BIM技术在结构施工图设计中的应用

1、引言

基于建筑工程项目的具体实施建设来说，建筑结构是比较重要的一个方面，而为了保障建筑结构得到较好的构建应用，必须要重点加强对于建筑结构设计的关注，保障建筑结构施工图设计能够满足于各个方面的基本需求，并在相关规范要求下提升其功能性和美观性。随着当前建筑结构施工图设计难度的不断加大，相应的处理要求也越来越高，进而采用先进的设计手段和方式也就显得极为必要。BIM技术就是当前其中比较有代表性的一种建筑结构施工图设计手段，其应用价值和优势是比较明显的。

目前使用的BIM工具软件对建筑专业有较好地支持，能够相对顺利地完成施工图设计。但是结构设计有自身的特色，一方面结构工程师需要有自己的计算分析模型；另一方面结构施工图是通过“平法”表达，有结构专业特殊的制图标准和图形表达方式。结构专业设计的基本流程如图一：

图一：结构专业设计基本流程图

结构模型数据用于描述结构中墙柱梁板构件的几何尺寸、荷载布置、约束条件、钢筋布置、构造要求、构件间相互关系及设计参数等信息，它是结构设计的基础，所有的结构设计工作都是围绕结构模型数据进行，所以结构模型数据将决定BIM结构设计的过程，同时也决定了BIM模型的详细等级（Level Of Detail）。

结构设计过程可以划分为四个阶段：方案设计、结构计算、施工图绘制和碰撞检查；BIM模型对应结构设计的四个阶段相应产生四套结构模型数据：模板图、计算模型、施工图和用于碰撞检查的模型。结构的BIM模型要求统一的墙、柱、梁和板模型贯穿于方案设计、结构计算、施工图绘制和碰撞检查四个设计过程，实现结构方案信息、结构计算信息和结构施工图信息统一，即内部统一；以及结构信息与建筑信息和施工信息统一，即外部统一。BIM结构设计基本流程如图二：

图二：BIM结构设计基本流程图

2、BIM结构设计

2.1链接建筑模型

由建筑专业提供建筑Revit模型，结构工程师将建筑模型的相关设计信息如轴网和柱网参照到Revit Structure里面，使用“复制/监视”工具，建立监视关系，生成轴网和层高，后续添加结构构件，如梁、板、柱等，来完善结构模型，形成初步的物理结构模型。

图三：Revit结构分析物理模型

2.2分析模型建立

启用分析模型后，在结构构件建立的过程中同时建立计算分析用的有限元线、面单位模型。结构设计时几何模型和物理模型会存在一定的区别，利用共用节点处理，可以有效减少计算中的刚度矩阵产生奇异。同时，在Revit里可以通过分析对象属性对话框中的“分析平差”选项调整分析模型与几何模型构件之间的相对关系，实现分析模型与几何模型的差别共存。

3、BIM结构施工图绘制

BIM结构设计成果最终的交付成果之一，也是最重要的交付物，就是结构施工图图纸。在BIM结构设计中，二维图纸的表达方法依然采用了传统的“结构平法施工图表达方法”，如下图四：

图四：Revit结构梁配筋平法图

3.1梁结构平面图

可采用“注释” 工具集下的“梁注释”工具对选中的梁对象进行梁配筋标注。同时，采用自定义“共享参数”方法对梁构件进行标注时，标注文件与构件属性参数是相互对应和关联的，简言之就是无论设计师修改两者之间的任何一个属性，其共享的参数项会同时修改，将为后期模型的修改和图纸的维护提供较大方便。

“结构梁标记”族    集中标准参数       梁对象属性

3.2楼板结构平面图

通过自定义“详图项目”族，用来设置板的钢筋配置，由定义标签的“尺寸标注”族，来实现其参数化。完成后加载至项目模型中，在“注释”工具中集中加载“详图构件”就可以绘制需要的板标注类型了。同时可以采用与梁相同的方法进行标注，实现共享参数的同时修改。

4、BIM结构施工图交付成果及交付精度

模型的交付，应根据甲方要求，提供各种阶段模型。同时，如无特殊情况外，应将外部链接文件绑定后交付，当需要有外部引用文件时，应将外部引用文件一并交付，进而防止模型文件的数据缺失。模型的交付可划分为内部交付、外部交付和其它交付，但均应满足相关的国家、地区和行业标准。交付模型同时应具有唯一性、结构性、完备性、拓展性、开放性的特点。

4.1 BIM结构模型的交付成果

BIM结构模型；

施工图设计文本；

族文件；

模型相关的关联文件；

计算书；

4.2 BIM结构模型的交付精度

根据工程的不同应用阶段，可将模型成果划分为LOD1.0~LOD5.0等七个不同的深度等级，每个深度等级与应用阶段应一一对应。

5、总结

在基于CAD的结构设计方法中，各个设计师都是独立工作的，且在图纸调整过程中，会带来较为沉重的计算工作与修改工作。BIM结构设计的另一个优势就是“自动化”，在基于CAD的设计流程里，较多的工作如人工CAD读图、人工检查CAD图纸一致性、人工进行信息传递等，在BIM的结构设计流程中，这些工作都是自动完成的。如“Link”、“Workset”，结构和建筑模型可以随时自动加载和更新，任何修改都可以自动更新到位，同时各专业模型之间的一致性也可以得到检查。随着BIM技术的完善，结构施工图设计也终将进入BIM的时代。