結(jié)構(gòu)施工圖平法與BIM

龍輝元

結(jié)構(gòu)施工圖平法與BIM

龍輝元

(奧雅納工程咨詢有限公司北京分公司，北京 100020)

本文就目前國(guó)內(nèi)通用的結(jié)構(gòu)施工圖平面表示法(簡(jiǎn)稱“平法”)與BIM技術(shù)理念能否相容的問(wèn)題進(jìn)行了初步探討，對(duì)在BIM中引入平法的可能性作了分析，比較了結(jié)構(gòu)施工圖采用抽象的平法表達(dá)與采用虛擬仿真技術(shù)的實(shí)體詳圖表達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)。采用在平法之抽象符號(hào)或注釋塊中添加參數(shù)變量的技術(shù)手段，將平法注釋符號(hào)與BIM基礎(chǔ)模型信息建立起內(nèi)在的聯(lián)系，創(chuàng)建出高度智能的注釋符號(hào)族，應(yīng)用于實(shí)際的BIM項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了全部的結(jié)構(gòu)施工圖依舊采用平法表達(dá)，用案例說(shuō)明了平法在BIM技術(shù)中能夠繼續(xù)發(fā)揮作用。

平法;BIM技術(shù);建筑信息模型;智能族

1 前言

隨著B(niǎo)IM(建筑信息模型)技術(shù)工具軟件的不斷完善和BIM技術(shù)在中國(guó)工程界的逐步應(yīng)用，BIM理念與中國(guó)流行的平法理念是否矛盾，二者能否相容，平法是否即將淘汰的討論已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)論壇展開(kāi)，出現(xiàn)了完全不同的觀點(diǎn)和看法。

下面以筆者以應(yīng)用BIM工具軟件Autodesk Revit Structure進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，通過(guò)具體的設(shè)計(jì)案例來(lái)探討和分析目前國(guó)內(nèi)通用的結(jié)構(gòu)施工圖平面表示法能否在BIM技術(shù)時(shí)代繼續(xù)發(fā)揮作用，以及如何才能發(fā)揮作用。旨在給準(zhǔn)備采用BIM技術(shù)開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程師一些啟迪，給中國(guó)建筑行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)制定者一些參考。

2 平法的注釋符號(hào)與BIM理念的相容性

BIM技術(shù)理念最早由歐特克(Autodesk)公司提出，其核心在于建筑實(shí)體虛擬仿真和工程信息高度集成，從而實(shí)現(xiàn)全行業(yè)可以信息共享和協(xié)同工作，大大提高工作效率和工作質(zhì)量，節(jié)省資源并降低能耗。BIM技術(shù)起初應(yīng)用在美國(guó)和歐洲，所以該技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用的解決方案均是針對(duì)美國(guó)和歐洲的用戶，其數(shù)據(jù)接口和工程文檔的表達(dá)方式均采用的是歐美國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)。雖然這些國(guó)家和地區(qū)關(guān)于結(jié)構(gòu)施工圖的表達(dá)方式，沒(méi)有如中國(guó)現(xiàn)在很流行的“平面表示法”這一抽象的施工圖文檔表達(dá)方式，但歐美國(guó)家施工圖的表達(dá)除了采用直觀的詳圖表示法，也大量采用了抽象的符號(hào)作為工程語(yǔ)言來(lái)表示設(shè)計(jì)者意圖，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)繪圖工作?，F(xiàn)有的BIM技術(shù)工具平臺(tái)，如Revit Structure，采用參數(shù)化符號(hào)概念，為這類表達(dá)方式提供了相應(yīng)的解決方案。

平法的核心是表達(dá)鋼筋信息，而鋼筋信息是BIM的組成部分。如果平法的抽象注釋符號(hào)所表示的鋼筋信息均是以可存儲(chǔ)和可交換的數(shù)據(jù)形式包含其中，能夠與BIM中的鋼筋信息建立起內(nèi)在的聯(lián)系和雙向鏈接，那么平法理念的抽象化信息與BIM的數(shù)值化信息就可以統(tǒng)一，平法與BIM就不會(huì)對(duì)立。所以說(shuō)，如果BIM技術(shù)及相關(guān)的工具軟件最早是由中國(guó)人提出和研發(fā)出來(lái)的，就一定不會(huì)有關(guān)于平法將會(huì)淘汰這一說(shuō)法，因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)工具軟件推出時(shí)一定就將平法的理念融入其中，而且會(huì)有很好的解決方案和易操作性。

3 基于BIM模型實(shí)現(xiàn)平法的可能性

最早將結(jié)構(gòu)模型信息與平法聯(lián)系在一起的是目前中國(guó)內(nèi)地結(jié)構(gòu)工程師非常熟悉的PKPM。PKPM系列軟件具有從結(jié)構(gòu)分析計(jì)算到出結(jié)構(gòu)平法施工圖的系列解決方案。但目前PKPM的解決方案僅是單向的，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙向鏈接。在網(wǎng)絡(luò)論壇中也有關(guān)于PKPM是不是BIM的討論。PKPM系列軟件為不同專業(yè)之間的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)交換提供了很多解決方案，能說(shuō)它不是BIM?但為什么中國(guó)的結(jié)構(gòu)工程師僅利用了PKPM的結(jié)構(gòu)分析和截面設(shè)計(jì)功能，而沒(méi)有用它來(lái)進(jìn)行專業(yè)間協(xié)同和數(shù)據(jù)共享。個(gè)人認(rèn)為主要原因是PKPM數(shù)據(jù)的非開(kāi)放性。PKPM的構(gòu)件是參數(shù)化的，但參數(shù)的定義是固定的，外人無(wú)法向其中補(bǔ)充或修改，與BIM技術(shù)模型信息數(shù)據(jù)完全開(kāi)發(fā)的理念不一致。所以現(xiàn)在的PKPM就不可能是BIM技術(shù)平臺(tái)的工具軟件，只能是部分解決方案，或者說(shuō)是可以實(shí)現(xiàn)與BIM技術(shù)進(jìn)行鏈接的第三方分析軟件。

目前主流的BIM工具軟件研發(fā)公司，如歐特克，看到中國(guó)市場(chǎng)巨大，正在大力將平法的理念融入BIM技術(shù)之中，以適應(yīng)中國(guó)用戶的習(xí)慣，爭(zhēng)取強(qiáng)大的客戶群。歐特克旗下的速博(Sub)公司已著手于這方面的工作，且有一些初步的技術(shù)處理方法和解決方案提供給客戶。其基本思路是利用2D詳圖線和共享參數(shù)將平法的注釋符號(hào)和標(biāo)注文本與BIM基礎(chǔ)模型建立聯(lián)系。速博公司的初步解決方案已經(jīng)表明平法在BIM技術(shù)中是可以實(shí)現(xiàn)的。以筆者的應(yīng)用體驗(yàn)來(lái)看，目前速博提供的解決方案是可行的，但僅是告訴客戶在BIM中可以實(shí)現(xiàn)符合中國(guó)習(xí)慣的施工圖平法表達(dá)，其實(shí)際應(yīng)用的可操作性差。在平法注釋的鋼筋信息與結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件、工程算量軟件、鋼筋下料和放樣軟件的鏈接和數(shù)據(jù)共享上，還有待進(jìn)一步完善和擴(kuò)展。要讓平法的理念繼續(xù)在BIM時(shí)代發(fā)揮作用，僅靠軟件供應(yīng)商是不夠的，需要工程設(shè)計(jì)與施工一線的工程師共同來(lái)完成。

4 BIM中鋼筋詳圖表達(dá)與平法表達(dá)的比較

BIM技術(shù)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋可以采用3D實(shí)體來(lái)建模，提交的施工圖文檔一般是剖面詳圖。

也可以用一套抽象的注釋符號(hào)標(biāo)注在結(jié)構(gòu)平面圖上，即平法表達(dá)(參見(jiàn)圖2)。平法的核心是用抽象的符號(hào)表達(dá)鋼筋。

下面是BIM中用這兩種表達(dá)方式表示鋼筋的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

4.1 實(shí)體及詳圖表達(dá)鋼筋的優(yōu)缺點(diǎn)

實(shí)體詳圖表達(dá)鋼筋的主要優(yōu)點(diǎn):

· 3D可視、在平面剖面圖中可見(jiàn)、直觀;

· 可以與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)接;

· 鋼筋尺寸和定位準(zhǔn)確，可以直接指導(dǎo)施工;

· 可以對(duì)復(fù)雜配筋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行鋼筋碰撞校對(duì);

· 可以直接進(jìn)行鋼筋算量，方便快捷。

實(shí)體詳圖表達(dá)鋼筋的缺點(diǎn):

· 實(shí)體鋼筋建模工作量大;

· BIM模型文件大，影響建工具軟件的運(yùn)行速度;

· 圖面繁雜，圖紙量大。

4.2 平法注釋表達(dá)鋼筋的優(yōu)缺點(diǎn)

平法注釋表達(dá)鋼筋的主要優(yōu)點(diǎn):

· 配筋信息高度集中，大大減少了圖紙量，環(huán)保和低碳;

· 繪圖工作量小;

圖1 鋼筋3D實(shí)體與對(duì)應(yīng)的剖面詳圖

圖2 板配筋平法

· 圖面簡(jiǎn)潔，方便施工圖文檔的提交和審閱;

· 文件小，BIM工具軟件的運(yùn)行速度快;

平法注釋表達(dá)鋼筋的缺點(diǎn):

· 僅在標(biāo)注的平面圖中可見(jiàn)，無(wú)法3D可視;

· 表達(dá)不直觀，有歧義;

· 必須借助第三方的軟件才可以與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

雙向鏈接;

· 鋼筋定位信息不全，不可以直接指導(dǎo)施工;

· 不可進(jìn)行復(fù)雜配筋節(jié)點(diǎn)的鋼筋碰撞校對(duì);

· 必須借助第三方軟件才可以進(jìn)行鋼筋算量。

從上述比較可以看到，目前在BIM中運(yùn)用平法表達(dá)，其缺點(diǎn)多過(guò)優(yōu)點(diǎn)，所以當(dāng)前結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)用BIM技術(shù)來(lái)進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)的還不多。但隨著適合中國(guó)習(xí)慣的第三方的可以與BIM技術(shù)模型接口的軟件開(kāi)發(fā)和推出，以及平法融入BIM的技術(shù)問(wèn)題逐一克服，平法的優(yōu)勢(shì)就可以繼續(xù)發(fā)揮出來(lái)。

4.3 BIM中的平法與傳統(tǒng)平法的比較

BIM技術(shù)中的平法因BIM的技術(shù)的先進(jìn)性而注入新的活力。與傳統(tǒng)的平法比較，BIM技術(shù)中的平法除了具有傳統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之外，還有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。

首先，BIM中的平法注釋符號(hào)不僅僅是實(shí)體的抽象代號(hào)或孤立的注釋文本，而是包括了進(jìn)一步深化這些實(shí)體所需要的數(shù)值化信息，這些信息可以提取、交換和分析。

其次，設(shè)計(jì)師進(jìn)行的平法標(biāo)注是參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)師可以快速瀏覽到各種設(shè)計(jì)信息，通過(guò)調(diào)整和修改參數(shù)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行方案比選和配筋優(yōu)化。

另外，BIM中的平法注釋符號(hào)與BIM中心模型具有鏈接關(guān)系，因此可以與BIM中心模型互動(dòng)。設(shè)計(jì)師在工作集對(duì)構(gòu)件的修改(如:移動(dòng)、改尺寸)可以立刻傳遞到平法圖中，平法圖上對(duì)應(yīng)的注釋符號(hào)，包括位置和所有的數(shù)值化信息，均可自動(dòng)更新。

5 平法融入BIM尚待解決的問(wèn)題

5.1 建議CBIMS標(biāo)準(zhǔn)將平法理念納入其中

CBIMS是中國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)各方應(yīng)用BIM技術(shù)需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)框架體系。將平法的理念納入其中，有助于目前建筑行業(yè)平穩(wěn)過(guò)度到BIM技術(shù)時(shí)代，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)設(shè)計(jì)。中國(guó)的建筑業(yè)目前還處于粗放期，傳統(tǒng)的施工圖平法表達(dá)習(xí)慣更貼近民意。而B(niǎo)IM技術(shù)的應(yīng)用需要全行業(yè)人員整體技術(shù)水平的大提升。將平法的理念納入CBIMS，在BIM時(shí)代繼續(xù)發(fā)揮平法的優(yōu)勢(shì)，適合國(guó)情。

5.2 BIM的法規(guī)中要重新劃分各自的責(zé)任

如果規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師可以用平法表示，又規(guī)定其輸入到BIM模型的關(guān)于結(jié)構(gòu)配筋的信息必須足夠多，以便下游的施工人員可以直接從同一模型中提取相關(guān)的設(shè)計(jì)信息，利用第三方的軟件，生成工程量清單、鋼筋放樣圖，或繼續(xù)在BIM模型中補(bǔ)充繁雜節(jié)點(diǎn)的鋼筋實(shí)體，那么設(shè)計(jì)師的任務(wù)就可以僅表達(dá)到平法。其它工種依據(jù)需要來(lái)決定是否有必要將BIM模型繼續(xù)精細(xì)化。BIM時(shí)代，各階段各工種的設(shè)計(jì)深度和責(zé)任需要重新來(lái)界定。

設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)多少才算夠，也要有明確的界定。不能因?yàn)槟銢](méi)有相關(guān)的軟件來(lái)讀取模型的信息就說(shuō)設(shè)計(jì)深度不夠，而要有法規(guī)來(lái)避免這類糾紛。

5.3 開(kāi)發(fā)適合中國(guó)用戶習(xí)慣的平法智能符號(hào)族

平法理念要在BIM中獲得新生，必須對(duì)平法的注釋符號(hào)元素進(jìn)行革新。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，研發(fā)平法示意圖元與構(gòu)件鋼筋實(shí)際尺寸的數(shù)學(xué)關(guān)系，創(chuàng)造出適合中國(guó)用戶習(xí)慣的平法智能符號(hào)族塊。這需要既具豐富工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，又熟悉軟件技術(shù)二次開(kāi)發(fā)的團(tuán)隊(duì)來(lái)共同完成。

5.4 開(kāi)發(fā)鏈接平法信息與BIM信息的數(shù)據(jù)接口軟件

能否利用好BIM中平法標(biāo)注的信息，關(guān)鍵在于有沒(méi)有可以與之接口的軟件。以實(shí)現(xiàn)平法的鋼筋信息與結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件、工程造價(jià)軟件、鋼筋下料和放樣軟件對(duì)接。這需要專業(yè)的軟件研發(fā)機(jī)構(gòu)來(lái)完成。

6 案例

下面以北京某別墅項(xiàng)目為例，來(lái)說(shuō)明和展示在實(shí)際的BIM項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工圖平法表達(dá)的可行性。其主要技術(shù)手段是:基于Revit平臺(tái)，通過(guò)拓展速博的共享參數(shù)標(biāo)注族，和自己研發(fā)的二維詳圖智能族，實(shí)現(xiàn)全部的結(jié)構(gòu)施工圖平法表達(dá)。

6.1 工程的背景資料

項(xiàng)目系獨(dú)棟別墅，共187棟，多種戶型，每棟建筑面積1 000 m2至1 500 m2不等，地上三層，地下一層。總建筑面積大約24萬(wàn)m2。采用鋼筋混凝土異形柱框架+剪力墻結(jié)構(gòu)體系，坡屋頂。

雖然本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體形上不太復(fù)雜，也沒(méi)有太多的結(jié)構(gòu)難點(diǎn)，但基于業(yè)主打造精品，重視設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的考慮，以及類似戶型多、不同戶型間有很多建筑元素可以重復(fù)利用等特點(diǎn)。公司決定采用BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和設(shè)計(jì)，以方便與其它專業(yè)協(xié)調(diào)和提高工作效率。

6.2 BIM技術(shù)于本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的突破性進(jìn)展

以往的工程項(xiàng)目，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往停留在方案和初步設(shè)計(jì)階段，而施工圖設(shè)計(jì)階段依舊采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。本工程中主要突破是將BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用推進(jìn)到了施工圖階段，創(chuàng)新性地將BIM技術(shù)與平法的理念有機(jī)結(jié)合在一起。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

圖3 結(jié)構(gòu)BIM模型(典型戶型)

圖4 結(jié)構(gòu)平法施工圖

(1)混凝土結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件:梁、板、柱和剪力墻邊緣構(gòu)件的施工圖均在BIM模型中實(shí)現(xiàn)了用平法表達(dá)(主要是采用原位標(biāo)注)，參見(jiàn)圖4。

(2)符合中國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)平法施工圖直接從BIM模型中輸出，且利用BIM平臺(tái)工具軟件來(lái)進(jìn)行施工圖文檔的打印和管理(圖5)。

(3)平法注釋符號(hào)和鋼筋示意圖賦予了豐富的內(nèi)涵，鋼筋的總長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度、彎鉤尺寸、布筋區(qū)域等等信息均包含在其，對(duì)于常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，提交的結(jié)構(gòu)BIM模型可以指導(dǎo)施工(鋼筋算量和下料)。

圖5 施工圖資源管理

7 總結(jié)和建議

(1)就BIM與平法的技術(shù)形態(tài)來(lái)看，二者有很大差異，構(gòu)成建筑的實(shí)體在BIM中是3D可視，而平法中是抽象的符號(hào)。但就鋼筋信息的表達(dá)方式和手段而言，二者具有相容性。

(2)BIM中的平法是BIM實(shí)施過(guò)程中設(shè)計(jì)信息的表現(xiàn)和交付方式。與傳統(tǒng)的平法不同，BIM中的平法信息是與BIM基礎(chǔ)模型信息相關(guān)聯(lián)，借助宏命令，平法注釋信息可以與BIM基礎(chǔ)模型信息實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

(3)平法應(yīng)適應(yīng)BIM技術(shù)發(fā)展的要求，對(duì)其原有的表示方式和表達(dá)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，包括對(duì)平法制圖規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)詳圖的改進(jìn)。

(4)要針對(duì)中國(guó)的平法表達(dá)方式制定相應(yīng)的BIM技術(shù)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，包括參變量的名稱和定義，以便與上下游的第三方軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)價(jià)值最大化。

［1］《Revit Structure 2010用戶手冊(cè)》.歐特克公司.2009.

［2］《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》(03G1001/04G1001).中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2003.

［3］《基于Autodesk Revit Structure創(chuàng)建鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)施工圖的幾種技術(shù)處理方法》.Autodesk Subscription，2009.

［4］《梁柱施工圖設(shè)計(jì)》(PKPM系列).中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部，2007，(4).

The Plane Method of Structural Construction Design Drawing with BIM

Long Huiyuan

(Arup International Consultants Co.，Ltd.，Beijing100020，China)

In this paper the possibility of using the CD drawing Plane Method in BIMtechnology is generally discussed.The merits and demerits of CD drawings by detailing and by Plan Method are compared.Based on a real BIMtechnology project case in which all the CD drawings are finished by Pland Method，it is confirmed that the Plane Method concept can continuously be used in BIMtechnology.

Plan Method;BIM;BIMTechnology;Lintelligent Family

TU17;TU318+.3

A

1674－7461(2011)01－0026－05

龍輝元(1963－)，男，副總工程師，中國(guó)國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師。主要研究方向:高層和超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)雜大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究、結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化和CAD技術(shù)二次開(kāi)發(fā)。E-mail:hy.long@arup.com