BIM问答|什么是结构BIM技术？结构BIM的特殊性

所谓结构BIM技术，即是通过利用信息技术创建结构模型，实现对工程结构全生命周期中信息管理的过程和方法。结构BIM技术脱胎于BIM技术，当然必须继承BIM的固有特征，即既有管理过程，又能输出模型结果。然而，当前结构工程在BIM体系中的地位却是尴尬的，主要因为结构设计对于模型的需求与其他专业有所不同。拿建筑设计与结构设计比较，建筑设计和结构工程对同一建筑物的信息表达与需求的侧重点不一样。前者着重于表达建筑组件（梁、柱等等）在空间中的拓扑关系、分布顺序、表现形式等等，考察的是建筑物在现实世界中所呈现的真实的美学表现；后者则从力学角度观察、分析建筑组件之间相互的连接关系，考察建筑物真实的承载能力。

除此之外，不同角度的表达过程也决定了表达结果。目前在建筑业主要使用的三维模型中，以建模方法来分，有线框模型、表面模型和实体模型三大类。线框模型的基本单位是线素，线素通过多样的组合，生成不同的点、线、弧，继而组建起基本的立体框架，多用来表征建筑物的轮廓以及基本架构。表面模型是以面素为基础，通过描述三维体的表面来构造模型。面素多以平面和二次曲面为主，并组合生成不同的面。表面模型表面描述能力强，有利于外型设计的可视化，也可对其进行有限元网格的划分。实体模型则借助立方体、圆柱体、球、圆环等基本体素，通过布尔运算创建三维实体；此外，面素也可以通过拉伸、旋转等方式生成实体模型。实体模型具备完整的几何拓扑信息，可以退化成表面模型和线框模型，能进行有限元分析。

在建筑设计阶段，由于实体模型记录了完整的几何拓扑信息，便于修改和编辑，所以设计者使用几何造型类、核心建模类软件创建的BIM模型，通常都是三维实体模型。而目前结构分析中更多采用线框模型而非实体模型，因为线框模型与结构设计中的力学简化理念相一致，此种模型作为简化计算模型有利于各种结构计算、分析。在施工和运营阶段中，对于可视化、虚拟仿真的要求则更多，因此表面模型更加适合。另外，在一些火灾模拟分析(FDS)、能耗分析、光照分析等应用中，表面模型较于实体模型更好处理，表现力较线框模型更优，所以也多采用表面模型。

在实际使用三种模型的过程中，可以发现表面模型和实体模型具有一定的承接关系，如面素可以通过拉伸、旋转等方式生成实体，故二者之间的转换较为容易。而线框模型和实体模型由于信息的完整度开始就不对等，加之限制于数据格式、接口转化等问题，所以难以高效、准确地转化。而传统的结构设计使用的模型基本都基于建筑模型并由此演化而来的，在2D时代由于图纸包含的信息并不复杂，所以并未引起多大的问题；然而在3D乃至BIM时代，代表着基本表达诉求的模型，它们的差异性就必然会引起专业之间协同工作的难以进行，进而引起了模型信息落后的一方跟不上整体前进的步伐。在模型信息表达上的差异性，就是结构工程特殊性的本质所在。

所以结构BIM技术要想实现结构全生命周期的管理，建立适用于结构工程的BIM模型则首当其冲。总而言之，研究结构BIM技术，就是研究BIM技术在结构工程中的应用方法；利用此方法解决结构BIM模型如何像建筑、施工等其他专业一样融于BIM模型的体系之内，实现专业之间信息资源共享的问题。

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