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摘要：本文通过对BIM相关关键字的检索，研究了BIM技术在结构工程四个阶段的国内外研究情况，包括提取信息阶段、结构设计阶段、建模阶段、分析阶段，使土木工程从业者与专业学生了解BIM技术在国内外结构工程中的研究进展。
关键词：建筑信息模型，结构工程，分析，应用
0前言
随着时代的发展，信息化进程的加快，建筑行业的传统运作模式已无法满足现代社会信息化发展的需要。BIM技术作为是工程领域的一种新兴工具，是以三维数字化模型为基础，集成建筑相关的各类信息的一个工程数据模型[1]。其贯穿整个项目的全生命周期，从项目的设计阶段，直至施工、管理、后期运维乃至废除阶段都有它的身影。同时，它也是不同专业之间协同工作的平台，各专业的信息能够在平台上进行交互，受到了行业内很多人的青睐，并对其进行研究应用。
1 国内外研究现状
美国的BIM应用与研究均位于世界前列，目前，美国的大部分建筑项目都已经应用BIM，其对于BIM的应用点种类繁多，而且已有各种BIM协会及其制定的各种BIM标准。英国的BIM研究与应用在其政府的强制规定下，其发展也十分迅速。2011年5月，英国内阁办公室发布了“政府建设战略（Government Construction Strategy）”文件，要求到2016年实行全面协同的3DBIM，并将所有的文件以信息化管理。日本从2009年开始，大量的设计单位、施工企业也开始应用BIM。日本国土交通省从2010年开始组织探索BIM在设计可视化、信息整合方面的价值及实施流程[2]。
我国BIM技术的研究起步相对较晚，第一篇有关BIM研究的文献发表于2003年的学术期刊上。2010年，BIM的研究数量出现激增，开启了研究BIM的热潮[3]。现如今，国内BIM的发展处于高速阶段，各类建筑项目在不同程度上均使用了BIM技术。目前，政府也在大力推进BIM的研究与应用。
目前，我国针对BIM的研究主要集中在管理方面，有关结构方面的研究应用鲜有发表。本综述在介绍BIM的同时，着重聚焦于BIM技术在结构工程中的应用，让人们了解BIM概念、技术的同时，也激发对其研究的兴趣。
2 BIM在结构工程中的应用
BIM技术在发展的过程中，主要应用于项目的后期运维管理阶段，在项目全生命周期前段的应用较少。本文聚焦于BIM技术在结构工程中的具体应用，通过在Web of Science网站上搜索关键词“BIM”、“Building Information Modeling”、“Structure”、“Structural”、“Construction”、“Connection”、“Frame”、“Shear”、“Stress”、“Story”、“Column”、“RC”、“Earthquake”及其不同的排列组合，经过筛选获得共计23篇关于BIM技术在结构工程中的应用的文献。现根据不同的应用场景，将其分为四个应用阶段，对于每一个阶段，阐述具有代表性的研究工作。
1.1BIM技术在信息提取阶段的应用
BIM的核心是信息，也是基础。因此，对于不同软件中项目信息的提取就成为了研究热点。针对结构工程，BIM提取的信息主要集中在结构相关的数据方面，例如结构的尺寸、结构的受损程度等，为后续的其他研究提供便利。
Chen[4]（2019）等人基于视觉技术，自动匹配参考实拍照片，并使用一个由合成图像生成的信息模型来提取自己感兴趣的相关结构（即研究对象），检测诸如裂缝、断裂和剥落等缺陷，用于建筑和基础设施状况评估。
Xiao[5]（2019）等人则是利用R-Star CAD实现建筑信息模型与结构分析软件PKPM的链接屏障，然后通过Revit二次开发提取结构信息，完成结构分析模型的信息补充。其后续的结构碰撞检测、材料用量优化设计方案也为建筑结构设计提供了一定的参考价值。
另外，BIM技术还可以与激光扫描技术结合，用于获得建筑物的受损状态及其变形程度的信息提取。Zeibak-Shini[6]（2016）等人与Ham[7]（2018）等人均对此进行了研究。两者不同之处在于，Zeibak-Shini（2016）等人通过对建筑物正面受损状态的点云的捕获，提出了一种适用于带填充墙的钢筋混凝土框架结构的计算方法，并进行了试验。该方法可用于支持自然灾害后的恢复工作。后者则是根据扫描结果与BIM模型进行对比分析，确定管架（如桁架、柱）的变形程度，对大型民用基础设施进行结构安全诊断。
1.2BIM技术在结构设计阶段的应用
设计阶段作为整个项目较为前端的工作阶段，对工程的影响巨大。若在设计阶段遗留了很多问题或隐患，那么在之后的施工乃至运维阶段进行修正与弥补的代价将极其庞大。在设计阶段被发现并解决问题将为之后的工作带来便利。另一方面，设计阶段往往需要庞大的计算量，相比于传统的设计模式，使用BIM作为结构设计平台能够实现设计过程的系统化、交互可视化和跨学科、跨软件数据交换。由于设计过程的迭代性，过程的系统化和自动化是高效BIM环境的基本要求
近年来，BIM技术在新建筑施工中的应用已取得成功，成为促进设计、施工和使用的重要工具。然而，有些缺陷在现有建筑、设施需要翻新或重建的情况下十分突出。Szel?g[8]（2017）利用BIM技术开发了既有建筑支撑结构解决方案，针对那些后期需要增加荷载的结构进行设计，在确保结构安全性的前提下计算出允许增加的最大荷载，对于翻修工程有重大的参考意义。
混凝土浇筑通常受到设计限制、结构考虑和现场操作限制的影响。因此，需要进行细致的规划，以确保现浇构件之间接缝的美观性和结构完整性。Sheikhkhoshkar[9]（2019）等人從管理的角度研发了自动化混凝土接缝定位解决方案，以避免由于有缺陷的混凝土浇筑计划而导致的结构缺陷、施工返工或结构不稳定。 钢筋设计是钢筋混凝土建筑结构设计的一项重要且必要的工作。Eleftheriadis[10]（2018）等人与Mangal[11]（2018）等人利用BIM技术进行了钢筋的自动化设计研究。Eleftheriadis（2018）等人提出了一种基于BIM的计算方法，用于钢筋的自动规格化，并与有限元（FEM）结合，支持钢筋混凝土楼板的优化，使其可以在满足结构安全以及符合规范的前提下，最大程度地节约成本。Mangal（2018）等人提出了基于BIM的钢筋混凝土框架结构自动优化的三阶段混合遗传算法。该方法框架确定了钢筋混凝土建筑框架中钢筋的选择和对齐，以获得最小钢筋面积，同时考虑了纵向拉伸、纵向压缩和剪切钢筋。由于钢筋设计的特殊性和涉及的计算量巨大，人工计算耗时长，有时会导致错误设计、超设计和欠设计。上述两种方法在一定程度上能有效解决钢筋配筋的问题，然而在其经济性的问题上，还有待研究、发展。
BIM技术在结构设计阶段另一大研究方向便是结构优化。Lee[12]（2012）等人针对高层建筑结构施工，提出了基于点的设计过程，并使用结构建筑信息模型（S-BIM）来提升其效率，获得更多的最优解，最终提高建筑的可施工性、结构安全性和经济可行性。Eleftheriadis[13]（2018）等人提出了一种综合的钢筋混凝土结构成本和内含碳优化设计方法，该方法基于BIM，利用有限元建模和具有可施工性约束的多目标遗传算法，建立了结构布局优化、板柱尺寸优化、板柱配筋优化的多层次工程分析模型。而Tafraout[14]（2019）等人则是在遗传算法的技术上提出了一种创新方法，该方法能够自动以IFC格式或BIM平台为给定的架构配置导出最优结构，并且该方法还提供了接口，使得在架构设计中拥有更多的自由度，适应各种类型的结构体系。
1.3BIM技术在建模阶段的应用
BIM的信息化管理对于很多项目的后期運维有着十分重要的作用，能大大提升管理效率。然而，很多老旧建筑在设计、建造阶段并未使用BIM技术，没有对应的BIM模型，这就使得其信息化管理面临巨大难题。BIM模型是所有BIM技术的基础，因此BIM建模阶段的研究、应用就显得格外重要，能有效解决没有模型这一难题。通过各种自动化或半自动化的方法生成BIM模型，能有效进行之后的结构分析（结构损耗、结构可靠度分析等）以及项目运营管理等应用，从而提高效率。
Bortoluzzi[15]（2019）等人提出了一种利用二维平面图和立面图生成语义丰富的BIM的自动化过程，该过程具有足够的几何尺寸，用于能量模拟，并集成了日常建筑操作和设施管理所需的重要多样性和数据量。该方法尽量减少了模型创建和维护所需的资源，限制了初始建模，以匹配可用建筑图纸上的详细程度，同时提供了在将来合并复杂几何体的灵活性。
Yang[16]（2020）等人提出了一种从二维计算机辅助设计（CAD）图形中生成语义丰富的结构BIM模型的半自动方法，用于解决由手工创建语义丰富的BIM模型耗时长以及可能出现的模型缺陷等问题。相比于Bortoluzzi（2019）等人提出的方法，该方法有更高的准确性与更大的灵活度，模型中包含了反映施工图中结构细节的多个单元，并且施工图中几乎所有的文字信息都被准确地导入到结构BIM模型中。然而，该方法的缺陷在于还不能创造出复杂的几何图形，需要进一步研究相应的连接几何生成方法。
Laefer与Truong-Hong[17]（2017）提出了一种从点云重建结构钢构件的全自动方法。该方法从地面激光扫描点云中自动识别结构钢构件并以BIM兼容格式生成该几何图形，克服了目前重建现有金属结构三维模型所需时间和资源的不足。
随着时间的推移，许多老旧建筑已经到达了设计年限，需要进行翻新工作。Ding[18]（2019）等人提出了一个整合BIM与逆向工程（RE）的数字化建设框架，以提升不同阶段的资讯利用率，进而减少都市更新过程中翻新工程的失误与返工。该框架还结合了辅助技术（虚拟现实、三维打印和预制）和结构分解工具，以更好地理解设计和施工，提高组织和管理质量。
1.4BIM技术在分析阶段的应用
BIM技术对于结构分析的提升有着举足轻重的作用，结合各类算法，能有效提升分析的效率与精度，便于建筑的设计与建造及其后期维护管理。使用BIM技术，结合BIM模型及其可视化的特点对分析对象进行分析处理，其结果数据能直观地在模型上展示出来。同时，BIM技术也能在面对一些计算量特别大的分析过程中使用机器运算代替传统的人工运算，大大提升了计算速度，并有效降低了出错的可能性。
Porwal[19]（2012）等人提出了一种结合BIM的一维切割废料优化技术的钢筋混凝土结构分析模型。通过算法可以在工程设计阶段了解钢筋纵剪损耗并进行优化，最终将其延伸至施工阶段的建筑废料管理。项目团队可以通过利用该模型来模拟建筑和结构设计要求，以便对设计进行必要的更改，以尽量减少钢筋浪费。
Hasan[20]（2019）等人讨论了BIM环境中分析模型语义方面的缺陷，并提出了改进建议，开发了一个以BIM为中心的结构分析系统。该系统基于垂直和水平单元的耦合有限元，以及板和基础的边界元，可用于三种分析模式：1）固定基础上部结构分析，2）组合上部结构和下部结构分析，3）多层地基桩筏基础分析。
随着时代的发展，环境问题得到人们越来越多的关注，可持续发展成为了当今社会的热点问题。Raposo[21]（2019）等人在BIM的基础上，结合生命周期评估分析、比较新建筑预制混凝土构件的环境影响、现有建筑中构件的抗震加固解决方案及其成本，同时还可以结合生命周期成本（LCC）分析其经济性。
3 结论
3.结论
本文研究了国内外文献在结构工程的四个阶段的研究成果与进展，包括提取信息阶段、结构设计阶段、建模阶段、分析阶段，结论如下： 1）目前，國内外对结构工程方向BIM的研究数量还非常少，还处于研究的萌芽期。
2）结构工程各个阶段的BIM研究，均具有深入研究的意义，值得我们的学者与学生去深入了解。其发展仍具有较大潜力，需要我们共同研究，从而助力建筑行业更快、更好地发展。
参考文献
[1]Liu， Lu， Peh， 2019. A Review and Scientometric Analysis of Global Building Information Modeling （BIM） Research in the Architecture， Engineering and Construction （AEC） Industry. Buildings.. doi：10.3390/buildings9100210
[2]张海龙.建筑信息模型的国外研究综述[J].化工管理，2018（35）：64-65.
[3]郑华海，刘匀，李元齐.BIM技术研究与应用现状[J].结构工程师，2015，31（04）：233-241.
[4]Chen， J.， Liu， D.， Li， S.， Hu， D.， 2019. Registering georeferenced photos to a building information model to extract structures of interest. Advanced Engineering Informatics.. doi：10.1016/j.aei.2019.100937
[5] Xiao， L.， Liu， Y.， Du， Z.， Yang， Z.， Xu， K.， 2019. Model Analysis and Optimization of BIM Technology in High-rise Shear Wall Residential Structure. MATEC Web of Conferences.. doi：10.1051/matecconf/201926702001
[6] Zeibak-Shini， R.， Sacks， R.， Ma， L.， Filin， S.， 2016. Towards generation of as-damaged BIM models using laser-scanning and as-built BIM： First estimate of as-damaged locations of reinforced concrete frame members in masonry infill structures. Advanced Engineering Informatics.. doi：10.1016/j.aei.2016.04.001
[7] Ham， N.， Lee， S.H.， 2018. Empirical Study on Structural Safety Diagnosis of Large-Scale Civil Infrastructure Using Laser Scanning and BIM. Sustainability.. doi：10.3390/su10114024
[8]Szel?g， R.， 2017. The Use of BIM Technology in the Process of Analyzing the Increased Effort of Structural Elements. Procedia Engineering.. doi：10.1016/j.proeng.2017.02.165
[9] Sheikhkhoshkar， M.， Pour Rahimian， F.， Kaveh， M.H.， Hosseini， M.R.， Edwards， D.J.， 2019. Automated planning of concrete joint layouts with 4D-BIM. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2019.102943
[10] Eleftheriadis， S.， Duffour， P.， Stephenson， B.， Mumovic， D.， 2018. Automated specification of steel reinforcement to support the optimisation of RC floors. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2018.10.005
[11]Mangal， M.， Cheng， J.C.P.， 2018. Automated optimization of steel reinforcement in RC building frames using building information modeling and hybrid genetic algorithm. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2018.01.013
[12]Lee， S.I.， Bae， J.S.， Cho， Y.S.， 2012. Efficiency analysis of Set-based Design with structural building information modeling （S-BIM） on high-rise building structures. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2011.12.008 [13]Eleftheriadis， S.， Duffour， P.， Greening， P.， James， J.， Stephenson， B.， Mumovic， D.， 2018. Investigating relationships between cost and CO 2 emissions in reinforced concrete structures using a BIM-based design optimisation approach. Energy and Buildings. doi：10.1016/j.enbuild.2018.01.059
[14]Tafraout， S.， Bourahla， N.， Bourahla， Y.， Mebarki， A.， 2019. Automatic structural design of RC wall-slab buildings using a genetic algorithm with application in BIM environment. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2019.102901
[15]Bortoluzzi， B.， Efremov， I.， Medina， C.， Sobieraj， D.， Mcarthur， J.J.， 2019. Automating the creation of building information models for existing buildings. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2019.102838
[16]Yang， B.， Liu， B.， Zhu， D.， Zhang， B.， Wang， Z.， Lei， K.， 2020. Semiautomatic Structural BIM-Model Generation Methodology Using CAD Construction Drawings. Journal of Computing in Civil Engineering.. doi：10.1061/（asce）cp.1943-5487.0000885
[17]Laefer， D.F.， Truong-Hong， L.， 2017. Toward automatic generation of 3D steel structures for building information modelling. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2016.11.011
[18]Ding， Z.， Liu， S.， Liao， L.， Zhang， L.， 2019. A digital construction framework integrating building information modeling and reverse engineering technologies for renovation projects. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2019.02.012
[19]Porwal， A.， Hewage， K.N.， 2012. Building Information Modeling–Based Analysis to Minimize Waste Rate of Structural Reinforcement. Journal of Construction Engineering and Management.. doi：10.1061/（asce）co.1943-7862.0000508
[20]Hasan， A.M.M.， Torky， A.A.， Rashed， Y.F.， 2019. Geometrically accurate structural analysis models in BIM-centered software. Automation in Construction.. doi：10.1016/j.autcon.2019.04.022
[21]Raposo， C.， Rodrigues， F.， Rodrigues， H.， 2019. BIM-based LCA assessment of seismic strengthening solutions for reinforced concrete precast industrial buildings. Innovative Infrastructure Solutions.. doi：10.1007/s41062-019-0239-7
作者簡介：陆凯凤（1982-），女，大学本科，工程师。研究方向：电力工程建设。
国网上海市电力公司 上海 200120
关键词：建筑信息模型，结构工程，分析，应用
0前言
随着时代的发展，信息化进程的加快，建筑行业的传统运作模式已无法满足现代社会信息化发展的需要。BIM技术作为是工程领域的一种新兴工具，是以三维数字化模型为基础，集成建筑相关的各类信息的一个工程数据模型[1]。其贯穿整个项目的全生命周期，从项目的设计阶段，直至施工、管理、后期运维乃至废除阶段都有它的身影。同时，它也是不同专业之间协同工作的平台，各专业的信息能够在平台上进行交互，受到了行业内很多人的青睐，并对其进行研究应用。
1 国内外研究现状
美国的BIM应用与研究均位于世界前列，目前，美国的大部分建筑项目都已经应用BIM，其对于BIM的应用点种类繁多，而且已有各种BIM协会及其制定的各种BIM标准。英国的BIM研究与应用在其政府的强制规定下，其发展也十分迅速。2011年5月，英国内阁办公室发布了“政府建设战略（Government Construction Strategy）”文件，要求到2016年实行全面协同的3DBIM，并将所有的文件以信息化管理。日本从2009年开始，大量的设计单位、施工企业也开始应用BIM。日本国土交通省从2010年开始组织探索BIM在设计可视化、信息整合方面的价值及实施流程[2]。
我国BIM技术的研究起步相对较晚，第一篇有关BIM研究的文献发表于2003年的学术期刊上。2010年，BIM的研究数量出现激增，开启了研究BIM的热潮[3]。现如今，国内BIM的发展处于高速阶段，各类建筑项目在不同程度上均使用了BIM技术。目前，政府也在大力推进BIM的研究与应用。
目前，我国针对BIM的研究主要集中在管理方面，有关结构方面的研究应用鲜有发表。本综述在介绍BIM的同时，着重聚焦于BIM技术在结构工程中的应用，让人们了解BIM概念、技术的同时，也激发对其研究的兴趣。
2 BIM在结构工程中的应用
BIM技术在发展的过程中，主要应用于项目的后期运维管理阶段，在项目全生命周期前段的应用较少。本文聚焦于BIM技术在结构工程中的具体应用，通过在Web of Science网站上搜索关键词“BIM”、“Building Information Modeling”、“Structure”、“Structural”、“Construction”、“Connection”、“Frame”、“Shear”、“Stress”、“Story”、“Column”、“RC”、“Earthquake”及其不同的排列组合，经过筛选获得共计23篇关于BIM技术在结构工程中的应用的文献。现根据不同的应用场景，将其分为四个应用阶段，对于每一个阶段，阐述具有代表性的研究工作。
1.1BIM技术在信息提取阶段的应用
BIM的核心是信息，也是基础。因此，对于不同软件中项目信息的提取就成为了研究热点。针对结构工程，BIM提取的信息主要集中在结构相关的数据方面，例如结构的尺寸、结构的受损程度等，为后续的其他研究提供便利。
Chen[4]（2019）等人基于视觉技术，自动匹配参考实拍照片，并使用一个由合成图像生成的信息模型来提取自己感兴趣的相关结构（即研究对象），检测诸如裂缝、断裂和剥落等缺陷，用于建筑和基础设施状况评估。
Xiao[5]（2019）等人则是利用R-Star CAD实现建筑信息模型与结构分析软件PKPM的链接屏障，然后通过Revit二次开发提取结构信息，完成结构分析模型的信息补充。其后续的结构碰撞检测、材料用量优化设计方案也为建筑结构设计提供了一定的参考价值。
另外，BIM技术还可以与激光扫描技术结合，用于获得建筑物的受损状态及其变形程度的信息提取。Zeibak-Shini[6]（2016）等人与Ham[7]（2018）等人均对此进行了研究。两者不同之处在于，Zeibak-Shini（2016）等人通过对建筑物正面受损状态的点云的捕获，提出了一种适用于带填充墙的钢筋混凝土框架结构的计算方法，并进行了试验。该方法可用于支持自然灾害后的恢复工作。后者则是根据扫描结果与BIM模型进行对比分析，确定管架（如桁架、柱）的变形程度，对大型民用基础设施进行结构安全诊断。
1.2BIM技术在结构设计阶段的应用
设计阶段作为整个项目较为前端的工作阶段，对工程的影响巨大。若在设计阶段遗留了很多问题或隐患，那么在之后的施工乃至运维阶段进行修正与弥补的代价将极其庞大。在设计阶段被发现并解决问题将为之后的工作带来便利。另一方面，设计阶段往往需要庞大的计算量，相比于传统的设计模式，使用BIM作为结构设计平台能够实现设计过程的系统化、交互可视化和跨学科、跨软件数据交换。由于设计过程的迭代性，过程的系统化和自动化是高效BIM环境的基本要求
近年来，BIM技术在新建筑施工中的应用已取得成功，成为促进设计、施工和使用的重要工具。然而，有些缺陷在现有建筑、设施需要翻新或重建的情况下十分突出。Szel?g[8]（2017）利用BIM技术开发了既有建筑支撑结构解决方案，针对那些后期需要增加荷载的结构进行设计，在确保结构安全性的前提下计算出允许增加的最大荷载，对于翻修工程有重大的参考意义。
混凝土浇筑通常受到设计限制、结构考虑和现场操作限制的影响。因此，需要进行细致的规划，以确保现浇构件之间接缝的美观性和结构完整性。Sheikhkhoshkar[9]（2019）等人從管理的角度研发了自动化混凝土接缝定位解决方案，以避免由于有缺陷的混凝土浇筑计划而导致的结构缺陷、施工返工或结构不稳定。 钢筋设计是钢筋混凝土建筑结构设计的一项重要且必要的工作。Eleftheriadis[10]（2018）等人与Mangal[11]（2018）等人利用BIM技术进行了钢筋的自动化设计研究。Eleftheriadis（2018）等人提出了一种基于BIM的计算方法，用于钢筋的自动规格化，并与有限元（FEM）结合，支持钢筋混凝土楼板的优化，使其可以在满足结构安全以及符合规范的前提下，最大程度地节约成本。Mangal（2018）等人提出了基于BIM的钢筋混凝土框架结构自动优化的三阶段混合遗传算法。该方法框架确定了钢筋混凝土建筑框架中钢筋的选择和对齐，以获得最小钢筋面积，同时考虑了纵向拉伸、纵向压缩和剪切钢筋。由于钢筋设计的特殊性和涉及的计算量巨大，人工计算耗时长，有时会导致错误设计、超设计和欠设计。上述两种方法在一定程度上能有效解决钢筋配筋的问题，然而在其经济性的问题上，还有待研究、发展。
BIM技术在结构设计阶段另一大研究方向便是结构优化。Lee[12]（2012）等人针对高层建筑结构施工，提出了基于点的设计过程，并使用结构建筑信息模型（S-BIM）来提升其效率，获得更多的最优解，最终提高建筑的可施工性、结构安全性和经济可行性。Eleftheriadis[13]（2018）等人提出了一种综合的钢筋混凝土结构成本和内含碳优化设计方法，该方法基于BIM，利用有限元建模和具有可施工性约束的多目标遗传算法，建立了结构布局优化、板柱尺寸优化、板柱配筋优化的多层次工程分析模型。而Tafraout[14]（2019）等人则是在遗传算法的技术上提出了一种创新方法，该方法能够自动以IFC格式或BIM平台为给定的架构配置导出最优结构，并且该方法还提供了接口，使得在架构设计中拥有更多的自由度，适应各种类型的结构体系。
1.3BIM技术在建模阶段的应用
BIM的信息化管理对于很多项目的后期運维有着十分重要的作用，能大大提升管理效率。然而，很多老旧建筑在设计、建造阶段并未使用BIM技术，没有对应的BIM模型，这就使得其信息化管理面临巨大难题。BIM模型是所有BIM技术的基础，因此BIM建模阶段的研究、应用就显得格外重要，能有效解决没有模型这一难题。通过各种自动化或半自动化的方法生成BIM模型，能有效进行之后的结构分析（结构损耗、结构可靠度分析等）以及项目运营管理等应用，从而提高效率。
Bortoluzzi[15]（2019）等人提出了一种利用二维平面图和立面图生成语义丰富的BIM的自动化过程，该过程具有足够的几何尺寸，用于能量模拟，并集成了日常建筑操作和设施管理所需的重要多样性和数据量。该方法尽量减少了模型创建和维护所需的资源，限制了初始建模，以匹配可用建筑图纸上的详细程度，同时提供了在将来合并复杂几何体的灵活性。
Yang[16]（2020）等人提出了一种从二维计算机辅助设计（CAD）图形中生成语义丰富的结构BIM模型的半自动方法，用于解决由手工创建语义丰富的BIM模型耗时长以及可能出现的模型缺陷等问题。相比于Bortoluzzi（2019）等人提出的方法，该方法有更高的准确性与更大的灵活度，模型中包含了反映施工图中结构细节的多个单元，并且施工图中几乎所有的文字信息都被准确地导入到结构BIM模型中。然而，该方法的缺陷在于还不能创造出复杂的几何图形，需要进一步研究相应的连接几何生成方法。
Laefer与Truong-Hong[17]（2017）提出了一种从点云重建结构钢构件的全自动方法。该方法从地面激光扫描点云中自动识别结构钢构件并以BIM兼容格式生成该几何图形，克服了目前重建现有金属结构三维模型所需时间和资源的不足。
随着时间的推移，许多老旧建筑已经到达了设计年限，需要进行翻新工作。Ding[18]（2019）等人提出了一个整合BIM与逆向工程（RE）的数字化建设框架，以提升不同阶段的资讯利用率，进而减少都市更新过程中翻新工程的失误与返工。该框架还结合了辅助技术（虚拟现实、三维打印和预制）和结构分解工具，以更好地理解设计和施工，提高组织和管理质量。
1.4BIM技术在分析阶段的应用
BIM技术对于结构分析的提升有着举足轻重的作用，结合各类算法，能有效提升分析的效率与精度，便于建筑的设计与建造及其后期维护管理。使用BIM技术，结合BIM模型及其可视化的特点对分析对象进行分析处理，其结果数据能直观地在模型上展示出来。同时，BIM技术也能在面对一些计算量特别大的分析过程中使用机器运算代替传统的人工运算，大大提升了计算速度，并有效降低了出错的可能性。
Porwal[19]（2012）等人提出了一种结合BIM的一维切割废料优化技术的钢筋混凝土结构分析模型。通过算法可以在工程设计阶段了解钢筋纵剪损耗并进行优化，最终将其延伸至施工阶段的建筑废料管理。项目团队可以通过利用该模型来模拟建筑和结构设计要求，以便对设计进行必要的更改，以尽量减少钢筋浪费。
Hasan[20]（2019）等人讨论了BIM环境中分析模型语义方面的缺陷，并提出了改进建议，开发了一个以BIM为中心的结构分析系统。该系统基于垂直和水平单元的耦合有限元，以及板和基础的边界元，可用于三种分析模式：1）固定基础上部结构分析，2）组合上部结构和下部结构分析，3）多层地基桩筏基础分析。
随着时代的发展，环境问题得到人们越来越多的关注，可持续发展成为了当今社会的热点问题。Raposo[21]（2019）等人在BIM的基础上，结合生命周期评估分析、比较新建筑预制混凝土构件的环境影响、现有建筑中构件的抗震加固解决方案及其成本，同时还可以结合生命周期成本（LCC）分析其经济性。
3 结论
3.结论
本文研究了国内外文献在结构工程的四个阶段的研究成果与进展，包括提取信息阶段、结构设计阶段、建模阶段、分析阶段，结论如下： 1）目前，國内外对结构工程方向BIM的研究数量还非常少，还处于研究的萌芽期。
2）结构工程各个阶段的BIM研究，均具有深入研究的意义，值得我们的学者与学生去深入了解。其发展仍具有较大潜力，需要我们共同研究，从而助力建筑行业更快、更好地发展。
参考文献
[1]Liu， Lu， Peh， 2019. A Review and Scientometric Analysis of Global Building Information Modeling （BIM） Research in the Architecture， Engineering and Construction （AEC） Industry. Buildings.. doi：10.3390/buildings9100210
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作者簡介：陆凯凤（1982-），女，大学本科，工程师。研究方向：电力工程建设。
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