基于BI M的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模及碰撞檢查探究

周威

（河北軌道運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊050051)

1 引言

伴隨著現(xiàn)代信息科技的發(fā)展，工程項(xiàng)目日益增多，建筑信息模型得到了人們的廣泛關(guān)注[1]。2002 年，BIM 技術(shù)由Autodesk 公司提出，可以將建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等信息集成在一個(gè)3D 模型信息庫(kù)。設(shè)計(jì)、施工等各方人員可以共同工作，有效地提高了設(shè)計(jì)、施工效率，實(shí)現(xiàn)了透明溝通、節(jié)約成本。

目前，除了國(guó)家強(qiáng)制使用BIM 技術(shù)的工程，BIM 技術(shù)在其他工程中應(yīng)用并不廣泛。國(guó)內(nèi)BIM 應(yīng)用仍存在應(yīng)用率偏低、BIM 績(jī)效不良等問(wèn)題[2]。我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常采用CAD、PKPM 等軟件，存在一定的問(wèn)題，包括設(shè)計(jì)圖紙可視化程度較低，與業(yè)主溝通困難；難以生成建筑效果圖；設(shè)計(jì)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；各專業(yè)溝通不到位，出現(xiàn)各專業(yè)系統(tǒng)的碰撞問(wèn)題。采用BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以避免以上問(wèn)題。

2 BI M技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 BI M概述

BIM 全稱為建筑信息模型，通過(guò)三維數(shù)字技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑信息的具象化[3]。根據(jù)美國(guó)國(guó)家建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目委員會(huì)對(duì)BIM 的定義，BIM 是指設(shè)施的物理和功能特性的數(shù)字化表述[4]。BIM 技術(shù)起源于建筑行業(yè)，可將工程模型的幾何屬性進(jìn)行數(shù)字化、可視化表達(dá)，能為項(xiàng)目的各種決策提供全生命周期的可靠服務(wù)[5]。BIM 可以將各類工程（建筑工程、鐵道工程、橋梁工程等）的數(shù)據(jù)、信息作為建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，模擬各類工程的各項(xiàng)信息。

BIM 的建模軟件包括Autodesk Revit、Autodesk Naviswork、Bentley Building 等。在我國(guó)工程方面應(yīng)用較多、較為廣泛的是Autodesk Revit 軟件。Revit 軟件可以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并檢查建筑結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)碰撞。該軟件對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行碰撞檢查較為簡(jiǎn)便，不僅可以檢查是否存在碰撞，還可以發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)碰撞的位置，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論參考。

2.2 BI M的特點(diǎn)

建筑信息模型作為一種創(chuàng)新的理念與方法，憑借其可視化、協(xié)調(diào)性和模擬性等優(yōu)點(diǎn)，在建筑領(lǐng)域得到迅速推廣[6]。BIM技術(shù)的特點(diǎn)包括以下5 個(gè)方面：

1）創(chuàng)建模型可視化。使用BIM 技術(shù)建立的工程模型，建模結(jié)果即為設(shè)計(jì)結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的可視化。結(jié)合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成圖形，使設(shè)計(jì)人員以及施工人員可以根據(jù)圖像的顯示狀況進(jìn)行工程的準(zhǔn)確施工[7]。

2）多方協(xié)同作業(yè)。建筑設(shè)計(jì)時(shí)，各專業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)碰撞，如暖通管道、建筑門(mén)窗與結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件碰撞。使用Revit 軟件建立工程模型之后，就可以提前協(xié)調(diào)解決這類問(wèn)題。

3）工程模擬性。Revit 軟件建模具有高度仿真的性能，不僅可以模擬工程模型，還可以模擬日照、緊急疏散、熱能傳導(dǎo)等。

4）設(shè)計(jì)優(yōu)化性。Revit 軟件可以優(yōu)化工程設(shè)計(jì)（自動(dòng)檢測(cè)碰撞點(diǎn)）、項(xiàng)目方案、特殊項(xiàng)目設(shè)計(jì)優(yōu)化等。

5）建模可出圖性。Revit 軟件不僅可以提供設(shè)計(jì)、施工圖紙，還可以通過(guò)協(xié)調(diào)、優(yōu)化后，提供綜合管線圖、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖、碰撞檢查偵錯(cuò)報(bào)告、改進(jìn)建議方案等。

3 實(shí)際3 層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

3.1 工程概況

某幼兒園設(shè)計(jì)為3 層框架結(jié)構(gòu)，層高為3 600 mm，結(jié)構(gòu)平面圖如圖1 所示。該建筑物的梁、板、柱、墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30，柱截面尺寸為KZ1：550 mm×600 mm、KZ2：550 mm×400 mm、KZ3：550 mm×600 mm、KZ4：450 mm×450 mm、KZ5：550 mm×600 mm，梁截面尺寸橫向主梁（1～6 軸）為300 mm×600 mm，橫向次梁為250 mm×500 mm，縱向主梁（A～D）為300 mm×600 mm，縱向次梁為250 mm×500 mm?，F(xiàn)澆混凝土板厚度為100 mm?，F(xiàn)澆混凝土墻厚度為200 mm。

圖1 某幼兒園結(jié)構(gòu)平面圖

3.2 工程模型

利用Autodesk Revit 軟件創(chuàng)建幼兒園3 層框架結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)實(shí)際工程資料，設(shè)置梁、板、柱、墻、門(mén)窗等屬性，并創(chuàng)建場(chǎng)地。創(chuàng)建完成后工程模型如圖2 所示。

圖2 框架結(jié)構(gòu)模型

3.3 工程模型建模步驟

1）繪制模型標(biāo)高、軸網(wǎng)。由3 層框架結(jié)構(gòu)工程信息，創(chuàng)建立面標(biāo)高、平面軸網(wǎng)。在項(xiàng)目瀏覽器中展開(kāi)立面中的南立面，繪制、編輯模型各層標(biāo)高；展開(kāi)樓層平面中的1 層平面，使用軸網(wǎng)命令繪制、編輯模型軸網(wǎng)。

2）繪制模型框架柱。由設(shè)計(jì)圖紙中框架柱的材料、尺寸、位置數(shù)據(jù)信息，繪制模型框架柱。在選項(xiàng)卡展開(kāi)結(jié)構(gòu)柱，創(chuàng)建工程概況中KZ1～KZ5 的混凝土框架柱。

3）繪制模型框架梁。由設(shè)計(jì)圖紙中框架梁的材料、尺寸、位置數(shù)據(jù)信息，繪制模型框架梁。在選項(xiàng)卡展開(kāi)結(jié)構(gòu)梁，創(chuàng)建工程概況中橫、縱向主、次混凝土框架梁，框架梁在框架柱上方。

4）繪制模型內(nèi)外墻。由設(shè)計(jì)圖紙中內(nèi)外墻的材質(zhì)、尺寸、位置數(shù)據(jù)信息，繪制模型內(nèi)外墻。在選項(xiàng)卡展開(kāi)墻，創(chuàng)建內(nèi)外墻體。

5）繪制模型門(mén)窗和樓板。由設(shè)計(jì)圖紙中門(mén)窗表以及樓板材料、位置數(shù)據(jù)信息，繪制模型門(mén)窗、樓板。在選項(xiàng)卡展開(kāi)門(mén)、窗，繪制門(mén)窗；展開(kāi)樓板，繪制樓板。

6）繪制模型樓梯。由設(shè)計(jì)圖紙中樓梯材料、位置、踏面、踢面、休息平臺(tái)、欄桿扶手?jǐn)?shù)據(jù)信息，繪制模型樓梯。在選項(xiàng)卡展開(kāi)樓梯，繪制樓梯。

7）繪制雨篷。由設(shè)計(jì)圖紙中雨篷數(shù)據(jù)信息，繪制模型雨篷。在選項(xiàng)卡展開(kāi)建筑屋頂，繪制雨篷。

8）繪制模型場(chǎng)地。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)環(huán)境進(jìn)行場(chǎng)地建模。在場(chǎng)地平面繪制場(chǎng)地。

4 實(shí)際3 層框架結(jié)構(gòu)碰撞檢查

BIM 技術(shù)中，碰撞檢查是實(shí)用性較強(qiáng)的功能，標(biāo)志著二維向三維轉(zhuǎn)向。通過(guò)3D 校審，可以發(fā)現(xiàn)隱藏在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，100%消除各類碰撞，減少返工、縮短工期、節(jié)約成本。

碰撞分為硬碰撞與軟碰撞。硬碰撞指實(shí)體構(gòu)件與實(shí)體構(gòu)件之間的相互碰撞，又分為單專業(yè)碰撞和多專業(yè)碰撞；軟碰撞指實(shí)體構(gòu)件之間沒(méi)有發(fā)生實(shí)際的碰撞，但是構(gòu)件之間的間距不能滿足安裝或維修要求。本文主要針對(duì)3 層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬碰撞檢查。

4.1 單專業(yè)碰撞檢查——樓梯與梁碰撞檢查

框架結(jié)構(gòu)樓梯與梁碰撞檢查屬于硬碰撞檢查中的單專業(yè)碰撞檢查，僅屬于結(jié)構(gòu)專業(yè)。通過(guò)使用Autodesk Revit 軟件中碰撞檢查功能實(shí)現(xiàn)檢查樓梯與梁是否發(fā)生碰撞。

通過(guò)碰撞檢查發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)模型存在4 處碰撞：2 個(gè)樓梯分別與2 根樓梯梁碰撞。碰撞原因?yàn)闃翘萘何恢缅e(cuò)誤導(dǎo)致，如表1 所示。

表1 樓梯與梁碰撞檢查結(jié)果

通過(guò)調(diào)整樓梯梁位置，再次進(jìn)行碰撞檢查，未出現(xiàn)樓梯與梁碰撞現(xiàn)象。

4.2 多專業(yè)碰撞檢查——門(mén)窗與結(jié)構(gòu)梁柱碰撞

框架結(jié)構(gòu)門(mén)窗與結(jié)構(gòu)梁柱碰撞檢查屬于硬碰撞檢查中的多專業(yè)碰撞檢查，屬于建筑專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)。通過(guò)使用Autodesk Revit 軟件中碰撞檢查功能檢查門(mén)窗與結(jié)構(gòu)梁柱是否發(fā)生碰撞。

通過(guò)碰撞檢查發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)模型存在1 處碰撞：2 層窗C6 與其上部梁KL4 碰撞。碰撞原因?yàn)榇暗赘叨儒e(cuò)誤，如表2 所示。

表2 窗與結(jié)構(gòu)梁碰撞檢查結(jié)果

通過(guò)調(diào)整窗底高度，再次進(jìn)行碰撞檢查，未出現(xiàn)門(mén)窗與結(jié)構(gòu)梁柱碰撞現(xiàn)象。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模及碰撞檢查研究，可以得出以下結(jié)論：

1）通過(guò)采用BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)建模，可以展示三維立體模型，自動(dòng)生成建筑效果圖，直接顯示數(shù)據(jù)。不同行業(yè)人員可以從中讀取數(shù)據(jù)，便于溝通。

2）使用Autodesk Revit 軟件中碰撞檢查功能時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)得出的沖突報(bào)告可以判斷建筑結(jié)構(gòu)是否存在碰撞并消除，相對(duì)于之前的檢查方法更為準(zhǔn)確、快速、低成本。

3）本文使用BIM 技術(shù)研究了實(shí)際框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模和碰撞檢查，但還存在需要完善的方面，例如，模型的軟碰撞檢查等還需要進(jìn)一步研究。