总结并分析了建筑信息模型（BIM）应用于结构工程领域过程中所存在的问题，提出了建筑信息模型方法学（结构BIM方法学）理论，认为该理论是由结构BIM技术的基本原则与结构BIM模型理论这两大分支构成；应用数学建模方法对结构BIM技术的基本原则进行了数学建模与理论分析，解决了结构从业人员对结构BIM技术应用方式与研究方法模糊的问题，同时基本原则的数学模型也为未来结构BIM技术的定量化研究打下了基础。最后阐述了构建结构BIM方法学理论的实践意义，并引出了结构BIM模型这一理论分支。所得结论为进一步讨论结构BIM模型的组织构架方法奠定基础。
关键词：结构工程；建筑信息模型；理论框架；参数化建模；方法学
中图分类号：TU17文献标志码：A
0引言
从工业仿真技术介入制造业以来，传统工业产品的设计与表达便由平面设计转变为3D可视化设计。这种转变不仅对制造业产生了深远的影响，而且也推动着建筑业的信息化发展。以Chuck所提出的建筑描述系统（Building Description System，BDS）为原型的建筑信息模型作为建筑全生命周期（Building Lifecycle）智能化的重要手段，正在不断改变着工程项目从初期招投标到后期运营维护全过程中各专业的传统工作模式。
目前各国学者对建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术的研究仍主要集中于BIM发展战略等宏观层面[1-3]，而结合结构工程的特殊性对结构BIM技术在工程结构全生命周期中的应用目标与使用方法所开展的研究较少，且尚未有任何相关的方法学理论被提出。这使得BIM在介入到结构工程工作后蜕变为企业的营销手段，没有实现BIM应有的价值，更没有形成规范的行业运行模式。随着建筑业推行BIM的力度不断加大，深入分析BIM在结构工程领域发展缓慢的原因，找出可能的解决办法仍十分迫切。
为此，本文首先分析了结构BIM技术在应用过程中所存在的问题，得出了结构BIM技术的使用目的与推广价值。其次针对结构BIM技术的应用方法，提出了建筑信息模型方法学（结构BIM方法学）理论，并论述了该方法学理论的组织构架与工作原则。最后阐述了构建结构BIM方法学理论的重要实践意义，为后续在该方法学框架下进一步研究3D全BIM工作模式及相关技术奠定基础。
1结构BIM技术的定义及特征维度
根据《民用建筑信息模型设计标准》（DB11/T 1069—2014），BIM技术定义为创建并利用数字化模型对建设工程项目全生命周期活动进行管理和优化的过程、方法和技术[4-5]。具体到结构工程中结构BIM技术是利用计算机软硬件技术，通过创建结构BIM模型，实现对工程结构全生命周期中信息流管理的过程和方法。
结构BIM技术的特征维度除继承目前已有的BIM基本维度的内容[1]外，笔者认为还应具有结构BIM技术所特有的特征维度。
（1）结构BIM的技术维度。结构BIM技术是结构工程中应用到的全部先进技术的集成，包括：①高新测量技术，如卫星遥感测量、GIS技术以及激光扫描技术等；②虚拟仿真技术，如数值模拟技术、逆向工程技术等；③人工智能，如人工神经网络技术等。
（2）结构BIM的过程维度。继承建筑全生命周期的思想，形成工程结构全生命周期模式，使得结构工程服务于结构初选（特指建筑初步方案中的结构形式）、结构设计、土建施工、结构健康监测、结构鉴定加固直至结构拆除。
（3）结构BIM的价值维度。凭借结构BIM模型的完备性、关联性、一致性，实现了结构工作的可视、信息协调一致和模型重复利用[6-8]，提高了结构工作效率。
2结构BIM技术的应用现状
BIM技术应用于结构工程领域是建设工程信息化发展的产物。结合已有的工程实例，笔者将从以下3个方面阐述结构工程中的BIM应用现状及存在问题。
2.1结构BIM模型
依据国家《建筑工程信息模型应用统一标准》（征求意见稿）与北京市地方标准《民用建筑信息模型设计标准》（DB11/T 1069—2014）[9]中对BIM模型的定义，判定结构工程中所应用到的主流软件模型是否为结构BIM模型。
笔者首先对结构工程中应用频率最高的软件模型（Revit、斯维尔软件、ArchiCAD，PKPM、盈建科、AutoCAD，AutoCAD-Architecture，Tekla，IFC）进行比较分类（表1）：
2.2结构BIM技术的价值
结构工程在BIM未被引入之前就是依托数字化模型开展工作的，许多已有软件模型均已实现参数化设计、设计成果3D表达、设计成果自动生成（结构施工图、土建工程量统计、土建造价计算等）和协同工作等需求。根据目前已有的BIM应用实例不难发现，由于BIM技术的介入，不仅使得结构设计时模型堆砌现象严重，一个项目中结构专业所使用的软件模型数量过多，模型使用不具有系统性，多个软件模型间的主次关系不清晰，而且使结构设计工作变得冗杂，在克服与中国国家结构规范不相吻合时增加了大量的接口开发、数据库构建等复杂的重复性工作，还增加了软件间模型相互转化的工作负担、出错概率和时间浪费。如结构模型通过接口转换不仅耗时长、构件错误现象严重，而且蕴含有难以发现的模型错误，在结构分析时模型的错误会极大地影响结构分析结果，多数时候如果对接口转换模型进行修改则不如重新建模；此外基于结构BIM模型直接生成的DWG图纸通常难以满足施工图归档要求，一般情况下均需要翻图后才能够归档。因此，目前在符合中国规范要求的结构3D建模、分析及绘图软件十分成熟的条件下，无法看出基于结构BIM技术的工程软件对结构工程工作所带来的实际价值。故需要研究结构工程使用BIM技术的目标以及结构BIM技术对结构工程的实际价值。
