BIM技術在結構施工圖設計中的應用

1、引言

基于建筑工程項目的具體實施建設來說，建筑結構是比較重要的一個方面，而為了保障建筑結構得到較好的構建應用，必須要重點加強對于建筑結構設計的關注，保障建筑結構施工圖設計能夠滿足于各個方面的基本需求，并在相關規范要求下提升其功能性和美觀性。隨著當前建筑結構施工圖設計難度的不斷加大，相應的處理要求也越來越高，進而采用先進的設計手段和方式也就顯得極為必要。BIM技術就是當前其中比較有代表性的一種建筑結構施工圖設計手段，其應用價值和優勢是比較明顯的。

目前使用的BIM工具軟件對建筑專業有較好地支持，能夠相對順利地完成施工圖設計。但是結構設計有自身的特色，一方面結構工程師需要有自己的計算分析模型；另一方面結構施工圖是通過“平法”表達，有結構專業特殊的制圖標準和圖形表達方式。結構專業設計的基本流程如圖一：

圖一：結構專業設計基本流程圖

結構模型數據用于描述結構中墻柱梁板構件的幾何尺寸、荷載布置、約束條件、鋼筋布置、構造要求、構件間相互關系及設計參數等信息，它是結構設計的基礎，所有的結構設計工作都是圍繞結構模型數據進行，所以結構模型數據將決定BIM結構設計的過程，同時也決定了BIM模型的詳細等級（Level Of Detail）。

結構設計過程可以劃分為四個階段：方案設計、結構計算、施工圖繪制和碰撞檢查；BIM模型對應結構設計的四個階段相應產生四套結構模型數據：模板圖、計算模型、施工圖和用于碰撞檢查的模型。結構的BIM模型要求統一的墻、柱、梁和板模型貫穿于方案設計、結構計算、施工圖繪制和碰撞檢查四個設計過程，實現結構方案信息、結構計算信息和結構施工圖信息統一，即內部統一；以及結構信息與建筑信息和施工信息統一，即外部統一。BIM結構設計基本流程如圖二：

圖二：BIM結構設計基本流程圖

2、BIM結構設計

2.1鏈接建筑模型

由建筑專業提供建筑Revit模型，結構工程師將建筑模型的相關設計信息如軸網和柱網參照到Revit Structure里面，使用“復制/監視”工具，建立監視關系，生成軸網和層高，后續添加結構構件，如梁、板、柱等，來完善結構模型，形成初步的物理結構模型。

圖三：Revit結構分析物理模型

2.2分析模型建立

啟用分析模型后，在結構構件建立的過程中同時建立計算分析用的有限元線、面單位模型。結構設計時幾何模型和物理模型會存在一定的區別，利用共用節點處理，可以有效減少計算中的剛度矩陣產生奇異。同時，在Revit里可以通過分析對象屬性對話框中的“分析平差”選項調整分析模型與幾何模型構件之間的相對關系，實現分析模型與幾何模型的差別共存。

3、BIM結構施工圖繪制

BIM結構設計成果最終的交付成果之一，也是最重要的交付物，就是結構施工圖圖紙。在BIM結構設計中，二維圖紙的表達方法依然采用了傳統的“結構平法施工圖表達方法”，如下圖四：

圖四：Revit結構梁配筋平法圖

3.1梁結構平面圖

可采用“注釋” 工具集下的“梁注釋”工具對選中的梁對象進行梁配筋標注。同時，采用自定義“共享參數”方法對梁構件進行標注時，標注文件與構件屬性參數是相互對應和關聯的，簡言之就是無論設計師修改兩者之間的任何一個屬性，其共享的參數項會同時修改，將為后期模型的修改和圖紙的維護提供較大方便。

“結構梁標記”族    集中標準參數       梁對象屬性

3.2樓板結構平面圖

通過自定義“詳圖項目”族，用來設置板的鋼筋配置，由定義標簽的“尺寸標注”族，來實現其參數化。完成后加載至項目模型中，在“注釋”工具中集中加載“詳圖構件”就可以繪制需要的板標注類型了。同時可以采用與梁相同的方法進行標注，實現共享參數的同時修改。

4、BIM結構施工圖交付成果及交付精度

模型的交付，應根據甲方要求，提供各種階段模型。同時，如無特殊情況外，應將外部鏈接文件綁定后交付，當需要有外部引用文件時，應將外部引用文件一并交付，進而防止模型文件的數據缺失。模型的交付可劃分為內部交付、外部交付和其它交付，但均應滿足相關的國家、地區和行業標準。交付模型同時應具有唯一性、結構性、完備性、拓展性、開放性的特點。

4.1 BIM結構模型的交付成果

BIM結構模型；

施工圖設計文本；

族文件；

模型相關的關聯文件；

計算書；

4.2 BIM結構模型的交付精度

根據工程的不同應用階段，可將模型成果劃分為LOD1.0~LOD5.0等七個不同的深度等級，每個深度等級與應用階段應一一對應。

5、總結

在基于CAD的結構設計方法中，各個設計師都是獨立工作的，且在圖紙調整過程中，會帶來較為沉重的計算工作與修改工作。BIM結構設計的另一個優勢就是“自動化”，在基于CAD的設計流程里，較多的工作如人工CAD讀圖、人工檢查CAD圖紙一致性、人工進行信息傳遞等，在BIM的結構設計流程中，這些工作都是自動完成的。如“Link”、“Workset”，結構和建筑模型可以隨時自動加載和更新，任何修改都可以自動更新到位，同時各專業模型之間的一致性也可以得到檢查。隨著BIM技術的完善，結構施工圖設計也終將進入BIM的時代。