分析BIM的建筑結構施工圖設計

胡川

摘要：針對建筑結構施工圖設計過程中BIM的介入和應用，首先將IFC標準作為基礎建立BIM設計模型，并對模型的具體設計方法和系統(tǒng)的實現(xiàn)進行深入分析，最后得出以BIM為基礎的建筑結構施工圖設計可在設計效率及質量雙方面取得突破的結論，為建筑設計提供可靠的技術支撐。

關鍵詞：BIM；IFC標準；建筑結構施工圖設計

如今，隨著建筑業(yè)快速發(fā)展，建筑結構越來越復雜，這使得結構施工圖的設計面臨巨大挑戰(zhàn)，采用傳統(tǒng)方法、遵循以往流程不僅設計質量難以保證，而且質量低下，造成一系列影響。而BIM技術的出現(xiàn)，可以從本質上解決這一問題，成為首選的結構設計技術解決方案。

一、以IFC架構為基礎的BIM設計模型

（一）定義結構構件

在IFC標準當中，構建了相對健全的建筑結構模型表達機制，可對不同結構構件進行表達。此類建筑結構構件都源于構件實體。以墻為例進行說明：IFC模型當中，先對建筑實體進行定義；其次，借助集合關聯(lián)實體構件樓層和實體之間的相互關聯(lián)；最后，對墻實體進行定義，根據空間結構之間的關聯(lián)實體，構建樓層實體和墻實體之間的關聯(lián)，以此完成對墻這一構件的定義。

（二）定義構件屬性

BIM模型中的結構構件往往有很多種屬性。當前的IFC模型可支持BIM模型結構構件的絕大部分屬性。仍以墻為例進行說明：IFC模型當中，可對結構構件實施多層材料的定義，如墻的內外墻面磚、結構層和隔熱層。首先，根據材料實體對其屬性進行定義；其次，根據材料的分層實體、集合實體與集合使用實體，對層材料模型進行定義；最后，根據材料的關聯(lián)實體，構建墻和材料之間的相互關聯(lián)[1]。

（三）定義關聯(lián)關系

對BIM模型而言，關聯(lián)性是一個重要的特性，它能保證修改信息的一致性，以及模型信息全面性。而IFC模型直接面向對象所建立的邏輯結構能保證BIM自身具有關聯(lián)性。IFC模型當中，不同結構構件之間所保持的關聯(lián)關系大致分為以下兩種：

（1）非對稱性

指有關聯(lián)性的實體具有主從關系，當主實體被修改后，相應的從實體也會發(fā)生改變。以墻與洞口為例進行說明：洞口和墻就是主從關系，當刪除墻實體時，洞口實體也被刪除；而刪除洞口實體時，墻實體并不刪除，僅切斷與洞口實體保持的關聯(lián)關系。借助洞口關聯(lián)實體，能構建墻和洞口的相互關聯(lián)。一段墻能與很多洞口實體構建關聯(lián)關系，而一個洞口僅能關聯(lián)一段墻實體。

（2）對稱性

指有關聯(lián)性的實體具有對等關系，當其中一個實體被修改時，另外一個實體也會發(fā)生改變。以梁、柱為例進行說明：IFC模型當中，梁、柱兩實體借助節(jié)點關聯(lián)實體構建相互關聯(lián)。當調整梁實體時，經節(jié)點關聯(lián)實體，對應的柱實體也會發(fā)生實體更新，完成關聯(lián)修改。相反，柱實體調整也會引起對應梁實體的更新改動。

（四）自定義IFC數(shù)據

因建筑業(yè)存在工程對象多種多樣、產業(yè)結構動態(tài)分散、信息復雜多變等特點，所以當前的IFC架構并不能滿足BIM模型對信息描述提出的要求。作為具有開放式特征的標準體系，IFC可為下列三類模式拓展提供支持：以IfcProxy為基礎的實體擴展、實體擴展及屬性集擴展。其中，由于實體擴展超出架構，所以在軟件識別方面存在很大困難；以IfcProxy為基礎的實體擴展，能滿足用戶提出的僅對部分信息實施擴展的現(xiàn)實需求，靈活性較強，但是運行效率有待提升；而屬性集擴展實際上就是以上兩類的結合，不僅靈活性強，而且效率快，能對大量數(shù)據進行擴展。

因此，以屬性集擴展為主，描述模型中沒有進行定義的數(shù)據。以墻屬性為例進行說明：首先，對墻設計屬性集進行定義，形成包含混凝土等級標號、鋼筋等級、規(guī)模、縱筋和箍筋等信息的屬性集；其次，借助類型關聯(lián)實體，構建墻實體和墻類型實體間的相互關聯(lián)；最后，利用墻類型實體所具有的屬性，構建墻設計屬性集和墻之間的相互關聯(lián)[2]。

二、模型設計及系統(tǒng)實現(xiàn)

（一）模型設計

將IFC邏輯結構作為參考，同時考慮模型實際運行的便利性及效率，利用簡化以后的IFC模型建立BIM模型。通過這樣的處理，不僅能提高模型運行效率，還能更加容易的得到模型文件。在邏輯結構當中，包含以下四大部分：構件模型、計算模型、材料模型與屬性模型。其中，構件模型結構直接面向于對象，每一個結構構件類都源于建筑的構件類，借助構件關聯(lián)類能構建不同結構構件的相關關聯(lián)；計算模型包含內力與設計的計算結果，基于建筑構件類，借助計算結果類保持的耦合關系，可以構建結構構件和計算結果之間的相互關聯(lián)；材料模型包含鋼筋與混凝土等材料的信息，借助材料關聯(lián)類能構建結構構件和材料屬性之間的相互關聯(lián)；而屬性模型的作用在于為模型提供接口，支持動態(tài)擴展，借助屬性關聯(lián)類，能對結構構件所具有的動態(tài)屬性進行定義。

（二）系統(tǒng)實現(xiàn)

以之前設計的建筑結構施工圖設計BIM模型為依據，基于Visual Studio.NET平臺，采用AutoCAD通過二次開發(fā)建立以BIM為基礎的原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據層、接口層、模型層與應用層構成。其中，數(shù)據層為數(shù)據主要來源；接口層可為系統(tǒng)提供模型到物理存儲數(shù)據的接口，而訪問接口能對BIM模型進行提取；模型層則是整個系統(tǒng)的核心所在，通過定義信息來滿足所有實際應用要求；應用層主要為與BIM模型有關的所有應用。除了建筑結構施工圖設計，本系統(tǒng)還具有檢查現(xiàn)有三維模型、校核設計成果、統(tǒng)計計算量、管理模型和圖檔等使用功能[3]。

三、結束語

傳統(tǒng)的建筑結構施工圖設計無論是方法還是流程，都難以滿足日趨復雜的設計需求，而以BIM為基礎的建筑結構施工圖設計則可在設計效率及質量雙方面取得突破。然而，雖然采用IFC架構的建筑結構施工圖設計BIM模型能很好的滿足數(shù)據描述等方面的需求，但是在對邏輯結構進行設計時，應對IFC模型施以適當?shù)暮喕?，以此達到提高運行效率的目的。

參考文獻：

[1]嚴堅.基于建筑信息模型的建筑結構施工圖設計分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（17）：229.

[2]凌小萍.基于建筑信息模型的建筑結構施工圖設計[J].建材與裝飾，2016（37）：88-89.

[3]陽舒華.BIM在結構施工圖設計階段的應用及案例分析[J].土木建筑工程信息技術，2013（02）：64-69.endprint