分析BIM的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計

胡川

摘要：針對建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計過程中BIM的介入和應(yīng)用，首先將IFC標準作為基礎(chǔ)建立BIM設(shè)計模型，并對模型的具體設(shè)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(chǔ)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計可在設(shè)計效率及質(zhì)量雙方面取得突破的結(jié)論，為建筑設(shè)計提供可靠的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：BIM；IFC標準；建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計

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

一、以IFC架構(gòu)為基礎(chǔ)的BIM設(shè)計模型

（一）定義結(jié)構(gòu)構(gòu)件

在IFC標準當中，構(gòu)建了相對健全的建筑結(jié)構(gòu)模型表達機制，可對不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行表達。此類建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件都源于構(gòu)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(guān)聯(lián)實體構(gòu)件樓層和實體之間的相互關(guān)聯(lián)；最后，對墻實體進行定義，根據(jù)空間結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)實體，構(gòu)建樓層實體和墻實體之間的關(guān)聯(lián)，以此完成對墻這一構(gòu)件的定義。

（二）定義構(gòu)件屬性

BIM模型中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件往往有很多種屬性。當前的IFC模型可支持BIM模型結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)件實施多層材料的定義，如墻的內(nèi)外墻面磚、結(jié)構(gòu)層和隔熱層。首先，根據(jù)材料實體對其屬性進行定義；其次，根據(jù)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(jù)材料的關(guān)聯(lián)實體，構(gòu)建墻和材料之間的相互關(guān)聯(lián)[1]。

（三）定義關(guān)聯(lián)關(guān)系

對BIM模型而言，關(guān)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?qū)ο笏⒌倪壿嫿Y(jié)構(gòu)能保證BIM自身具有關(guān)聯(lián)性。IFC模型當中，不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間所保持的關(guān)聯(lián)關(guān)系大致分為以下兩種：

（1）非對稱性

指有關(guān)聯(lián)性的實體具有主從關(guān)系，當主實體被修改后，相應(yīng)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(guān)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(guān)聯(lián)關(guān)系。借助洞口關(guān)聯(lián)實體，能構(gòu)建墻和洞口的相互關(guān)聯(lián)。一段墻能與很多洞口實體構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系，而一個洞口僅能關(guān)聯(lián)一段墻實體。

（2）對稱性

指有關(guān)聯(lián)性的實體具有對等關(guān)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(guān)聯(lián)實體構(gòu)建相互關(guān)聯(lián)。當調(diào)整梁實體時，經(jīng)節(jié)點關(guān)聯(lián)實體，對應(yīng)的柱實體也會發(fā)生實體更新，完成關(guān)聯(lián)修改。相反，柱實體調(diào)整也會引起對應(yīng)梁實體的更新改動。

（四）自定義IFC數(shù)據(jù)

因建筑業(yè)存在工程對象多種多樣、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)動態(tài)分散、信息復雜多變等特點，所以當前的IFC架構(gòu)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(chǔ)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(gòu)，所以在軟件識別方面存在很大困難；以IfcProxy為基礎(chǔ)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(jié)合，不僅靈活性強，而且效率快，能對大量數(shù)據(jù)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(jù)。以墻屬性為例進行說明：首先，對墻設(shè)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(guān)聯(lián)實體，構(gòu)建墻實體和墻類型實體間的相互關(guān)聯(lián)；最后，利用墻類型實體所具有的屬性，構(gòu)建墻設(shè)計屬性集和墻之間的相互關(guān)聯(lián)[2]。

二、模型設(shè)計及系統(tǒng)實現(xiàn)

（一）模型設(shè)計

將IFC邏輯結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)當中，包含以下四大部分：構(gòu)件模型、計算模型、材料模型與屬性模型。其中，構(gòu)件模型結(jié)構(gòu)直接面向于對象，每一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件類都源于建筑的構(gòu)件類，借助構(gòu)件關(guān)聯(lián)類能構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相關(guān)關(guān)聯(lián)；計算模型包含內(nèi)力與設(shè)計的計算結(jié)果，基于建筑構(gòu)件類，借助計算結(jié)果類保持的耦合關(guān)系，可以構(gòu)建結(jié)構(gòu)構(gòu)件和計算結(jié)果之間的相互關(guān)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(guān)聯(lián)類能構(gòu)建結(jié)構(gòu)構(gòu)件和材料屬性之間的相互關(guān)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(guān)聯(lián)類，能對結(jié)構(gòu)構(gòu)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(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計BIM模型為依據(jù)，基于Visual Studio.NET平臺，采用AutoCAD通過二次開發(fā)建立以BIM為基礎(chǔ)的原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)層、接口層、模型層與應(yīng)用層構(gòu)成。其中，數(shù)據(jù)層為數(shù)據(jù)主要來源；接口層可為系統(tǒng)提供模型到物理存儲數(shù)據(jù)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(yīng)用要求；應(yīng)用層主要為與BIM模型有關(guān)的所有應(yīng)用。除了建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計，本系統(tǒng)還具有檢查現(xiàn)有三維模型、校核設(shè)計成果、統(tǒng)計計算量、管理模型和圖檔等使用功能[3]。

三、結(jié)束語

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計無論是方法還是流程，都難以滿足日趨復雜的設(shè)計需求，而以BIM為基礎(chǔ)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計則可在設(shè)計效率及質(zhì)量雙方面取得突破。然而，雖然采用IFC架構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計BIM模型能很好的滿足數(shù)據(jù)描述等方面的需求，但是在對邏輯結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，應(yīng)對IFC模型施以適當?shù)暮喕源诉_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(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（17）：229.

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

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