結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)在高層住宅項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

趙科軍，張素梅

深圳介子云圖科技有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100020

為了幫助建筑設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)、管理和維護(hù)質(zhì)量更好的建筑工程項(xiàng)目，Autodesk公司開發(fā)了一種三維建模軟件，即Revit軟件，該軟件整合了Autodesk Revit Architecture、Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Structure的所有功能。最近幾年，Revit軟件在我國(guó)建筑業(yè)BIM體系中應(yīng)用越來越廣泛。

近幾年，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行了大量的研究[1-3]，并取得了許多重要研究成果，但是對(duì)于BIM正向設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用的研究[4-6]卻不多。鑒于此，文章以青島寺門首項(xiàng)目為例，詳細(xì)闡述結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)在高層住宅項(xiàng)目中的應(yīng)用，希望對(duì)BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)在高層住宅項(xiàng)目中的應(yīng)用起到一定的推動(dòng)作用。

1 工程概況

寺門首項(xiàng)目位于山東省青島市，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，抗震等級(jí)為三級(jí)，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），結(jié)構(gòu)類型為剪力墻。該地塊包括8棟高層，為15#～22#，其中18#、21#、22#底部含1層商業(yè)，其余為純住宅；設(shè)1層地庫（局部帶2層），總建筑面積約12.93萬m2，其中地下建筑面積約3.46萬m2，地上建筑面積約9.47萬m2，地下人防面積為7100m2。

文章以其中22#高層住宅樓為依據(jù)，進(jìn)行BIM正向設(shè)計(jì)分析。22#高層住宅樓的建筑高度為77.49m，地上部分有26層，地下部分為1層；基礎(chǔ)頂至第4層頂?shù)募袅炷恋燃?jí)為C50，第4層～第8層頂?shù)募袅炷恋燃?jí)為C45，第8層～第12層頂?shù)募袅炷恋燃?jí)為C40，第12層～第16層頂?shù)募袅炷恋燃?jí)為C35，第16層以上的剪力墻混凝土等級(jí)為C30。該樓的Revit三維模型如圖1所示。

圖1 Revit三維模型

2 Revit三維模型與計(jì)算分析模型的對(duì)接

我國(guó)常用的BIM三維建模軟件是Revit，常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件有PKPM、YJK、midas Building等。該項(xiàng)目采用的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件是YJK，BIM三維建模軟件是Revit 2019。如何將Revit三維模型和結(jié)構(gòu)計(jì)算模型對(duì)接起來，這對(duì)于結(jié)構(gòu)專業(yè)來說至關(guān)重要。

該項(xiàng)目采用廣聯(lián)達(dá)鴻業(yè)BIMSpace結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校審軟件來實(shí)現(xiàn)Revit三維模型和計(jì)算模型之間的對(duì)接。廣聯(lián)達(dá)鴻業(yè)BIMSpace結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校審軟件（即廣聯(lián)達(dá)鴻業(yè)的BIMSpace樂構(gòu)）是一個(gè)基于Revit軟件開發(fā)的結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)插件，主要分為結(jié)構(gòu)模型/平面、梁施工圖、板施工圖、墻柱施工圖、結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)五大部分，每個(gè)部分又分別提供結(jié)構(gòu)平面布置圖、梁配筋圖、樓板配筋圖、墻柱配筋圖的設(shè)計(jì)和自動(dòng)校核功能。該軟件以結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)為理念，意在提高結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)效率，使模型、圖紙質(zhì)量符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，提高結(jié)構(gòu)平法施工圖的信息化程度。其主要功能有以下幾點(diǎn)：無縫對(duì)接PKPM、YJK計(jì)算結(jié)果和Revit三維模型；導(dǎo)入Revit軟件中生成的三維模型及平面模型，完成結(jié)構(gòu)施工圖的設(shè)計(jì)、編輯、修改；自動(dòng)繪制和自動(dòng)審核梁、板、剪力墻（柱）、基礎(chǔ)及節(jié)點(diǎn)施工圖。

3 結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用

青島寺門首項(xiàng)目22#住宅樓的結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用流程分為以下3個(gè)步驟：（1）根據(jù)方案CAD提資條件，首先在YJK軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)試算，控制位移角、位移比等指標(biāo)，最后確定結(jié)構(gòu)平面布置圖。（2）根據(jù)建筑Revit提資條件，首先在Revit軟件中覆蓋參照建筑的軸網(wǎng)和標(biāo)高，然后復(fù)制監(jiān)視建筑軸網(wǎng)，最后建立各層的結(jié)構(gòu)平面布置圖，包括剪力墻、梁、衛(wèi)生間降板填充，梁的尺寸標(biāo)注，板厚，折板大樣等信息，組裝各層的結(jié)構(gòu)Revit模型。（3）根據(jù)龍湖集團(tuán)的HALO 3D產(chǎn)品審核軟件進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電各專業(yè)間的碰撞檢查分析，最后利用廣聯(lián)達(dá)鴻業(yè)的BIMSpace結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校審軟件出結(jié)構(gòu)施工圖。

3.1 BIM正向設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)施工圖的流程

青島寺門首項(xiàng)目22#住宅樓的BIM正向設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)施工圖的流程如下：（1）從YJK計(jì)算分析模型中導(dǎo)出建模數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)。（2）打開廣聯(lián)達(dá)鴻業(yè)的BIMSpace結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校審軟件，首先點(diǎn)擊“計(jì)算模型關(guān)聯(lián)”，然后點(diǎn)擊“瀏覽”，最后選擇相應(yīng)的YJK計(jì)算分析模型。（3）匹配用戶族和識(shí)別用戶模型（如果是從YJK計(jì)算分析軟件導(dǎo)入Revit三維模型的情況，則不需要進(jìn)行此步驟）。（4）模型導(dǎo)入（如果是用戶自己建的Revit三維模型，不需要進(jìn)行此步驟）。（5）梁施工圖設(shè)計(jì)。首先需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后需要進(jìn)行出圖層設(shè)置、支座查改，最后直接生成梁施工圖。梁施工圖設(shè)計(jì)模塊里面有梁強(qiáng)條校審功能，可以進(jìn)行梁平法施工圖的校審。（6）板施工圖設(shè)計(jì)。在進(jìn)行板施工圖設(shè)計(jì)之前，需要在YJK模型中生成對(duì)應(yīng)層的板配筋計(jì)算結(jié)果。（7）剪力墻（柱）平法施工圖設(shè)計(jì)。因該軟件此功能生成的詳圖相對(duì)于CAD二維設(shè)計(jì)而言效果較差，因此此次剪力墻（柱）平法施工圖沒有進(jìn)行正向設(shè)計(jì)。（8）樓梯詳圖設(shè)計(jì)。

該項(xiàng)目此次利用Revit正向設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)圖紙為結(jié)構(gòu)平面布置圖、梁平法施工圖、板配筋圖、樓梯詳圖。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)完成了施工圖內(nèi)審流程，正在進(jìn)行施工圖外審流程。

3.2 BIM正向設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)CAD二維設(shè)計(jì)的對(duì)比

通過與傳統(tǒng)的CAD二維設(shè)計(jì)流程進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)出圖不僅在設(shè)計(jì)周期、強(qiáng)條檢查及出圖效率上強(qiáng)于傳統(tǒng)的CAD二維設(shè)計(jì)，而且在三維協(xié)同、智能出圖、碰撞檢查等方面更強(qiáng)于傳統(tǒng)的CAD二維設(shè)計(jì)。因此，結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)出施工圖未來肯定能在實(shí)際建筑工程中得到更加廣泛的應(yīng)用。

3.3 BIM正向設(shè)計(jì)與BIM反向設(shè)計(jì)的對(duì)比

目前，很多設(shè)計(jì)院都在實(shí)際建筑工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，但是大多數(shù)設(shè)計(jì)院都是進(jìn)行的BIM反向設(shè)計(jì)。BIM反向設(shè)計(jì)的具體流程為，首先根據(jù)設(shè)計(jì)院畫好的二維CAD圖紙?jiān)赗evit軟件中建立建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電的BIM三維模型，然后根據(jù)建好的BIM三維模型進(jìn)行凈高分析、碰撞檢查等，最后得到BIM分析報(bào)告后，再返給二維設(shè)計(jì)院進(jìn)行二維圖紙的修改。此流程雖然應(yīng)用了BIM技術(shù)，但是并沒有完全發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不僅費(fèi)人、費(fèi)力、費(fèi)錢，而且操作步驟過于煩瑣，不利于BIM技術(shù)的發(fā)展。BIM正向設(shè)計(jì)則可以直接出施工圖，優(yōu)勢(shì)顯著，必將在實(shí)際建筑工程中應(yīng)用得越來越廣泛。

3.4 協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM正向設(shè)計(jì)最重要的特點(diǎn)之一就是實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)間的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，各個(gè)專業(yè)在中心文件（即同一個(gè)Revit三維模型）中互相提資、校對(duì)、審核等。在案例項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)專業(yè)通過建立的Revit三維模型向建筑和機(jī)電專業(yè)提剪力墻和梁的布置，同時(shí)可以根據(jù)建筑、機(jī)電的提資條件，在Revit三維模型留結(jié)構(gòu)洞口、降板等條件。

4 結(jié)論

文章以實(shí)際的建筑工程為例，研究了結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)在高層住宅項(xiàng)目中的應(yīng)用，得到以下結(jié)論：（1）對(duì)于結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)來說，Revit三維模型與計(jì)算分析模型之間要通過結(jié)構(gòu)BIM正向設(shè)計(jì)插件才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的BIM正向設(shè)計(jì)；（2）目前能用BIM正向設(shè)計(jì)插件出結(jié)構(gòu)施工圖的有結(jié)構(gòu)平面布置圖、梁平法施工圖、板配筋圖，樓梯詳圖；（3）BIM正向設(shè)計(jì)可以替代傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)出圖和BIM反向設(shè)計(jì)碰撞分析。