摘要：本文首先概述了建筑结构施工图设计的内容和要求，然后分析了BIM技术的应用需求和优势，最后通过实际案例，阐述了BIM技术在建筑结构施工图设计中的应用，以供参考。
关键词：建筑结构；施工图；方案设计；BIM技术；应用
对于建筑工程项目而言，施工图纸是施工的基础，具有指导性作用，而图纸设计的科学性、合理性，直接决定了最终的工程质量。当前我国在建筑结构施工图的设计上，依然以CAD技术的应用为主，但实践证实该技术具有诸多弊端，会对设计效率和质量造成一定影响。在此背景下，BIM技术提出并得以应用，在施工图设计中体现出较高的价值，以下对此进行详细探讨。
1、建筑结构施工图设计要求
建筑结构施工图的设计，必须从主要建筑内容入手，各项设计工作的开展，应该满足建筑的功能、美观、经济、环保等要求。简单来说，施工图设计首先应该满足建筑的基本功能需求，通过结构设计，能够最大程度上利用空间功能，兼顾局部和整体两个要素。从设计工作流程来看，主要包括初步设计、结构分析、构件设计、图纸绘制。
分析设计实践经验可以得知，要想保证建筑结构的稳定性、安全性，设计过程中应该做到以下几点：第一，关注结构设计的参数计算，这些参数包括承载力、结构极限、构件疲劳强度等，并最终将计算结果体现在图纸中。第二，当建筑结构出现多重效应时，应该针对各种不同的作用计算出相应的效应结果，从而明确最恶劣工况组合，为后期施工提供依据。第三，考虑到区域性抗震烈度的设计要求，综合建筑物的特征、功能、安全性，确定抗震等级。
2、BIM技术的应用需求和优势
BIM技术指的是建筑信息模型（Building Information Modeling），以三维数字技术为基础，对各项工程项目相关信息的数据模型进行集成。一个完整的信息模型，连接了建筑项目生命周期中的各个阶段，因此有利于各个建设参与方进行使用，可以实现工程信息的创建、管理、共享。分析其特点，主要包括可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等。
2.1 应用需求
第一，设计流程需求。针对建筑结构施工图的设计工作，传统设计采用二维图档模式，相比之下，BIM技术的应用改进之处在于：设计期间能够保证信息模型的完整性；在BIM标准下，相关软件之间的模型信息可以相互转换；而且支持模型和图档之间的关联性修改与信息更新。具体设计流程如下：首先在BIM软件中形成BIM模型；然后导出BIM模型，将其转化为IFC文件，获得结构构件的数据信息，对模型进行修改和优化；最后以最终的BIM模型为依据，绘制施工图纸，并开展协同管理工作。
第二，模型描述需求。建筑结构施工图的设计模型，基础是结构物理模型，同时还包括模型的属性信息、管理信息、关联信息等。其中，结构物理模型中包含了各种构件、节点、截面、轴线、约束的信息；属性信息中包含了材料、荷载、内力、设计结果等信息；管理信息中包含了模型版本、用户权限、模型所有者等信息；关联信息中包含了构件和构件之间、模型和属性之间、模型和视图之间的关系信息等。
2.2 应用优势
第一，BIM技术的应用，集成了较大的信息量，一方面能够表现出建筑材料、结构特征、空间关系，还能够对这些信息进行综合处理；另一方面辅助应用计算机技术，能促使各种建筑信息模型化，方便设计人员随时调用信息，从而提高设计效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二，虽然CAD技术和BIM技术都能够对设计图纸进行可视化处理，但相比之下，应用BIM技术构建的模型，构件的数字化更为准确，将建筑结构立体呈现出来，在保证施工质量的同时，能加快施工效率。第三，BIM模型可以准确体现出各种图例，方便后期对图纸设计进行修改。而且，通过分析修改之后的图纸，能够明确对建筑结构造成的影响，设计人员衡量利弊后，以提高设计质量。第四，BIM技术的应用基础，是各个建筑结构、建筑构件的数据信息，参数化设计带来的好处，是能够充分利用建筑空间，实现设计方案的优化。
3、BIM技术在建筑结构施工图设计中的应用
3.1 基本设计流程
设计人员从设计图纸中，对建筑的结构和模型进行分析，辅助应用相关软件，具体分析结构受力，初步设计出建筑构件。然后针对设计结果进行审核，明确其中的不足之处，并制定针对性的调整措施，以满足建筑结构的施工需求。最后对结构施工图纸进行绘制，完成设计工作。以钢筋混凝土框架结构的建筑为例，基于BIM技术的结构施工图设计具体如下：
第一步，选择合适的操作软件，参考各项建筑信息，构建出BIM模型，并且将模型导入到后期处理软件中。
第二步，分析BIM模型的不足，制定相应的调整和修改措施，并且分析内部力学结构。举例来说，施工期间混凝土因自身性质会发生收缩或变形，此时就会改变内力的分布。对此，可以采用有限元分析法，对建筑结构内力进行具体分析。假设t为初始计算时刻，建筑结构内部的应力变化计算公式如下：
Δε（ti，ti-1）=[1+ρ（ti，ti-1）·φ（ti，ti-1）]+ [φc（ti，tj）-φc（tj，tj-1）]+Δεc（ti，ti-1）（公式1）
式中，Δε（ti，ti-1）、Δσ（ti，ti-1）分别代表从ti到ti- 1时间段内，因各种因素引起的应变增量、应力变化量；Δσ（tj）指的是tj时刻的应力变化量；E（tj）指的是tj时刻钢混结构的弹性模量；Δεc（ti，ti-1）指的是从ti到ti- 1时间段内的应变增量；σ（ti，ti-1）指的是钢筋混凝土的松弛系数；φ（ti，ti-1）指的是混凝土的徐变系数。
分析可知，通过公式1能够计算出随着应变增量的变化，该结构的内部应力变化情况，利用操作软件可以模拟分析出这种变化的过程和结果，为结构图设计提供参考依据。
第三步，得到计算结果后，就能够初步形成BIM结构的施工模型，对模型中的构件信息、产品数据标准（IFC）进行比较，就能够得到标准模型。然后使用Etabs软件，能够将标准模型中的文件、数据导出，形成数据库文件（Access）。对各种信息耦合后，最终得到完整的结构施工设计图。而且，根据实际施工需求，可以对设计图纸进行调整，实现优化目标。
3.2 实际案例分析
以某服务中心为例，主体结构为钢筋混凝土框架结构，长度为150m，最大宽度为28m，共计建筑面积约2700m2。为了方便后期施工，初步决定采用台阶式屋面施工法。在施工图设计期间，应用BIM技术模拟后发现，如果采用台阶式屋面施工法，由于屋面跨度大、提高了单位荷载量，会影响建筑的安全性能，建议采用折板屋面施工法。基于此，分别采用CAD技术、BIM技术进行结构图施工设计，前者用时明显缩短，且建筑结构更加符合设计需求，可见优势明显。
结语
BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性等特点，将其用在建筑结构施工图的设计中，不仅能够实现三维立体化，而且有利于提高设计效率和质量。文中通过实际案例，介绍了BIM技术在施工图设计中的具体应用，结果表明具有明显的优势，有利于促进我国建筑行业的健康发展。
参考文献：
[1] 钱敏智.试论基于BIM的建筑结构施工图设计[J].建筑工程技术与设计，2016，（15）：817-817.
[2] 张文灏.基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计问题分析[J].建材与装饰，2015，（26）：15-16.
论文作者:彭文德,邱泓彬,王亮,徐智成
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/22
标签：建筑结构论文; 模型论文; 施工图论文; 信息论文; 技术论文; 结构论文; 建筑论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;