基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计论文_须六平

（贵阳市工程设计质量监督站（贵阳市抗震办公室））

【摘要】面对当前建筑结构设计的发展瓶颈，建筑信息模型的引入，带来了重要的技术支持。基于建筑信息模型的结构施工图设计，在很大程度上提高了结构设计的质量和效果，成为设计工作中应用技术发展的必然趋势。本文探讨了在建筑结构施工图的设计工作中，建筑信息模型的具体应用，以供参考。

【关键词】建筑信息模型；施工图；设计

1 引言

我国当前的建筑工程设计工作中，大多仍然运用的是传统二维CAD技术，但是随着建筑结构的发展，这种技术逐渐难以适应不断提高的设计要求，因此需要采用新型的建筑信息模型技术，即BIM技术，来替代传统CAD技术，可以有效改善其中的信息共享效率低、模型建立和图纸修改工序复杂、误差问题严重等情况，成为建筑结构施工图设计技术应用的必然发展趋势。

2 BIM模型的设计与应用优势

2.1 BIM模型的设计

BIM模型设计的基础是IFC标准模型的逻辑结构，因此，BIM模型兼顾了IFC所具备的运行效率、方便性等方面的优势，使BIM模型的组织结构能够确保运用的高效，并且可以兼容IFC模型文件。一般来说，BIM模型的建设主要包括以下四个结构部分，即结构构件模型、属性定义模型、材料信息模型以及计算结构模型，具体来说：（1）结构构件模型是通过在构件（梁、柱、板、墙等）之间，建立关联性，从而建立彼此之间的联系；（2）属性定义模型，是通过定义关联，定义构件的动态属性，同时为BIM模型的动态扩展提供接口；（3）材料信息模型，则是针对工程所使用的混凝土材料、钢筋材料信息构件所建立的类别模型；（4）计算结果模型，包含的主要是结构内力分析结果、结构设计结果这两个部分，将建筑的构建与计算结果相结合，将计算结果和结构构件相关联。

2.2 应用BIM进行建筑结构施工图设计的优势

建筑信息模型（BIM）技术在建筑设计中，主要是通过数字的方式，体现建筑结构的各种信息，进而实现信息资源的共享。在建筑结构施工图的设计中运用BIM技术，其主要优势表现在以下几点：

（1）集成信息量大。BIM技术可以全面综合地对建筑材料、建筑物性质以及建筑结构空间关系等进行综合处理，并利用计算机技术，将各项建筑施工中的信息模型化、数字化，从而便于设计人员、施工人员对信息的调用。

（2）实现设计图纸的可视化。BIM技术与传统二维CAD技术相比，可以更加精确地将建筑构件数字化，将设计图纸通过三维模式立体呈现，从而保证施工准确性。

（3）为后期修改提供方便。BIM模型对于图例的观察与分析更加直观，可以反映出后期修改可能对其它建筑结构造成的影响，并进行利弊分析，提高工作效率。

（4）体现参数化设计。采用BIM技术进行建筑结构施工图纸设计时，需要以各建筑构件相关数据作为依据，BIM模型可以转化这些数据信息，充分利用建筑周边空间，优化设计方案。

3 基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计

3.1设计流程

设计人员应当依据设计工作绘制的初步图纸，分析具体的结构与模型状况，运用相关的操作软件，进行结构力的分析，以及建筑构件初步设计。之后，还需要将设计的结果反馈，以便调整其中的不足之处，使其能够满足实际的结构施工要求。最后，需要绘制结构施工总图，完成基于BIM模型的结构施工图纸设计（见图1）。

图1 面向信息模型的建筑结构施工设计流程图

3.2BIM系统的实现

BIM模型的建立的基础是AutoCAD，利用Visual－Studio.Net平台实现二次开发，以及BIM结构施工设计原型系统（BIMSD）的开发，系统的逻辑结构如下图2所示，由图可见，BIMSD系统的逻辑结构主要包括数据层、接口层、模型层和应用层这四个层次。

图1 BIMSD系统逻辑结构图

（1）数据层的主要功能是为系统提供数据信息的来源，具体来分，该层次又包括以下五大方面，即系统数据库、规划管理数据库、BIM模型数据库、图当管理数据库以及IFC文件信息；（2）接口层的功能，则主要在于构建物理存储数据的BIM模型接口，要求IFC的访问接口可以同时兼容并提取建筑BIM模型。另外，BIM接口层的访问接口，还要求可以实现数据层数据与内存BIM模型之间的对应关系；（3）模型层作为BIM系统的核心，其主要功能在于对系统信息的定义，以满足结构施工图设计的要求；（4）应用层的功能，则主要包含结构施工图设计以外，各项具体的应用要求，例如三维模型检查、设计图结果校对验证、施工图更改设计、算量统计以及图档管理等。

4 工程实例

4.1案例概况

某建筑施工项目的主体建筑为钢筋混凝土框架结构，其纵长为150m，横断面的最大宽度是28m，建筑总体面积约2700m2。在初期的设计阶段，使用了二维CAD技术，考虑到施工便利性，工程决定采用台阶式办法进行屋面施工。

而在实际运用BIM模型进行建筑的结构设计过程中，对台阶式的屋面施工情况进行了模拟，发现这种施工方案的实施需要使用覆土进行台阶间高差的填充，因为屋面的跨度、单位荷载较大，很容易导致施工问题，因此建议使用折板屋面施工方法，保证覆土的均匀。该工程的结构施工图纸运用BIM模型进行设计，设计结果与建筑的施工需求相符合，充分体现了基于BIM模型的建筑结构施工图设计存在的优点。

4.2设计流程剖析

对BIM模型为基础进行建筑结构施工图纸的设计流程进行剖析：

（1）依据建筑信息，构建BIM模型，并将构建形成的模型导入处理软件中。

（2）补充完善模型中存在的不足之处，并对内部力学结构进行分析，例如，施工过程中容易发生混凝土的收缩与变形，从而引发内力的变化，因此需要采用BIM分析模型的有限元逐步分析法，进行详细的结构分析，其具体过程如下。

如果假定初始的计算时间，将建筑物结构内应力，及其应变增量的计算如下：