摘要：随着科学技术的不断发展，各种新型技术也不断应用到建筑的设计及施工当中，不断改善设计及施工质量及效率。如BIM在建筑结构施工图设计的应用，在一定程度上提高了建筑结构施工图设计的质量以及效率。本文主要分析 BIM 对建筑结构施工图设计中的应用，以期日后为设计工作者提供理论参考。
关键词：建筑结构；施工图设计；BIM；应用
引言
建筑结构施工图设计工作中虽然有CAD技术，但存在局限性，如共享性差，修改费时费力，且容易出现错误等问题，为了提高结构施工图的设计质量及效率，BIM技术的应用可以有效达到该目的。
一、结构施工图设计的 BIM 需求分析
BIM 技术辅助施工图设计一般指在项目的施工图设计阶段委托方委托 BIM 设计单位对已经完成或尚未完成的施工图通过 BIM 技术进行三维表达，借助 BIM 模型校对施工图，发现“错漏碰缺”等问题，进行三维管线综合优化、建筑室内净高优化、复杂构造节点优化设计，辅助生成二维图纸，设计阶段工程量统计以及辅助进行设计交底等。
（一）设计流程
BIM的应用和传统的设计存在较大差异，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 1所示，存在诸多弊病，虽然 CAD 技术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。具体设计流程，如图2所示，首先需要做的就是通过该建筑设计的初步图纸对结构以及模型进行分析，并且通过相关的软件进行结构力的分析，并且进行建筑结构的初步设计；之后将初步设计的结果进行交流与沟通，将其中的缺陷进行修整，保证该建筑的结构是满足设计要求的；最后就是进行该建筑的图纸的绘制，也就是对 BIM 模型的图纸设计进行完成。通过将这个项目中的建筑结构作为参考，对通过 BIM 模型所进行的建设施工图纸的设计流程进行分析。
图2 BIM在结构施工图设计中流程
1.立面流线的造型
在通过 BIM 模型进行施工图纸设计之后，就可以同步生成立面图、平面图以及剖面图，在对模型进行修改的过程中也能够实现将这些图纸进行同步的修改。
对于该项目而言，其主楼上部的结构造型，各个结构外形的构造尺寸以及位置都是具有差异的，同时造型板也是通过下沉式做法进行的，在进行实际的施工过程中，需要在各个层面进行 250 网格图的绘制，在网格图中将造型板的弧形位置进行确定，之后按照这个尺寸在施工现场进行放线，从而对造型板的模板位置进行确定，之后进行施工。
2.底层的异形的大象腿的绘制
每层中的大象腿的高度为六米。在 BIM 模型中通过类似 CT 的原理，间隔一米进行剖面的自动切割，并且形成平面图以及网格图，进而对施工现场的施工是有着促进作用的。而大象腿的构造为中间是混凝土的构造柱，而外面的异性结构就需要由专门的厂家进行制作，在制作的过程中需要施工单位提供 3D 数据。
3.布设模板及出图
通过三维形式进行设计，能够对设计师的意图进行充分的体现，并且将抽闲的理念转化为具体的模型，为设计人员以及施工人员提供直观的感受，将设计理念进行准确的表达。
4.虚拟浏览模型 I-model
在对建筑设计的各个环节通过 I-model 都可以进行交互性的 3D 展示文件的生成，并且能够将其导入到 Mac/Windows 操作系统的电脑中。从而能够对专业性以及进行 3D 实时展现的交互浏览器的使用与体验。
5.模型需求
在进行建筑结构施工图纸设计过程中，核心的问题就是进行结构物理模型的建立。所谓结构物理模型并不仅仅是说结构物理模型，同时是包括管理信息、属性信息以及关联信息等等。在这些管理信息中主要就是包括约束信息、截面信息以及轴网信息等等，而属性的信息中包括设计结构信息、材料信息以及荷载信息等，而关联的信息主要就是包括属性与模型、视图与模型关联等等。
二、建筑结构的 BIM 应用
（一）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3所示。
图3 定义墙体模型
（二）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4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。
图4 墙体材料定义
（三）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。
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5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5墙体实体与洞口实体的关联
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6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6梁实体和柱实体关联
三、实现BIM模型的设计
（一）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。
（二）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。根据实际应用，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。
四、结束语
BIM技术的应用，提升了当前建筑结构设计行业的质量及效率，使结构设计步入三维设计的崭新时期，在BIM的应用设计流程中，包含Auto-CAD技术等主要技术，当前该技术的难点已得到解决，满足了结构设计的标准要求，为我国设计行业的长足发展作出了贡献。
参考文献
[1]张建平.建筑信息模型在建筑结构设计中的应用[J].科学创新，2014，（3）.
[2]刘世玉.BIM技术在建筑工程设计中的作用[J].中国建筑，2013，（2）.
论文作者:郭凌波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/24
标签：模型论文; 施工图论文; 实体论文; 结构论文; 构件论文; 信息论文; 墙体论文; 《防护工程》2018年第2期论文;