基于BIM的鋼筋混凝土單層廠房結(jié)構(gòu)及其族庫(kù)建設(shè)

羅海文，周振豪，蔣雪瑩，鄧雪妮，鄧兆凱

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052）

1 BIM 技術(shù)

1.1 BIM 在單層廠房的應(yīng)用

主要體現(xiàn)在如下領(lǐng)域：①?gòu)S房的地形分析——通過(guò)應(yīng)用Civil3D 和Dynamo 進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，使得分析結(jié)果更加直觀明了）；②廠房的土方工程量計(jì)算——通過(guò)應(yīng)用Revit 和Dynamo 進(jìn)行地形布爾運(yùn)算，使得效率更高、數(shù)據(jù)更加精確；③廠房的外部接口對(duì)接——通過(guò)應(yīng)用Revit 進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)，使分析過(guò)程直觀、減少修改；④廠房的綜合管線設(shè)計(jì)——通過(guò)Revit 和Navisworks 進(jìn)行碰撞檢測(cè)，使模型更加準(zhǔn)確，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；⑤廠房的方案效果展示——通過(guò)Fuzor 和Navisworks 構(gòu)建BIM+實(shí)景模型及施工模擬，使廠房模型的可視化程度大幅提高。

1.2 BIM 在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

BIM 起源于美國(guó)，因此在一些國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家BIM 技術(shù)的起步相對(duì)較早，應(yīng)用和發(fā)展也較廣泛，技術(shù)比較成熟。隨著BIM 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，許多國(guó)家都開始制定適應(yīng)本國(guó)發(fā)展的BIM 標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)總務(wù)管理局于推出了國(guó)家3D-4D-BIM 計(jì)劃，并陸續(xù)發(fā)布了系列BIM 指南[1]，歐洲、韓國(guó)、日本也有多家政府機(jī)關(guān)致力于BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定。在BIM 技術(shù)應(yīng)用方面，美、日、德等西方國(guó)家均要求設(shè)計(jì)和施工企業(yè)，必須采用BIM 技術(shù)，設(shè)計(jì)事務(wù)所和施工企業(yè)也都將BIM 技術(shù)作為核心競(jìng)爭(zhēng)力。

與美國(guó)行業(yè)協(xié)會(huì)主導(dǎo)下的BIM 發(fā)展不同，我國(guó)BIM 的發(fā)展政府起主導(dǎo)作用，主要體現(xiàn)在政策引導(dǎo)、BIM 標(biāo)準(zhǔn)制定、人才政策等方面。我國(guó)工程建設(shè)行業(yè)從2003年開始引進(jìn)BIM 技術(shù)，為BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)的全面推廣吹響了沖鋒號(hào)。目前，BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要集中在施工單位，各類BIM 咨詢公司和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，政府及行業(yè)協(xié)會(huì)也開始越來(lái)越重視BIM 的應(yīng)用價(jià)值和意義[2]。但就應(yīng)用廣度和深度而言，BIM 在中國(guó)的應(yīng)用尚淺，相對(duì)于國(guó)外的研究，我國(guó)對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用和研究主要集中在設(shè)計(jì)和施工階段，尚未達(dá)到全生命周期的水平。

1.3 BIM 發(fā)展前景

隨著信息化技術(shù)在工程建設(shè)行業(yè)應(yīng)用廣度與深度的不斷擴(kuò)大，BIM 技術(shù)為建筑設(shè)計(jì)的工作效率和工作質(zhì)量提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，是工程建設(shè)行業(yè)發(fā)展的必然選擇。BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)能最大限度解決信息孤島問(wèn)題，若能在創(chuàng)建項(xiàng)目中熟練準(zhǔn)確地運(yùn)用BIM 技術(shù)，必然是建筑領(lǐng)域的又一次改革。

2 單層工業(yè)廠房的漫游與施工模擬

2.1 單層廠房的漫游

在進(jìn)行單層廠房漫游動(dòng)畫時(shí)，需要用到Navisworks 當(dāng)中的Animator 功能進(jìn)行創(chuàng)建動(dòng)畫，創(chuàng)建動(dòng)畫前，需要先添加一個(gè)場(chǎng)景文件夾，再右鍵添加場(chǎng)景。每次選擇一個(gè)視角后，保存關(guān)鍵幀進(jìn)行視點(diǎn)保存，依次創(chuàng)建多個(gè)視角，保存關(guān)鍵幀后播放動(dòng)畫展示動(dòng)畫效果。我們也可以在動(dòng)畫選項(xiàng)卡下的錄制功能進(jìn)行環(huán)視或平移的操作，來(lái)錄制動(dòng)畫。由于動(dòng)畫都是由關(guān)鍵幀構(gòu)成的，所以最后在保存的視點(diǎn)中查看所錄制的動(dòng)畫。在進(jìn)行動(dòng)畫漫游前，可以先使用AutodeskRendering 功能對(duì)模型附加材質(zhì)及材質(zhì)貼圖，還可以調(diào)整照明、環(huán)境等命令使模型漫游更加真實(shí)。

2.2 單層廠房的施工模擬

在單層廠房的施工模擬中，有許多的操作和漫游動(dòng)畫是相同的，比如在施工模擬前可以先對(duì)模型附加材質(zhì)、貼圖，對(duì)照明、環(huán)境先進(jìn)行設(shè)置，最后在動(dòng)畫渲染的時(shí)候可以先設(shè)置渲染質(zhì)量，一般渲染質(zhì)量等級(jí)越高，渲染效果也更好。對(duì)單層廠房做生長(zhǎng)動(dòng)畫時(shí)需要用到Navisworks 當(dāng)中的TimeLiner 功能，首先要對(duì)模型構(gòu)建進(jìn)行集合分類，不同類型、不同標(biāo)高的構(gòu)建分在不同的集合中，再使用TimeLiner 添加任務(wù)設(shè)置計(jì)劃開始時(shí)間及結(jié)束時(shí)間，一般情況下，生長(zhǎng)動(dòng)畫都使用構(gòu)造任務(wù)類型，最后在將集合中分好的構(gòu)建進(jìn)行附著添加的任務(wù)。都設(shè)置完成后，可以先進(jìn)行動(dòng)畫模擬，滿意后再進(jìn)行動(dòng)畫導(dǎo)出。

3 單層廠房結(jié)構(gòu)組成及在BIM 中的創(chuàng)建

3.1 廠房基礎(chǔ)族

通過(guò)Revit 軟件對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)族的制作，利用Revit 參數(shù)報(bào)告機(jī)制實(shí)時(shí)顯示基礎(chǔ)尺寸及強(qiáng)度，并在三維視圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的移動(dòng)、拉伸、參數(shù)修改等簡(jiǎn)單操作快速實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的布置，同時(shí)也在較短時(shí)間里找到兼顧地形、坡度、排水要求的合理方案。

基礎(chǔ)族每一步都必不可少：①在Revit 中新建族樣板，選擇公制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ).rft；②進(jìn)入前里面視圖，繪制參照平面并添加相關(guān)參數(shù)，簡(jiǎn)單繪制出基礎(chǔ)的輪廓；③注釋高度方向，注釋選項(xiàng)卡—對(duì)齊命令—注釋高度尺寸—選擇注釋—設(shè)置參數(shù)H1、H2；④進(jìn)入前里面視圖，將基礎(chǔ)的底部和頂部進(jìn)行鎖定，添加基礎(chǔ)一階二階等參數(shù)，同理設(shè)置出基礎(chǔ)二階高度、二階寬度、內(nèi)陷高度等參數(shù)；⑤在左側(cè)屬性里面通過(guò)修改相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)檢查是否有效；⑥設(shè)置族類別和族參數(shù)：打開‘族類別和族參數(shù)’選項(xiàng)卡—選擇“結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”—設(shè)置“用于模型行為的材質(zhì)”—選擇“混凝土”；⑦繪制一些諸如不是長(zhǎng)方體的基礎(chǔ)，我們需要在拉伸修改我們的輪廓，如果一個(gè)輪廓繪制不出來(lái)復(fù)雜的形狀，我們可以在繪制一個(gè)輪廓用來(lái)創(chuàng)建單獨(dú)的那部分，然后跟主體連接起來(lái)，并賦予相關(guān)的參數(shù)和材質(zhì)即可；⑧基礎(chǔ)繪制好之后要添加鋼筋，可以在面積中選擇相關(guān)鋼筋布置在柱中；⑨最后保存并命名就可以用了。

3.2 柱族

等截面實(shí)腹柱和等截面綴條柱，一般用于吊車起重地不超過(guò)20t，柱高不超過(guò)10m 的廠房中。等截面綴板柱一般在廠房中較少采用，多用于平臺(tái)柱。但當(dāng)廠房無(wú)吊車時(shí)，或者吊車起重時(shí)不超過(guò)5t，廠房跨度不超過(guò)15m、輕屋面、同時(shí)柱高不超過(guò)9m 時(shí)，也可采用。分離式柱：具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便和施工方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)柱腳埋在地下時(shí)，為了防止柱腳的銹蝕，應(yīng)采用C7.5 或C10 混凝土將柱腳包至室內(nèi)地面以上0.1~0.2m。柱腳埋置深度一般可根據(jù)車間類別參考下列數(shù)值采用：輕、中型廠房：0.6~1.0m；重、特重型廠房為：1.0~1.5m[3]。由于柱的類型較多，在使用Revit進(jìn)行族創(chuàng)建時(shí)就比較煩瑣，不同的柱其形狀也不同，在進(jìn)行參數(shù)化創(chuàng)建的時(shí)候，需要多畫幾個(gè)參照平面進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，這樣就可以多創(chuàng)建一些不同類的參數(shù)，在導(dǎo)入模型的時(shí)候，就可以只用修改參數(shù)使模型成為我們需要的類型。在創(chuàng)建族模型時(shí)，可以使用拉伸、空心放樣、融合等功能將其創(chuàng)建，圖1為獨(dú)立基礎(chǔ)族。

圖1 獨(dú)立基礎(chǔ)族

柱族在基礎(chǔ)族建立的基礎(chǔ)上，還需要特別注意一些諸如牛腿柱或者一些不是長(zhǎng)方體的繪制。需要通過(guò)拉伸修改柱的輪廓，或者繪制一個(gè)輪廓用來(lái)創(chuàng)建單獨(dú)的構(gòu)造，然后連接主體，并賦予相關(guān)的參數(shù)和材質(zhì)即可。

4 施工設(shè)施構(gòu)件庫(kù)的建設(shè)

4.1 構(gòu)件庫(kù)的概念及基本分類

要建設(shè)基于BIM 的施工設(shè)施構(gòu)件庫(kù)，首先要了解構(gòu)件與構(gòu)件庫(kù)的概念及其基本分類方法。我們把構(gòu)成BIM 模型的基本組件，稱之為BIM 構(gòu)件，而這些BIM 構(gòu)件整合為BIM 構(gòu)件庫(kù)。BIM技術(shù)的一個(gè)重要功能是將族的信息共享。運(yùn)用BIM 大數(shù)據(jù)能對(duì)所使用的構(gòu)件類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不斷對(duì)部品進(jìn)行更新?lián)Q代，也極快地提高建模的效率和準(zhǔn)確率。

4.2 族庫(kù)建立要點(diǎn)

族包含很多內(nèi)容比如材質(zhì)、尺寸、參數(shù)等，使用者只需要更改一些最基本的參數(shù)就可以使用。比如本文創(chuàng)建的基礎(chǔ)族，使用的時(shí)候只需要輸入你想要的長(zhǎng)寬高、一階高度、二階高度等基本信息就可以立即得到相應(yīng)的基礎(chǔ)。族的建立也需要建立者極其的細(xì)心和技術(shù)水平。另外族必須要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

4.3 命名規(guī)則

族文件命名應(yīng)標(biāo)識(shí)族文件主要特征，如外形、尺寸等，不同關(guān)鍵詞間用“-”連接，當(dāng)設(shè)備設(shè)施有廠家型號(hào)時(shí)，應(yīng)體現(xiàn)廠家及設(shè)施型號(hào)，同一類族文件的不同版本應(yīng)在命名上予以區(qū)分。

5 BIM 技術(shù)在單層廠房建設(shè)遇到的問(wèn)題及解決方案

5.1 人員技術(shù)問(wèn)題

部分BIM 團(tuán)隊(duì)的專業(yè)知識(shí)水平有限，導(dǎo)致遇到一些諸如機(jī)電、管線、暖通等復(fù)雜碰撞無(wú)法解決。原因在于不熟悉相關(guān)的施工工藝和設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)不足、提供的BIM 方案不合理。

5.2 協(xié)同工作問(wèn)題

BIM 提供的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，可大幅提高團(tuán)隊(duì)的建模效率，模型共享的廣度。BIM 團(tuán)隊(duì)脫離協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，那么不同成員使用的不同建模工具，就需要用工具將模型從一個(gè)環(huán)境傳輸?shù)搅硪粋€(gè)環(huán)境，使設(shè)計(jì)協(xié)助更復(fù)雜，存在更多潛在錯(cuò)誤。因此有必要采用協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行資料交換，實(shí)現(xiàn)資源互享，達(dá)到信息高效互通的目的[4]。

6 結(jié)論

通過(guò)利用BIM 技術(shù)開展工業(yè)建筑廠房的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫(kù)建設(shè)，可以大大減少創(chuàng)建廠房模型的時(shí)間，提高效率。總之，開展BIM 技術(shù)在工業(yè)建筑項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用研究，可提高建設(shè)階段項(xiàng)目的管理水平，一定程度上解決建筑業(yè)資源高消耗、勞動(dòng)力短缺等問(wèn)題，也是提高房屋質(zhì)量的主要措施。