基于BIM的建筑结构施工图设计研究

赵广荣

【摘 要】将BIM（建筑信息模型）技术引入到建筑结构施工图的设计过程中能够提升建筑结构施工图设计的效率，同时能够解决目前建筑结构设计中存在的发展瓶颈。阐述了面向结构施工图设计的数据要求，并对其描述方法进行了分析；基于IFC架构的结构施工图设计信息模型进行了施工图设计原型系统的开发；最后通过实际案例对基于BIM的工程实际效果进行了应用测试。结论表明，基于BIM的结构施工图设计可以极大提升建筑结构设计的效率与质量，是建筑结构施工设计领域的重要发展趋势与技术特征。

【关键词】BIM；技术特征；应用软件

0 引言

目前在建筑设计领域，广泛使用的依然是基于二维CAD技术的各种软件。各个应用软件之间的信息传输依赖于二维图形与文档进行信息的交换，同时设计的成果也是以施工图纸作为最终的表现形式。基于CAD的工程设计思路有效提升建筑的效率，缩短了设计周期，但是随着目前建筑技术的快速发展，也面临这发展瓶颈。其主要表现就是在建筑施工图设计过程中各个阶段的信息共享性较差，工程模型建立、图纸绘制、图纸修改等都耗费了大量的时间与人力劳动。基于BIM的设计技术能够提供在建筑设计全过程中的信息共享，解决传统设计过程中存在的问题。目前BIM技术尚无统一的技术标准，因此相关的软件之间的信息交换仍然存在一定的问题，建筑设计领域需要的成熟的BIM软件仍然缺乏，因此进行基于BIM建筑施工图的设计理念、设计方法、设计流程以及相关技术具有重要的理论意义与实践应用价值。

1 基于BIM的结构施工图设计需求

1.1 设计流程

与传统基于CAD技术的二维设计流程不同，基于BIM的建筑结构施工图设计具有不同的设计流程。在设计流程中，设计人员要能够给予建筑设计图纸进行结构分析，并进行模型设计；在设计软件中将结构内部的构件以及构件之间的关系进行确定，并能够对内力进行不要分析；在此基础上将结构设计的结果对建筑设计人员进行实时反馈，通过反馈信息进行建筑设计模型的结构与参数的调整，直至满足设计的相关需求，最后根据设计的结果绘制最终的结构施工图。这样的设计流程能够最大程度保证设计需求分析与设计结果的一致性，并有效提升设计的质量与效率。目前CAD技术中也具有图层识别技术自动导入轴网以及构建定位等信息传输，但是需要手工构建大量模型，同时信息不完备，关联度也存在一定的问题，不能保证设计过程中信息的一致性。

1.2 模型描述

建筑结构施工图设计信息模型是以结构物理模型为核心，同时要能够根据构件的关系对模型的属性、模型之间的关联信息、管理信息进行定义。在BIM设计软件中，结构物理模型信息包含构建信息、节点信息、约束信息等；属性信息包含材料信息、内里信息等；关联信息则体现的的是构建之间的连接关系、属性的关联等；管理信息则是用户信息、版本信息以及模型文件信息等基本信息。

2 基于IFC架构的模型定义

IFC是IAI在建筑行业制定的建筑产品数据描述标准，目前已经被全球主要国家的建筑行业接受，并成为模型的数据描述与信息交换标准。在模型建立过程中，采用IFC可以保证模型数据的标准性欲一致性。在本部分的描述中从构件定义、关联关系实现以及IFC数据等方面对施工图BIM模型的构建方案进行详细的阐述。

2.1 结构构件定义

根据IFC的定义，一个完整的建筑结构模型可以分为梁、柱、板、墙、梯等基本构件，这些基本构件都是由实际的建筑构件实体派生出来的。如墙构件的定义，基于IFC标准中药首先进行建筑实体的定义，然后通过关联建立建筑实体与楼层实体之间的对应联系，最后进行墙体实体的构件。最终通过墙体实体与楼层实体的关联定义实现对墙体实体的定义。

2.2 构件属性定义

根据IFC标准构件的模型要能够对构建的几何、材料、力学等维度的属性进行定义。如对于墙体实体的属性定义就包含材料属性的定义，如墙体是否由外墙面砖、隔热层、内墙面、结构层等四层材料构成，同时还需要对各个材料层进行定义与关联，建立墙体与墙体材料之间的有效关联。

2.3 关联关系的定义

构件之间的关联性是BIM模型的重要特征，这样的特征保证了整个模型信息的一致性与完整性。基于IFC标准的模型面向对象的逻辑机构保证了BIM模型体系的有效关联。构件之间的关联关系有对称与非对称两个分类。

2.4 自定义IFC数据实现

目前建筑工程技术快速发展，建筑对象呈现多样性、复杂性、分散性的特征，因此目前现有的IFC模型架构无法实现对现有建筑实体的对应关系。作为开放的标准体系，IFC标准下的建筑結构设计模型支持实体扩展、属性集扩展以及基于IFC-Proxy实体扩展。在目前的应用过程中具有运行效率高、扩展模型软件识别难等特点，基于IFC-Proxy实体方式可以满足用于对少量模型信息进行按照需求的扩展，具有显著的灵活性但是运行运行效率较低。属性集扩展结合了以上两种优势，具有灵活性高与模型信息的扩展。

3 BIM模型设计与实现

3.1 BIM模型设计

根据IFC标准模型逻辑机构，同时适当考虑到模型的运行效率与修改的便捷性，采在项目设计中采用了简化的IFC标准进行模型的设计，在保证模型有效的前提下，降低了软件的计算量。所设计的模型包含有结构模型、计算模型、属性模型以及材料模型四个方面。结构件模型包含结构件的类别以及构件的耦合关系；材料信息模型包含材料属性以及与结构构件之间的关联；属性定义模型可以实现结构构件的动态属性定义。

3.2 系统实现

根据所涉及的BIM模型，在CAD技术二次开发下实现了基于BIM的结构施工图设计原型。设计的系统的逻辑机构图主要包含数据层、结构层、模型层以及应用层四个层次。作为系统数据的来源数据层是系统的核心，并具有系统信息、模型信息、设计规则信息等组成部分；接口层是实现物理存储数据与模型之间数据通信的接口。应用层则包含了BIM的各项应用，主要有三维模型检验、图形文档的设计管理等方面的功能。

4 结论

本文主要对基于BIM模型的建筑结构施工图的设计方法、流程以及模型建立于实现进行了研究分析。通过案例分析可以得出以下几个方面的结论。首先是目前基于CAD技术的二维建筑施工图已经不能完全满足日益复杂的建筑工程需求，需要在设计方法方面有所创新；同时目前IFC标准下的BIM模型可以满足设计要求，但是在实际应用过程中要能够实现实体之间的逻辑对应，并通过适量简化提高模型的运算效率；最后模型的运用要能够与国内的建筑规范以及技术进行有效的结合，复杂的构件模型的建立以及运用在今后的实践应用过程中还需要进一步优化。

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