基于建筑信息模型的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)

施曉蓉

摘 要：建筑信息模型（BIM）是建筑工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的新發(fā)展，它被廣泛的應(yīng)用到建筑施工的各個(gè)階段，是建筑工程開發(fā)的新工具。文章主要分析了建筑信息模型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為建筑信息模型在施工圖設(shè)計(jì)中的有效運(yùn)用提供相關(guān)的策略分析。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；建筑信息模型；施工圖設(shè)計(jì)

引言

建筑結(jié)構(gòu)施工圖的設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)工程的施工質(zhì)量和效率，需要我們給予重點(diǎn)關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于建筑信息模型的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸走入人們的視線，并取得了非常理想的應(yīng)用效果。

1 建筑信息模型的涵義

建筑信息模型這一概念最早是由歐特克所提出的，是指在建筑的構(gòu)造過程中構(gòu)建和應(yīng)用可以計(jì)算的數(shù)碼信息。這類數(shù)碼信息可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，并使各項(xiàng)信息文件達(dá)到高度的統(tǒng)一，換言之建筑信息模型就是一種可視化的三維模型，它包含了建筑工程的所有信息屬性，并滿足使用者對(duì)于各種相關(guān)信息的計(jì)算需要，使其可以尋求最高效快捷的解決方法。

2 建筑信息模型在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì)

第一，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的有效整合。在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)信息種類繁多，而隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑工程的構(gòu)件需求量激增，同時(shí)要求也日益復(fù)雜，因此在結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)方面的信息涌入量也大幅增加，為施工圖設(shè)計(jì)造成了極大的挑戰(zhàn)。通過建筑信息模型數(shù)字化信息處理技術(shù)，可以快速有效的將各類信息整合到一起，為設(shè)計(jì)者提供全面可靠的信息資源，增加了施工圖設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。

第二，實(shí)現(xiàn)了立體可視化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)主要是基于CAD的二維技術(shù)來(lái)完成的，是平面化的設(shè)計(jì)方式，不利于設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體考量和多角度觀察。建筑信息模型技術(shù)將整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)三維立體的呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員的面前，使其可以直觀的對(duì)建筑物進(jìn)行分析和規(guī)劃，確保該設(shè)計(jì)可以符合建筑的各種要求，并可以在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行多角度的調(diào)整觀測(cè)分析，將施工圖設(shè)計(jì)空間立體化，十分之便捷。

第三，提升了施工圖修改、調(diào)整的效率。建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)常常要經(jīng)歷多次的設(shè)計(jì)變更和圖紙修改來(lái)達(dá)到建筑施工的具體要求。對(duì)于施工圖的變更和調(diào)整可能是大幅度的調(diào)整，也有可能是某一處細(xì)節(jié)的改動(dòng)，然而在傳統(tǒng)的施工圖修改的工作上，無(wú)論哪一個(gè)細(xì)節(jié)產(chǎn)生了變動(dòng)，都需要人為的將細(xì)節(jié)修改帶來(lái)的變化進(jìn)行手動(dòng)的修正，在這個(gè)過程中很容易因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員考慮欠妥或者錯(cuò)誤的忽略掉某一部分的修改而對(duì)整個(gè)施工圖的準(zhǔn)確性造成不利影響。通過建筑信息模型技術(shù)，設(shè)計(jì)人員只需要針對(duì)某一處做出修改，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)該變化帶來(lái)的相對(duì)應(yīng)的其它修改提出可供參考的文件，不僅使得修改、調(diào)整的工作效率得到提升，而且為修改的可靠性、準(zhǔn)確性提供了保障。

第四，優(yōu)化了設(shè)計(jì)流程。建筑信息模型技術(shù)操作起來(lái)十分的簡(jiǎn)便，一般的從業(yè)人員經(jīng)過幾次培訓(xùn)就可以快速的進(jìn)行掌握。通過建筑信息模型技術(shù)，可以有效地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)工作，并最大限度的將信息資源集成在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，使設(shè)計(jì)人員可以更加方便的獲取到相關(guān)信息，并提供相應(yīng)的輔助操作工具，這就使得施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)入流線化、統(tǒng)一化且可循環(huán)利用的工作方式，使整個(gè)流程得到優(yōu)化，工作進(jìn)度得以加速。

3 建筑信息模型在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)的應(yīng)用策略

3.1 建筑信息模型的構(gòu)建內(nèi)容

建筑信息模型的設(shè)計(jì)是基于IFC標(biāo)準(zhǔn)建立的，以現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)模型的邏輯結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)而進(jìn)行的模型渲染。在此情況下構(gòu)建的建筑信息模型是高效的，且提升了IFC基礎(chǔ)上的運(yùn)行效率，使得其更為簡(jiǎn)潔和便利，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)模型文件的導(dǎo)出。建筑信息模型結(jié)構(gòu)由四類基礎(chǔ)模型構(gòu)成，這其中包括計(jì)算結(jié)果模型、結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型、材料信息模型和屬性定義模型。各個(gè)模型分別構(gòu)建了建筑工程圖設(shè)計(jì)的各方面內(nèi)容，并通過分割又統(tǒng)一的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)建工作。計(jì)算結(jié)果模型是對(duì)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的兩種計(jì)算結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)建的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，這兩種計(jì)算結(jié)果分別是經(jīng)過計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)的建筑內(nèi)部力學(xué)性能分析結(jié)果和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析結(jié)果；結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型是對(duì)建筑基本構(gòu)件的建模，是建筑的基本構(gòu)成要素，這包含建筑中的墻體、立柱、房梁等，通過結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型使各元素進(jìn)行有機(jī)的關(guān)聯(lián)；材料信息模型，顧名思義就是建筑工程中使用的建筑材料的信息模型構(gòu)建，這主要包含了建筑使用的混凝土材料和鋼筋材料的相關(guān)信息；屬性定義模型是四種模型中實(shí)現(xiàn)建筑信息模型動(dòng)態(tài)構(gòu)建的關(guān)鍵模型，該模型建立建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)屬性參數(shù)，并為模型的再擴(kuò)展提供接口。

在構(gòu)建建筑信息模型時(shí)要確保各項(xiàng)信息相互之間完整且統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)性，這種關(guān)聯(lián)是對(duì)稱與非對(duì)稱并存的，設(shè)計(jì)者要根據(jù)情況進(jìn)行靈活的掌握。并且要明確建筑信息模型技術(shù)是一種輔助設(shè)計(jì)的有效工具，在整個(gè)過程中要充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的主觀能動(dòng)性，進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌控和應(yīng)急處理。

3.2 基于建筑信息模型的設(shè)計(jì)實(shí)施

基于建筑信息模型的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)流程充分地改善了只依靠CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的種種弊端，實(shí)現(xiàn)了十分簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)操作流程。首先是構(gòu)建一個(gè)合理的建筑信息模型，這其中要包含設(shè)計(jì)所需的構(gòu)件、材料、計(jì)算關(guān)系及屬性的模型。其次，將構(gòu)建完成的建筑信息模型進(jìn)行IFC格式導(dǎo)出。再次，針對(duì)導(dǎo)出的文件利用建筑信息模型的信息集成、提取平臺(tái)將模型中的結(jié)構(gòu)構(gòu)建信息分離出來(lái)，從而建立基于建筑信息模型技術(shù)的建筑模型。另外，要通過對(duì)建筑信息模型的提取工作形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)匯總的幾何模型，并且依據(jù)信息系統(tǒng)的可補(bǔ)充定義功能來(lái)定義相關(guān)的荷載和約束信息。在完成這部分的工作后，利用計(jì)算機(jī)對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和整理，通過人為的主觀調(diào)整，并借助系統(tǒng)的輔助調(diào)整功能進(jìn)一步生成新的設(shè)計(jì)方案，以最終形成一個(gè)完善的設(shè)計(jì)模型。在整個(gè)過程中，不同的設(shè)計(jì)師可以針對(duì)同一個(gè)模型進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，在完成自己設(shè)計(jì)的部分的同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作的有效集成和統(tǒng)一，提升整體的工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，尤其是現(xiàn)階段的建筑設(shè)計(jì)工作經(jīng)常會(huì)遇到無(wú)法對(duì)建筑進(jìn)行拆分設(shè)計(jì)的情況，這種工作方式顯然非常有效，它是實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)同管理的重要舉措。

3.3 建筑信息模型技術(shù)的案例應(yīng)用與結(jié)果分析

以某開發(fā)區(qū)實(shí)驗(yàn)幼兒園項(xiàng)目為例，來(lái)探討基于建筑信息模型的建筑結(jié)構(gòu)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的流程及結(jié)果分析。

3.3.1 案例應(yīng)用。幼兒園的總建筑面積為13800平方米，建筑規(guī)模為6軌18班，預(yù)留2軌。

主要單體概況如表1。

本項(xiàng)目作為試點(diǎn)，在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，直接采用全專業(yè)全BIM施工圖設(shè)計(jì)，直接應(yīng)用BIM軟件替代了CAD軟件進(jìn)行操作，真正意義上實(shí)現(xiàn)了三維施工圖設(shè)計(jì)。

第一，在進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)建設(shè)方設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，梳理設(shè)計(jì)參數(shù)確定施工圖設(shè)計(jì)輸入條件，根據(jù)設(shè)計(jì)條件建模，對(duì)構(gòu)建過程中的各項(xiàng)關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行統(tǒng)一的定義輸入，形成可進(jìn)行后期處理的文件。

第二，針對(duì)模型中的建筑內(nèi)部力學(xué)性能進(jìn)行分析和計(jì)算，將混凝土可能會(huì)在施工過程中出現(xiàn)的收縮情況考慮進(jìn)去，分析此改變會(huì)產(chǎn)生的力學(xué)結(jié)構(gòu)變化，并根據(jù)建筑信息模型技術(shù)系統(tǒng)中包含的力學(xué)算法進(jìn)行變量分析，從而進(jìn)行相關(guān)的模型調(diào)整和再定義。

第三，在經(jīng)過力學(xué)性能計(jì)算的解析調(diào)整后，就可以形成初步的建筑信息結(jié)構(gòu)施工模型，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照和參數(shù)對(duì)比后，就可以通過系統(tǒng)導(dǎo)出相應(yīng)的IFC模型。

第四，在建立了IFC模型和BIM模型后，就要進(jìn)行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和耦合處理了，這時(shí)候所形成的基于建筑信息模型的結(jié)構(gòu)施工圖已經(jīng)比較完善。

第五，在形成比較完善的建筑結(jié)構(gòu)施工圖后，設(shè)計(jì)師要根據(jù)施工場(chǎng)地的實(shí)際情況及建設(shè)方提出的調(diào)整意見，進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和整合，并將實(shí)際的參數(shù)屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)添加以便進(jìn)一步完善施工圖的設(shè)計(jì)工作。

3.3.2 結(jié)果分析。通過實(shí)際案例操作發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用建筑信息模型這一新技術(shù)來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)，不但不會(huì)增加設(shè)計(jì)工作量，反而完成后的設(shè)計(jì)能直接生成三維效果，更直接的解決設(shè)計(jì)過程中容易出現(xiàn)的碰撞、沖突問題，例如梁高與管線的碰撞，機(jī)電點(diǎn)位與強(qiáng)弱電箱位置與結(jié)構(gòu)剪力墻的碰撞等等，將很多原來(lái)在施工后才發(fā)現(xiàn)的問題，提前到設(shè)計(jì)過程中核查并及時(shí)解決，提高了各方的工作效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

建筑信息模型進(jìn)入我國(guó)建筑工程領(lǐng)域的時(shí)間不長(zhǎng)，在應(yīng)用上仍存在許多的問題和不足。但據(jù)目前的情況來(lái)看，基于建筑信息模型的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)已經(jīng)大幅度的提升了設(shè)計(jì)工作效率，并為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供了更多的可能性，推動(dòng)了建筑工程行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，因此我們要保持對(duì)建筑信息模型的有效應(yīng)用的持續(xù)探索。

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