鹏,陈越,曹清.基于BIM的龙岩金融商务中心B3号楼结构设计[J].工程设计,2012,7(161):34-45.

【2】王志强,武栋,李芳.BIM技术对结构设计中的改变[J].山西建筑,2014,40(34):47-48.

【3】陈圻,刘曦卉.设计管理理论与实务[M].北京：北京理工大学出版社,2010.

作者:陈波 单位:成都建工第一建筑工程有限公司