歷史建筑修繕BIM模型中異形柱的包鋼加固族創(chuàng)建研究

張穎 方立新 孫遜 / ZHANG Ying, FANG Lixin, SUN Xun

歷史建筑修繕BIM模型中異形柱的包鋼加固族創(chuàng)建研究

張穎 方立新 孫遜 / ZHANG Ying, FANG Lixin, SUN Xun

BIM建筑模型的信息管理能力使之能夠在歷史建筑修繕中發(fā)揮重要作用，其參數(shù)化族可以用于設(shè)計(jì)既有建筑及相關(guān)修繕項(xiàng)目中的各類構(gòu)件。本文針對(duì)歷史建筑修繕中的異形構(gòu)件，探討了Revit模型中異形柱加固族的創(chuàng)建過程并將其應(yīng)用于歷史建筑南京招商局舊址大樓的修繕BIM模型中。

歷史建筑 修繕加固 建筑信息模型 Revit族

1 建筑BIM信息模型

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）作為三維可視化的數(shù)字建筑模型，以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為建模基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)師和工程師提供精細(xì)化的數(shù)據(jù)平臺(tái)，幫助用戶對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造管理。相比于傳統(tǒng)繪圖方式，BIM能幫助減少設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員所產(chǎn)生的各類錯(cuò)誤，避免施工階段的各類疏漏。通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，用戶可查詢建筑模型的各類數(shù)據(jù)，執(zhí)行信息共享、傳遞、協(xié)同等任務(wù)，協(xié)助決策者做出準(zhǔn)確的判斷（吳吉明，2011）。

BIM不僅可以應(yīng)用于新建建筑，也適合歷史建筑。廣義而言BIM是一個(gè)共享的知識(shí)資源，為建筑從建設(shè)到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)。修繕設(shè)計(jì)人員通過BIM技術(shù)創(chuàng)建歷史建筑模型，從而對(duì)歷史建筑的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間構(gòu)建與分析，以全面把握歷史建筑的精確信息，完整記錄修繕與改造的相關(guān)數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性使歷史建筑修繕BIM模型具有了特別的價(jià)值。因此，應(yīng)用BIM模型幫助完成歷史建筑的信息記錄與精細(xì)化維護(hù)，已得到建筑遺產(chǎn)保護(hù)工作者的廣泛認(rèn)同，在行業(yè)內(nèi)獲得越來越多的實(shí)踐探索機(jī)會(huì)（趙華英 等，2014）。

2 建筑構(gòu)造的BIM族分析

在應(yīng)用BIM創(chuàng)建歷史建筑的修繕模型的過程中，會(huì)遇到結(jié)構(gòu)加固措施的構(gòu)造設(shè)置與表達(dá)問題，這些加固措施包括包鋼加固、粘鋼加固、碳纖維加固以及混凝土擴(kuò)截面等等，在典型的BIM模型建模軟件Revit中，各種構(gòu)造設(shè)計(jì)一般依靠相關(guān)族的載入來處理。

族是Revit中項(xiàng)目的重要組成部分，承載著構(gòu)件的組成、形體、材料等多類參數(shù)信息。在Revit中一般分為系統(tǒng)族、內(nèi)建族以及可載入族3種類型。系統(tǒng)族是在項(xiàng)目中預(yù)定義的，不能作為外部文件進(jìn)行創(chuàng)建以及載入，只能在項(xiàng)目中創(chuàng)建和修改，或在樣板和項(xiàng)目之間進(jìn)行復(fù)制、粘貼或傳遞；內(nèi)建族是在當(dāng)前項(xiàng)目中建立的族，只能存儲(chǔ)在當(dāng)前的項(xiàng)目里，不可以用在其他項(xiàng)目中；可載入族是通過族樣板創(chuàng)建的在項(xiàng)目之外的獨(dú)立文件。作為項(xiàng)目的基本元素，族的參數(shù)化功能可以協(xié)助工程師進(jìn)行精細(xì)的構(gòu)件設(shè)計(jì)與裝配，在相關(guān)專業(yè)規(guī)則驅(qū)動(dòng)下，使模型與參數(shù)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)，模型隨參數(shù)（包括幾何、材料、性能、溫度等）的變動(dòng)而改變。設(shè)計(jì)師可以通過在族中合理地設(shè)置參數(shù)變量，對(duì)用法和行為類似的圖元進(jìn)行尺寸、形狀、類型等多重級(jí)別的控制（羅文林，劉剛，2015），完成修繕設(shè)計(jì)的調(diào)整和修繕項(xiàng)目的工程統(tǒng)計(jì)與管理。

作為可以從項(xiàng)目外部導(dǎo)入到項(xiàng)目中的族，加固設(shè)計(jì)族庫(kù)一般為可載入族，在外部RFA文件中創(chuàng)建，而后載入到項(xiàng)目中，由于其自定義性較高，工程師更樂于使用，但是歷史建筑修繕過程中可能會(huì)需要一些特殊的異形構(gòu)件，其加固族創(chuàng)建應(yīng)滿足相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，需要?jiǎng)?chuàng)建者熟悉相關(guān)加固構(gòu)造，并對(duì)族的自定義參數(shù)設(shè)置有較深入的理解。

本文以南京招商局大樓舊址修繕項(xiàng)目為例，討論異形柱加固族。該建筑建于1947年，為中華民國(guó)國(guó)民政府招商局所建的船型辦公樓，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者為基泰工程司的建筑大師楊廷寶先生，該建筑是南京最早結(jié)合候船與辦公兩種功能的綜合性建筑，為近代交通建筑與辦公建筑結(jié)合的典型案例，造型很有特點(diǎn)，構(gòu)件富有寓意，如大樓的所有鋼筋混凝土柱的截面均為六邊形（圖1）。本次修繕中，對(duì)混凝土構(gòu)件采用了特殊的包鋼加固方式，因其BIM模型不同于常規(guī)矩形截面的混凝土梁柱包鋼加固構(gòu)造，故需要在Revit中創(chuàng)建具有針對(duì)性的包鋼加固族，以滿足實(shí)際工程的應(yīng)用要求。

圖1 南京招商局舊址大樓的六邊形截面混凝土柱

圖2 框架柱加固族創(chuàng)建與參數(shù)說明

3 加固族的創(chuàng)建過程

加固族的創(chuàng)建，選擇公制常規(guī)模型。按照框架柱的形狀，分別在樓層平面和立面繪制參照平面，并添加控制框架柱形狀的實(shí)例參數(shù)“柱邊長(zhǎng)”、“倒角”和“柱高”，以及實(shí)例參數(shù)“縱向鋼梁高度”。通過拉伸命令建立粘鋼板，并鎖定相應(yīng)的參照平面，添加實(shí)例參數(shù)“粘鋼板厚度”和“粘鋼板類型”，將粘鋼板的拉伸終點(diǎn)關(guān)聯(lián)到柱高。綴板和錨栓另外建族，嵌套到加固族中（圖2）。

新建綴板族，選擇公制常規(guī)模型。通過放樣命令建立綴板，同樣，按照框架柱以及粘鋼板的形狀，繪制參照平面并鎖定相應(yīng)的參照平面，添加實(shí)例參數(shù)“柱邊長(zhǎng)”、“倒角”、“粘鋼板厚度”、“綴板肢寬”、“綴板寬度”、“綴板厚度”和“綴板類型”。

新建錨栓族，選擇公制常規(guī)模型。繪制參照平面，通過放樣命令建立錨栓，并鎖定相應(yīng)的參照平面，添加實(shí)例參數(shù)“柱邊長(zhǎng)”、“倒角”、“粘鋼板厚度”、“錨栓直徑”和“錨栓類型”。

將綴板族和錨栓族載入加固族中時(shí)，要用到陣列命令，因此綴板和錨栓的尺寸標(biāo)注和參數(shù)添加要在編輯放樣的狀態(tài)下進(jìn)行。

將錨栓族載入加固族中，將錨栓對(duì)應(yīng)的實(shí)例參數(shù)關(guān)聯(lián)加固族參數(shù)。繪制參照平面，確定錨栓陣列的范圍，添加實(shí)例參數(shù)“錨栓距柱邊”，并將載入的第一組錨栓圓心對(duì)齊到參照平面。選中第一組錨栓，選擇陣列命令，勾選“成組并關(guān)聯(lián)”，移動(dòng)到“最后一個(gè)”。選中項(xiàng)目數(shù)，添加實(shí)例參數(shù)“錨栓個(gè)數(shù)”。添加實(shí)例參數(shù)“錨栓間距”，輸入“錨栓個(gè)數(shù)”計(jì)算公式。

在加固族中添加實(shí)例參數(shù)“節(jié)點(diǎn)區(qū)綴板寬度頂”和“節(jié)點(diǎn)區(qū)綴板寬度底”，并設(shè)置相應(yīng)的數(shù)值。首先添加柱底部節(jié)點(diǎn)區(qū)的綴板，將綴板族載入加固族中，鎖定底部的參照平面，關(guān)聯(lián)相應(yīng)的族參數(shù)，其中將“綴板寬度”關(guān)聯(lián)“節(jié)點(diǎn)區(qū)綴板寬度底”。然后添加柱頂部節(jié)點(diǎn)區(qū)的綴板，選擇“創(chuàng)建構(gòu)件”，按照同樣的方式設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。添加加密區(qū)綴板，創(chuàng)建參照平面，添加實(shí)例參數(shù)“加密區(qū)1距柱底”、“綴板加密區(qū)1”和“綴板加密間距”。選擇“創(chuàng)建構(gòu)件”，布置第一組綴板，并鎖定參照平面。選中第一組綴板，完成陣列，添加實(shí)例參數(shù)“綴板加密區(qū)1個(gè)數(shù)”，輸入計(jì)算公式。按照同樣的方式添加加密區(qū)2和非加密區(qū)的綴板。加固族完成后加載到Revit模型中的招商局大樓懸挑長(zhǎng)廊區(qū)異形柱結(jié)構(gòu)（圖3）。

圖3 南京招商局大樓修繕加固BIM模型

4 結(jié)語(yǔ)

Revit軟件具有強(qiáng)大的建族功能，能夠在BIM模型中對(duì)構(gòu)件進(jìn)行系統(tǒng)化多維度的信息配置，其參數(shù)化的優(yōu)點(diǎn)也有助于歷史建筑修繕的加固構(gòu)造設(shè)計(jì)，在歷史建筑BIM模型中創(chuàng)建相關(guān)加固族，已成為修繕設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的工作環(huán)節(jié)。本文以南京民國(guó)建筑招商局大樓項(xiàng)目為例，具體討論了該修繕項(xiàng)目異形柱加固族的創(chuàng)建過程，其創(chuàng)建思路與工作流程可供正在承擔(dān)類似修繕項(xiàng)目的工程師參考。

[1] 吳吉明. 建筑信息模型系統(tǒng)(BIM)的本土化策略研究[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2011, 3(3).

[2] 趙華英, 葉紅華, 趙冠一. 上海玉佛禪寺修繕與改擴(kuò)建工程中的BIM技術(shù)拓展應(yīng)用[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2014, 6(1).

[3] 羅文林, 劉剛. 基于BIM技術(shù)的Revit族在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[J]. 施工技術(shù), 2015(S1).

2016-11-01

RESEARCH OF THE STEEL ARMOURED REINFORCEMENT MODEL OF SPECIALSHAPED COLUMNS IN BIM MODEL OF HISTORICAL BUILDINGS RENOVATION

The information management ability of BIM architecture models can play an important role in the renovation of historical buildings. Its parametric family can be used for design and related repair of all kinds of components in the existing buildings. This paper discusses the creating process of specialshaped columns reinforcement in the Revit models and applies it to the renovation and reinforcement BIM model of Nanjing Merchants site.

Historical Buildings, Renovation and Reinforcement, Building Information Modeling, Revit Family

本文受國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：51478102）資助。

張穎，東南大學(xué)建筑學(xué)院方立新，東南大學(xué)建筑學(xué)院孫遜，東南大學(xué)建筑學(xué)院