如何将BIM更好应用于建筑结构施工设计

摘要：

文本旨在分析BIM对建筑结构施工图的实际，应用BIM技术能够极大的提高建筑结构施工图设计的质量以及效率，是当前设计发展的大势所趋。

随着建筑工程事业的发展，各种新型技术也不断的应用于建筑设计中，从而完善和规范建筑施工和设计，其中BIM因其独特的性能，在建筑结构施工图设计中广泛应用，BIM技术能够极大的提高建筑结构施工图设计的质量以及效率，是当前设计发展的大势所趋，文本旨在分析BIM对建筑结构施工图的实际应用，从而为日后设计提供理论参考依据。

前言

目前我国的建筑结构施工图设计依然只局限于二维的CAD技术中，并且依据二维图纸为媒介进行各专业设计的信息交流以及图纸交付，由于目前CAD技术不断发展，建筑设计提高了质量以及效率，但是依然存在局限性，比如共享性差、修改费时费力以及绘制图纸容易出现错误等问题，BIM技术的应用将会有效的解决上述问题。

1结构施工图设计的BIM需求

1.1设计流程

BIM的建筑结构施工图的设计流程与传统的结构施工设计并不相同，存在较大差异，一般来说，传统的建筑结构施工图设计通常采取二维图纸的方式，如图1a所示，存在诸多弊病，首先，相关设计人员需要结合实际施工情况设计模型并且分析建筑结构，依据结构设计软件实现构建设计以及内力分析，其次，将计算得出的结果提交给相关设计人员，并且对建筑设计模型进行调整，直至满足建筑设计需求，最后，需要根据结构设计进行施工图纸的绘制，由于目前的CAD技术取得了长足的发展，能够利用图层识别技术，进行构件定位以及自动导入轴网等少量信息，但是大量信息还无法兼顾，在绘制建筑结构施工图的过程中，尽管CAD软件能够具备一定的二维图自动生成功能，但是并没有关联性、完整性的信息，还不能够确保信息一致。

基于BIM的建筑结构施工图设计针对传统的设计模式而言，最大的优点在于以下几方面：能够具备完整的信息模型于工程设计中，能实现图档与模型的自动更新以及关联，并且实现相关软件之间的信息转换，具体设计流程，如图1b所示，首先，通过BIM设计软件监理BIM模型，然后将BIM设计模型导出成为IFC文件，并且采用BIM模型集成与提取平台，将建筑设计模型的结构构件信息加以提取，从而实现建筑结构施工图设计BIM模型，除此之外，还要通过BIM模型的提取实现结构设计模型的几何模型，并且利用补充荷载以及定义约束信息，进行结构的设计与分析，并且将设计结果进行反馈，调整模型，其次将建筑模型与设计结果形成的BIM模型有机结合在一起，完成完整的BIM模型，最后，进行BIM的建筑结构施工图的协同管理，建筑结构施工图BIM模型的构建时实现设计流程的关键所在。

图1结构施工图设计流程对比

1.2模型需求

通常来说，结构物理模型通常为建筑结构施工图设计信息模型的核心，不仅是最基本的结构物理模型，也包括管理信息、关联信息、属性信息等，在结构物理模型信息中，包括约束信息、轴网信息、截面信息、节点信息以及构件信息等，属性信息中包括设计结果信息、材料信息以及荷载信息等，关联信息包括属性与模型关联、视图与模型关联以及构件之间关联等，管理信息中包括用户权限信息、模型版本信息以及模型所有者信息等。

2建筑结构的BIM应用

2.1定义结构构件

在当前的IFC体系中，建立了完整的结构模型体系，从而更好的描述梁、板、柱、楼梯以及基础等构件。以墙体结构构件为例，首先定义建筑实体，其次利用集合关联实体进行楼层实体和建筑实体的关联，最后进行墙体实体的定义，并且利用空间结构关联实体完成楼层实体与墙体实体的关联，定义墙体模型，如图2所示。

图2定义墙体模型

2.2定义构件属性

BIM模型中有建造信息、力学性能、成本、材料、几何等多种属性，目前的IFC模型能够满足大部分模型构件的属性，以下以墙体为例进行定义关联关系，在IFC模型中定义构件的多层材料，如图3所示，墙体主要由内墙面砖、结构层、隔热层、外墙面砖四部分组成，首先要对材料属性进行定义，其次利用材料层集合使用实体、材料层集合实体、材料分层实体等进行材料模型的定义，最后，利用材料关联实体进行墙体材料与墙体的关联。

2.3定义关联关系

BIM模型中关联性及其重要，确保BIM模型信息的完整性以及一致性，在IFC中构件的关联关系通常分为对称性关联以及非对称性关联两种。

2.3.1非对称性关联

通常指两实体存在主从关系，依据修改主实体改变实体，而且不会对主实体的本质予以改变，以洞口和墙体为例，其中洞口依存墙体实体，删除墙体也会删除洞口，但是删除洞口却不会删除墙体，仅仅断开二者之间的关联关系，如图4所示，利用洞口关联实体从而进行洞口实体与墙体实体关联的建立。

图3墙体材料定义

图4墙体实体与洞口实体的关联

2.3.2对称性关联

通常指两实体存在对等关系，任何实体的改变都会影响另一实体的改变，比如柱、梁关联，梁实体与柱实体利用构件结构实现关联，如图5所示，调整梁实体时，与其关联的柱实体也会随之发生相应的调整，从而修改柱的关联，反而言之亦是如此。

图5梁实体和柱实体关联

3实现BIM模型的设计

3.1设计BIM模型

BIM模型的设计既要满足当今需求，还要重视BIM技术的未来发展，根据IFC的罗星结构，并且兼顾模型的方便性以及运行效率，从而将简化的IFC模型应用于BIM模型组织结构中，从而确保模型的高效性以及质量，并且方便IFC模型文件的导出，常见的BIM结构施工图罗星结构主要包括属性定义模型、材料信息模型、计算结果模型、结构构件模型四个部分，其中结构构件模型通常采取面型对象结构，将所有的结构构件均派用于建筑构件类，比如梁、板、柱等，并且通过构件关联类建立结构设计结果和结构构件之间的两部分关系，利用计算结果类与建筑构件类的耦合关系，从而实现结构构件与计算结构的关联建立关系，材料信息模型通常包括钢筋材料以及混凝土材料两种信息，并且依据材料关联类建立结构构件与材料属性的关联，属性定义模型实现了BIM核心的动态扩展，并为其提供技术接口，并且依据属性定义关联类，完成了结构构件动态属性的概念定义。

3.2实现系统

通过利用上述BIM模型，采取AutoCAD二次开发于VisualStudi-o.Net设计平台，从而实现BIM建筑结构施工图的设计，进行作图时不仅实现规范要求，还要表现设计特点，智能化系统才可以更好的仿效工程师制作施工图纸的过程，归纳工程设计人员的制图思维和绘图流程，产生专业工程师绘图程序，将录入设计模型转化成墙、柱、梁和板施工图的统一数学模型信息。绘制的施工图模型在AutoCAD上能够依据不同制图过程来反映施工图，模型在描绘施工图方面非常完善，能够开放选用，实现每个工程师的特点，并且能符合施工图显示方式的改变。如图6所示，主要包括应用层、模型层、接口层、数据层，其中，数据层是系统数据的主要来源，主要包括IFC文件信息、图档管理信息、设计规则信息、BIM模型信息以及系统信息，接口层是实现BIM模型物理储存数据的接口，BIM模型的提取可以依据IFC访问接口实现，除此之外，BIM数据库到内存BIM模型的映射过程可以通过BIM模型访问接口实现，模型层是BIM系统核心，根据BIM模型的作用满足实际结构施工设计的标准，应用层是BIM的各项应用，不仅能实现施工图设计，还能够进行设计模型与图档、算量统计、规范校验设计结果、检查三维模型等功能。

图6逻辑结构图

4总结

BIM技术的出现，为建筑设计行业带来飞跃，改良当前工程设计人员的专业分配与工作环节，使建筑结构设计步入三维设计的崭新时期。目前BIM建筑结构设计流程，具有更优良的可操作性，其中包含Auto-CAD技术等主要技术。该技术中存在的难点已经得到解决，满足了BIM建筑结构设计标准要求，更有效的促进BIM技术在我国建筑结构施工图设计中的应用，推动我国建筑设计行业的发展进步具有重要意义。

参考文献

［1］张建平．BIM技术的研究与应用［J］．施工技术，2011，41(1):15～18．

［2］王勇，张建平，王鹏翊等．建筑结构设计中的模型自动转化方法 ［J］．建筑科学与工程学报，2012，29(4):53～58．

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［6］阳舒华．BIM在结构施工图设计阶段的应用及案例分析［J］．土木建筑工程信息技术，2013(5):64－68．

（作者：刘建立驻马店诚达置业有限公司、驻马店职业技术学院建筑工程系，郭承孜驻马店职业技术学院建筑工程系）

来源：江西建材