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

賈鴻遠(yuǎn)，劉 璇

（南京金宸建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 南京 210019）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段是建筑全生命周期關(guān)鍵階段，在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員主要依靠CAD 軟件進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)二維設(shè)計(jì)，難以實(shí)現(xiàn)立體化、協(xié)同性設(shè)計(jì)，往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，導(dǎo)致后期施工出現(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)際不相符的問題，增加建筑成本、影響建筑質(zhì)量。運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則可以通過BIM 進(jìn)行建模、協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞檢測、繪制基于BIM 模型的平法施工圖等，從而優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，為后期建筑施工順利開展奠定基礎(chǔ)。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 即為建筑信息模型，是利用現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展而來的一項(xiàng)軟件性工具。BIM 技術(shù)具有可視化、協(xié)同性、模擬性優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于建筑工程建設(shè)全生命周期。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)信息的全面收集與處理，并以計(jì)算機(jī)為載體，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)圖紙從二維平面向三維模型的轉(zhuǎn)變。借助BIM 技術(shù)完成三維建筑模型的構(gòu)建，通過分析模型數(shù)據(jù)完成參數(shù)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙可行性的檢驗(yàn)，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最大限度提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而為后期建筑施工安全穩(wěn)定提供可靠依據(jù)。

2 BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

具體來說，BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程包括以下幾個(gè)方面。

2.1 方案設(shè)計(jì)階段

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行專業(yè)的建筑結(jié)構(gòu)BIM 方案模型的搭建過程中，將各項(xiàng)因素考慮進(jìn)去，明確建筑結(jié)構(gòu)體系，并完成初步的結(jié)構(gòu)方案模型搭建。在這一階段，搭建建筑結(jié)構(gòu)方案模型主要是搭建出建筑主要結(jié)構(gòu)體系，確定大致的構(gòu)建尺寸即可。

2.2 初步設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)人員需要同其他專業(yè)BIM 方案模型就各專業(yè)的資料進(jìn)行交互，然后進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的整合分析，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)。在本階段中，設(shè)計(jì)人員可以借助BIM 技術(shù)的協(xié)同性，實(shí)現(xiàn)與其他各專業(yè)設(shè)計(jì)模型的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)溝通。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)已經(jīng)確定的建筑結(jié)構(gòu)，明確結(jié)構(gòu)各部件的位置及尺寸信息，以此為依據(jù)進(jìn)行模型搭建。完成后，借助相關(guān)轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件與模型的有效連接，將模型導(dǎo)入到軟件中完成結(jié)構(gòu)計(jì)算，并將結(jié)構(gòu)計(jì)算信息反饋至BIM 模型中。如果在設(shè)計(jì)過程中需要進(jìn)行模型的更改，則只需要在BIM 模型中直接進(jìn)行更改，就能夠同步更新結(jié)構(gòu)計(jì)算信息，避免反復(fù)搭建模型的問題。在這一階段中，主要完成了建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件位置、尺寸、配筋信息的確定，并錄入到BIM 結(jié)構(gòu)模型當(dāng)中。

2.3 施工圖設(shè)計(jì)階段

在BIM 建筑結(jié)構(gòu)模型中，施工圖主體部分設(shè)計(jì)主要是對(duì)模型進(jìn)行切分視圖，從而完成對(duì)各環(huán)節(jié)施工的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，不需要再進(jìn)行手工繪制。施工圖設(shè)計(jì)中，相關(guān)的注釋信息數(shù)據(jù)與構(gòu)件中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來源一致，也不需要重新手工錄入，只需要選擇相關(guān)注釋族添加進(jìn)入就可以，并且注釋信息數(shù)據(jù)與構(gòu)件信息數(shù)據(jù)是相互聯(lián)系的，構(gòu)建參數(shù)改變后，施工圖上的注釋信息也會(huì)相應(yīng)變化，從而確保施工圖面信息與模型信息一致。

2.4 BIM 結(jié)構(gòu)模型完善階段

隨著各項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完成，BIM 結(jié)構(gòu)模型會(huì)隨之不斷完善，建立起完整的BIM 結(jié)構(gòu)模型。其中，各構(gòu)件具體信息與配筋信息均能夠得到進(jìn)一步的細(xì)化，并且通過三維技術(shù)，還可以快速獲取相應(yīng)的工程量數(shù)據(jù)，從而為快速估算造價(jià)提供有效參考。同時(shí)，完整的BIM 結(jié)構(gòu)模型中，借助BIM 技術(shù)的可視化特點(diǎn)，能夠?qū)⒛Ｐ弯秩境筛又庇^立體的效果，從而更好地向外傳遞設(shè)計(jì)人員的方案與理念。完整的BIM 建筑結(jié)構(gòu)模型中，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部信息，并且所有信息都可以利用軟件開發(fā)技術(shù)提取出來，為后期更多的BIM 應(yīng)用奠定重要基礎(chǔ)。

3 BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用點(diǎn)分析

本文分析以Revit 建模軟件為主，綜合運(yùn)用其他BIM應(yīng)用軟件，分析設(shè)計(jì)流程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用，從而進(jìn)一步證明BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值。

3.1 BIM 結(jié)構(gòu)建模

BIM 結(jié)構(gòu)建模主要包括梁、柱、剪力墻等各類構(gòu)件的結(jié)構(gòu)建模和鋼筋建模兩大部分。建立BIM 結(jié)構(gòu)模型，能夠準(zhǔn)確表達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成果，并為相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

3.1.1 結(jié)構(gòu)建模

在Revit 結(jié)構(gòu)項(xiàng)目文件中，建立不同類型構(gòu)件的構(gòu)件族，從而為構(gòu)件實(shí)例的創(chuàng)建提供可選擇的構(gòu)件族，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；然后，進(jìn)行軸網(wǎng)標(biāo)高，將構(gòu)件放置到相應(yīng)的位置中，完成創(chuàng)建。在對(duì)各構(gòu)件均創(chuàng)建出實(shí)例之后，則同時(shí)能夠完成主體結(jié)構(gòu)模型的搭建，后期設(shè)計(jì)過程中，則以結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行應(yīng)用。由此可以看出，進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模的基礎(chǔ)在于創(chuàng)建構(gòu)件族，建模需要完成結(jié)構(gòu)中涉及到的各類型構(gòu)件的構(gòu)件族創(chuàng)建以及參數(shù)化積累，進(jìn)而完成本專業(yè)構(gòu)件族庫的建設(shè)。建模中，還需要注意加強(qiáng)軟件工具運(yùn)用的靈活性、構(gòu)件位置的精準(zhǔn)性、與平面位置等的一致性。圖1 為建筑結(jié)構(gòu)模型。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)模型

3.1.2 鋼筋建模

當(dāng)前，平法是表示結(jié)構(gòu)施工圖最常見的一種方法，由于計(jì)算機(jī)硬件水平難以滿足全部實(shí)體鋼筋建模的需求，其在建模中，通常是對(duì)個(gè)別鋼筋構(gòu)件或者鋼筋結(jié)構(gòu)的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模。在Revit 中，一共有兩種方式可供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行建模，分別為手動(dòng)與插件的方式。在實(shí)際建模過程中，設(shè)計(jì)人員一般是先進(jìn)行插件建模，建立鋼筋整體模型，然后再運(yùn)用手動(dòng)建模的方式，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而保證鋼筋建模的準(zhǔn)確性和效率性。通過鋼筋建模，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出鋼筋及混凝土材料的用量，并且對(duì)于復(fù)雜節(jié)點(diǎn)位置來說，還可以有效降低技術(shù)的難度，加強(qiáng)溝通效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋼筋布置方案的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 建筑結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)，主要由工作集協(xié)同、鏈接協(xié)同兩種方式構(gòu)成。

3.2.1 工作集協(xié)同設(shè)計(jì)

以同一個(gè)工作模型為基礎(chǔ)，在模型編輯過程中可以實(shí)現(xiàn)多名設(shè)計(jì)人員共同參與的方式就是工作集協(xié)同。在這種協(xié)同工作中，中心文件是開展設(shè)計(jì)工作的重要基礎(chǔ)。各個(gè)設(shè)計(jì)人員將自己的設(shè)計(jì)部分編輯成本地文件，向中心文件上傳；同時(shí)，還可以將不斷更新中的中心文件內(nèi)容下載下來，以這種方式使得中心模型與各子模型的同步編輯。本地服務(wù)器可以保存中心文件，不同的設(shè)計(jì)人員可以通過局域網(wǎng)，實(shí)時(shí)更新中心文件，其對(duì)硬件設(shè)施有一定的要求；或者利用云端服務(wù)器進(jìn)行保存，不同的設(shè)計(jì)人員通過互聯(lián)網(wǎng)完成中心文件的實(shí)時(shí)更新，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和數(shù)據(jù)安全有比較高的要求。工作集協(xié)同設(shè)計(jì)在大型結(jié)構(gòu)模型協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用速度較慢，并且在同專業(yè)或者單體內(nèi)部之間的協(xié)同設(shè)計(jì)的適用性較強(qiáng)。

3.2.2 鏈接協(xié)同設(shè)計(jì)

模型設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員獨(dú)立進(jìn)行部分設(shè)計(jì)，對(duì)于需要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分，可以將其他部分模型的文件通過鏈接的方式接入到本模型文件中作為外部參照，這種協(xié)同設(shè)計(jì)方式就是鏈接協(xié)同。通過鏈接協(xié)同，設(shè)計(jì)人員可以將本模型與其他模型結(jié)合在一起，完成設(shè)計(jì)提資，但是設(shè)計(jì)人員沒有編輯操作其他設(shè)計(jì)人員模型的權(quán)限。相較于工作集協(xié)同模式，鏈接協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)性相對(duì)較弱。鏈接協(xié)同設(shè)計(jì)一般在大型結(jié)構(gòu)模型協(xié)同設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有速度快的優(yōu)勢，并且適用于不同專業(yè)、不同單體之間的協(xié)同設(shè)計(jì)。

3.3 碰撞檢測

在BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各專業(yè)搭建好模型之后，運(yùn)用軟件技術(shù)對(duì)模型中各構(gòu)件、設(shè)置之間存在的位置碰撞沖突進(jìn)行自動(dòng)檢測的過程就是碰撞檢測。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)，碰撞檢測的主要內(nèi)容是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否同建筑專業(yè)方案存在沖突、是否與機(jī)電專業(yè)設(shè)施設(shè)備位置、管線排布凈高等方面的要求相一致。Revit 環(huán)境下，則需要通過碰撞檢測軟件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件、專業(yè)設(shè)置等各個(gè)方面的碰撞檢測。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的碰撞檢測包括了設(shè)計(jì)與專業(yè)方案沖突檢測、設(shè)計(jì)與機(jī)電設(shè)施設(shè)備位置沖突檢測、設(shè)計(jì)與管網(wǎng)排布合理性沖突檢測等等。在Revit 中，通過將Revit 中的結(jié)構(gòu)模型、機(jī)電模型等導(dǎo)入到Navisworks 軟件中，可以先設(shè)置完成各類碰撞檢測的判斷條件，然后進(jìn)行各類主體模型的自由選擇碰撞檢測。檢測完成即生成碰撞檢測報(bào)告。

通過將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型與建筑、機(jī)電等不同專業(yè)模型進(jìn)行碰撞檢測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各專業(yè)設(shè)計(jì)的沖突，并出具相應(yīng)的碰撞檢測報(bào)告。設(shè)計(jì)人員根據(jù)檢測報(bào)告進(jìn)行沖突糾正，優(yōu)化調(diào)整BIM 模型，最終達(dá)到各專業(yè)之間的零碰撞，以避免在后期實(shí)際施工中各專業(yè)發(fā)生沖突，造成重新返工，拖慢施工進(jìn)度，降低施工效率，增加施工成本。

3.4 基于BIM 模型的平法施工圖繪制

平法施工圖中，施工平面圖上會(huì)直接顯示出構(gòu)件信息，從而將其整體表達(dá)出來，然后配合標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造詳圖，形成新型完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。平法表示的關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)鋼筋信息的表達(dá)，同時(shí)其也是BIM 模型的重要組成部分。在平法表示中，鋼筋信息用相應(yīng)的抽象注釋符號(hào)表示，其如果具有存儲(chǔ)性與交換性時(shí)，可以與BIM 模型中的鋼筋信息建立起雙向鏈接，從而實(shí)現(xiàn)平法表示的抽象化信息與BIM 模型數(shù)值化信息的一致性。實(shí)際操作時(shí)，通過Revit平臺(tái)中的2D 詳圖與共享參數(shù)，能夠?qū)⑵椒ㄗ⑨尫?hào)與標(biāo)準(zhǔn)文本同模型相聯(lián)系，從而在模型中生成與規(guī)范要求相符的結(jié)構(gòu)施工圖。

在Revit 中生成平法施工圖，主要需要經(jīng)過以下幾個(gè)過程，本文以生成柱構(gòu)件平法施工圖為例進(jìn)行分析。首先，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)共享參數(shù)文件，使其可以應(yīng)用于多族庫與項(xiàng)目，并且可以將族文件、項(xiàng)目樣板中還沒有經(jīng)過定義的一些數(shù)據(jù)添加進(jìn)去。

其次，利用項(xiàng)目參數(shù)，完成柱的實(shí)例屬性的添加。創(chuàng)建的共享參數(shù)的存儲(chǔ)位置與任何族文件或者項(xiàng)目文件都是相互獨(dú)立的，調(diào)用共享參數(shù)，要求調(diào)用方進(jìn)行相應(yīng)的項(xiàng)目參數(shù)創(chuàng)建，并利用其關(guān)聯(lián)共享參數(shù)的特性，完成柱的實(shí)例屬性的添加。具體來說，點(diǎn)擊參數(shù)屬性，彈出面板后，將光標(biāo)點(diǎn)中共享參數(shù)，確定添加類型為共享參數(shù)，并且在界面中，選擇需要添加的項(xiàng)目參數(shù)的名稱、規(guī)程、類型、分組方式等各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)，再在類別中選中結(jié)構(gòu)柱，確定后即能夠完成柱的實(shí)例屬性或者類型屬性參數(shù)的添加。

再次，完成柱集中注釋族的創(chuàng)建。選擇新創(chuàng)建一個(gè)注釋族，同時(shí)將組類別和參數(shù)標(biāo)記成為結(jié)構(gòu)柱，選用標(biāo)簽彈出編輯界面，在編輯創(chuàng)建注釋族標(biāo)簽過程中，點(diǎn)擊界面中的添加按鈕進(jìn)行共享參數(shù)的添加，然后再按照柱平法標(biāo)記要求完成各項(xiàng)參數(shù)的添加，最后點(diǎn)擊確定，則能夠完成柱集中注釋族的創(chuàng)建。在創(chuàng)建的注釋族中，柱構(gòu)件的參數(shù)與共享參數(shù)的關(guān)系是相互聯(lián)系的，從而可以在柱構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行注釋或者提取時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)。

最后，進(jìn)行視圖切分并添加標(biāo)記。將已經(jīng)創(chuàng)建好的柱平法注釋族向項(xiàng)目文件進(jìn)行傳輸，然后將結(jié)構(gòu)中的鋼筋信息添加到實(shí)例參數(shù)中，完成后，將模型的各個(gè)部分的平面視圖切分出來，然后調(diào)出注釋族，對(duì)各部分平面視圖上的柱構(gòu)件添加注釋，就可以按照相應(yīng)的平法法則，將鋼筋信息顯示在注釋族中，柱構(gòu)件平法標(biāo)記即完成。

通過共享參數(shù)將構(gòu)件參數(shù)與注釋參數(shù)聯(lián)系在一起，在BIM 模型中完成結(jié)構(gòu)平法施工圖的直接生成，為施工圖中注釋信息的準(zhǔn)確性提供了重要保證，并且在修改構(gòu)件參數(shù)時(shí)，可以實(shí)時(shí)更新各個(gè)平面視圖中構(gòu)件信息與注釋信息，自動(dòng)更新施工圖紙，大幅提升施工圖紙的修改效率。

4 結(jié)束語

BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)BIM 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程的關(guān)鍵在于保證各個(gè)BIM 應(yīng)用點(diǎn)的順利實(shí)施。本文在分析BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，對(duì)BIM 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，BIM 技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的建模，并且通過協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與各專業(yè)、單體的設(shè)計(jì)協(xié)同，并通過碰撞檢測，大幅提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專業(yè)性與精確性，同時(shí)在Revit 中可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)平法施工圖的繪制?？偠灾?，BIM 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，大幅提升了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。