BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

肖 輝

（湖北文理學(xué)院理工學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441000）

BIM技術(shù)在現(xiàn)今建筑行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，在建筑行業(yè)各領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越深入。但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，BIM的應(yīng)用并不很完善，存在多次建立模型、模型使用不充分、逆向翻模的現(xiàn)象，往往初步設(shè)計(jì)時(shí)繪制一遍模板圖，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)建立一個(gè)計(jì)算模型，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)深化初步設(shè)計(jì)，碰撞檢查時(shí)按照施工圖重新建立三維精確模型。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程重復(fù)建了4次模型，雖然個(gè)別階段模型能重復(fù)使用，但總體工作效率比較低。為實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)一體化，特以廣廈結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)系統(tǒng)GSRevit軟件來說明。

1 結(jié)構(gòu)建模和荷載輸入

進(jìn)行結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)，打開GSRevit軟件界面，點(diǎn)擊Revit建模，以此打開Revit軟件（注意在后面的操作過程中GSRevit軟件界面始終處于打開狀態(tài)，請(qǐng)勿關(guān)閉），選擇“結(jié)構(gòu)樣板”，在Revit軟件的界面功能菜單上多了幾個(gè)GS軟件插件圖標(biāo)，這幾個(gè)插件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要用。

1.1 模型總體信息

點(diǎn)擊“結(jié)構(gòu)信息”，輸入各層信息及總體信息，注意標(biāo)高信息輸入中以建筑標(biāo)高為準(zhǔn)。用于計(jì)算的混凝土強(qiáng)度等級(jí)取得是各層信息里的，并不是在建模中自行設(shè)置的構(gòu)件的混凝土等級(jí)，當(dāng)具體布置時(shí)，某些特殊構(gòu)件混凝土等級(jí)可單獨(dú)設(shè)置。關(guān)于地震信息中的振型數(shù)不是一次就可以確定的，要在結(jié)構(gòu)計(jì)算中以參與振型的質(zhì)量百分比進(jìn)行調(diào)整，不斷增加，直到參與振型的質(zhì)量均達(dá)到90%以上。

1.2 模型初建

導(dǎo)入已給定的建筑圖紙，以此作為底圖進(jìn)行軸網(wǎng)和構(gòu)件布置。構(gòu)件布置時(shí)，注意軟件建模的習(xí)慣，考慮到BIM系統(tǒng)中Revit的設(shè)計(jì)習(xí)慣是以建筑標(biāo)高為準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)0層為建筑1層，某層的結(jié)構(gòu)樓層涉及到兩層的建筑樓層，豎向構(gòu)件以視圖平面向下一層布置，比如選擇視圖平面為2F，布置的柱或墻為1樓的構(gòu)件，布置的梁或板為2樓的構(gòu)件。

1.3 荷載輸入

依照規(guī)范和實(shí)際情況進(jìn)行荷載輸入。對(duì)于建筑圖上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可以荷載的形式加載在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，此種做法僅針對(duì)結(jié)構(gòu)模型建模。在BIM系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)首先引用建筑模型，在建筑模型的基礎(chǔ)上輸入結(jié)構(gòu)模型，這樣結(jié)構(gòu)模型上的荷載更貼近真實(shí)情況，并且建筑模型中的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件雖然理論上不受力，對(duì)結(jié)構(gòu)受力不提供幫助，但是，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件還是有一定的強(qiáng)度和剛度，或多或少會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度有一定的影響。以真實(shí)構(gòu)件模型進(jìn)行加載，計(jì)算分析的結(jié)果更具有真實(shí)性。對(duì)于樓梯荷載的布置，軟件中沒有給出明確的布置方式，暫以虛板的方式布置荷載。

1.4 定義預(yù)制構(gòu)件

點(diǎn)擊“裝配式設(shè)計(jì)”，在初建模型中指定預(yù)制構(gòu)件，為后期施工模型深化設(shè)計(jì)、構(gòu)件深化設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備工作。

1.5 導(dǎo)出模型，驗(yàn)證模型的正確性

點(diǎn)擊“模型導(dǎo)出”，導(dǎo)出廣廈錄入模型。在廣廈軟件界面選擇“圖形錄入”，檢查模型中是否有藍(lán)色圖框，即為模型錯(cuò)誤，也可通過功能菜單中的“數(shù)據(jù)檢查”，查找模型中的錯(cuò)誤進(jìn)行改正。注意，此項(xiàng)工作一定要在層間拷貝前完成，否則在修改時(shí)可能要進(jìn)行多層修改，造成麻煩。

1.6 層間拷貝

高層建筑中往往存在多個(gè)樓層的結(jié)構(gòu)布局完全相同，可只建最低一個(gè)樓層的模型，其他樓層不需要在Revit中建立，可采用層間拷貝的功能拷貝到新的樓層后進(jìn)行修改。

2 結(jié)構(gòu)模型分析和調(diào)整

依次選擇“樓板、次梁、磚混計(jì)算”“通用計(jì)算GSSAP”進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，檢查超限問題?；炷两Y(jié)構(gòu)關(guān)心的主要結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)有質(zhì)心、剛心和偏心率、側(cè)向剛度比、結(jié)構(gòu)位移、位移比、位移角、周期比、剪重比、傾覆力矩、剛重比、軸壓比等。常見的超限問題有軸壓比超限、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、連梁剪力超限等。

2.1 軸壓比超限

2.2 扭轉(zhuǎn)不規(guī)則

扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的本質(zhì)是質(zhì)心和剛心不重合，導(dǎo)致位移比＞1.2，周期比＞90%，扭轉(zhuǎn)周期不是第三周期或更后。因此，當(dāng)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí)，最簡(jiǎn)單有效的辦法就是調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布局，盡量使結(jié)構(gòu)對(duì)稱、均勻，適當(dāng)弱化中間，加強(qiáng)四周，盡量使質(zhì)心與剛心重合。

2.3 連梁剪力超限

計(jì)算中往往會(huì)出現(xiàn)連梁剪力超限問題。具體調(diào)整辦法：（1）降低連梁的剛度：加長(zhǎng)、減小高度。（2）減小兩側(cè)剪力墻的長(zhǎng)度。（3）適當(dāng)降低連梁剛度折減系數(shù)。對(duì)于連梁剪力超限時(shí)，盡量不要采用增大連梁截面的方法，因?yàn)榻孛嬖龃罅?，必然?huì)導(dǎo)致剛度增大，分配的剪力也會(huì)增大，對(duì)控制剪力超限作用甚微。選擇“平法配筋”對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算配筋，然后選擇“AutoCAD自動(dòng)成圖”，進(jìn)入AutoCAD界面。首先設(shè)置出圖習(xí)慣，然后依次完成“生成DWG圖”“平法警告”“校核審查”“分存DWG”。當(dāng)配筋圖中有修改需要時(shí)，比如超筋超限警告、裂縫超限警告，可直接在AutoCAD中修改，此修改內(nèi)容與Revit中的模型關(guān)聯(lián)。

3 裝配式深化設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)模型預(yù)處理

Revit中生成施工圖后，會(huì)將之前空缺的樓層補(bǔ)全。為了實(shí)現(xiàn)一模多用，進(jìn)行裝配式深化設(shè)計(jì)時(shí)仍只用這一個(gè)模型，在需要進(jìn)行深化設(shè)計(jì)的樓層復(fù)制視圖，在復(fù)制后的視圖中進(jìn)行施工深化設(shè)計(jì)，并且在ViewCube上點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，在彈出的下拉框中選擇要定位的3D視圖。在視圖中隱藏之前指定的裝配式構(gòu)件，重新布置預(yù)制構(gòu)件。布置預(yù)制構(gòu)件時(shí)，為保證預(yù)制構(gòu)件種類少，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件模板的通用性，應(yīng)允許對(duì)建筑圖紙（或建筑模型）進(jìn)行微調(diào)，盡量使預(yù)制構(gòu)件種類少，規(guī)格統(tǒng)一，因此，這需要多專業(yè)的協(xié)同。

3.2 構(gòu)件拆分

按照拼裝方便、構(gòu)件統(tǒng)一的原則進(jìn)行拆分，保證足夠的現(xiàn)澆接縫寬度和伸出鋼筋長(zhǎng)度。導(dǎo)入相應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件族，找到要用的族，路徑為“族—常規(guī)模型—GS—疊合底板可拖動(dòng)”，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)“創(chuàng)建實(shí)例”，將預(yù)制構(gòu)件放到指定位置，尺寸大小可直接拖動(dòng)，也可在屬性中設(shè)置。添加完預(yù)制構(gòu)件后，應(yīng)按規(guī)定對(duì)構(gòu)件命名?？紤]到現(xiàn)澆層表面的標(biāo)高，布置預(yù)制構(gòu)件時(shí)應(yīng)注意調(diào)整標(biāo)高。

3.3 構(gòu)件布筋

點(diǎn)擊菜單“裝配式設(shè)計(jì)—排布板筋”，彈出預(yù)制構(gòu)件配筋排布參數(shù)對(duì)話框，根據(jù)模型整體計(jì)算中的配筋信息對(duì)彈出對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置，注意鋼筋的搭接長(zhǎng)度和鋼筋間距。注意最上面的“√”一定要去掉。然后選取需要深化的構(gòu)件，顯示出外觀圖。

3.4 構(gòu)件處理

對(duì)于一些需要特殊處理的構(gòu)件，比如樓板開洞、主次梁設(shè)置牛擔(dān)板等，除混凝土體形需要修改外，其中的配筋也應(yīng)相應(yīng)改變。

3.5 碰撞檢查

碰撞檢查是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)，將影響到后期的施工環(huán)節(jié)。碰撞問題經(jīng)常發(fā)生在預(yù)制構(gòu)件之間或預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部，需要認(rèn)真處理。在預(yù)制構(gòu)件布置完后，點(diǎn)擊“鋼筋碰撞”，圖中顯示紅色表示出現(xiàn)了碰撞，則拖動(dòng)錯(cuò)開。如果發(fā)現(xiàn)拖動(dòng)不了，一般是Revit自動(dòng)對(duì)保護(hù)層位置做了鎖定，解鎖就可以拖動(dòng)了。

4 預(yù)制構(gòu)件加工圖

對(duì)于施工模型中的預(yù)制構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)。為使施工模型干凈整潔，新建項(xiàng)目后，將預(yù)制構(gòu)件復(fù)制到新的結(jié)構(gòu)樣板中生成預(yù)制構(gòu)件加工圖。同樣選擇“排布板筋”，此時(shí)最上面的應(yīng)勾選，然后選擇預(yù)制構(gòu)件，將自動(dòng)生成構(gòu)件的配筋三視圖、配筋三維圖和材料表。生成的圖紙有三處需要修改的地方：（1）在圖紙中移動(dòng)每個(gè)視圖說明到視圖正下方。（2）在模板圖中打斷剖切線。（3）修改明細(xì)表，取消表頭后的空行和增加重量統(tǒng)計(jì)。預(yù)制構(gòu)件還需要進(jìn)行脫模計(jì)算和吊裝計(jì)算，以確定吊點(diǎn)個(gè)數(shù)和吊點(diǎn)位置，保證構(gòu)件制作安全性。

5 還需解決的問題

GSRevit軟件解決了Revit中結(jié)構(gòu)模型輸入和直接計(jì)算的問題，保證了結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，但仍有些問題需要解決：（1）AutoCAD自動(dòng)成圖及Revit中的生成施工圖耗時(shí)較多，特別是Revit中的生成施工圖需要等很久才可以完成，希望以后可以加快圖紙生成速度。（2）對(duì)于樓梯荷載的布置方式需要更明確化。（3）預(yù)制構(gòu)件加工圖與施工模型沒有關(guān)聯(lián)性，需要進(jìn)行多處修改。（4）缺少模具加工圖紙，希望能根據(jù)模板圖和配筋圖自動(dòng)生成模具加工圖，以方便預(yù)制廠的加工，保證模具的可靠性。