市政裝配式結(jié)構(gòu)BIM 智能審查關(guān)鍵技術(shù)研究

季鑫宇

（重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400015）

引言

近些年，我國(guó)預(yù)制裝配式事業(yè)步入快速發(fā)展時(shí)期，從城市橋梁、立交向城市隧道、軌道交通、綜合管廊等專業(yè)拓展，從裝配式構(gòu)造物的部分或上部結(jié)構(gòu)向裝配式構(gòu)造物的全部或上、下部結(jié)構(gòu)發(fā)展[1]。

BIM 技術(shù)在裝配式結(jié)構(gòu)建設(shè)過(guò)程中占據(jù)著重要地位[2]，本文選取“BIM”“建筑信息模型”“裝配式”“工業(yè)化”等關(guān)鍵詞為主題在中國(guó)知網(wǎng)中進(jìn)行檢索、梳理，共檢索出中英文5 812篇，其中市政領(lǐng)域只有38篇左右，如圖1 所示。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研與分析可以得出，BIM 技術(shù)在裝配式技術(shù)中的應(yīng)用與研究很廣泛，但是在市政領(lǐng)域中的研究相對(duì)匱乏。

為促進(jìn)市政工程的智能化發(fā)展與數(shù)字化轉(zhuǎn)型，我國(guó)多地（包括上海、深圳、廣州及雄安新區(qū)等）出臺(tái)了BIM 智能審查相關(guān)文件，以及推出了BIM 智能審查系統(tǒng)平臺(tái)。目前，湖南、深圳、廈門、廣州、南京等多個(gè)省市開(kāi)展了BIM 智能審查相關(guān)工作。自2021 年3月1 日起，南京市新建工程中推廣應(yīng)用南京市在工程建設(shè)項(xiàng)目BIM 智能審查系統(tǒng)，進(jìn)行BIM 規(guī)劃報(bào)建、施工圖報(bào)審和竣工驗(yàn)收管理[3]。近年來(lái)，BIM 模型的智能化、自動(dòng)化審查成為了行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，也是多個(gè)地方行政管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行試點(diǎn)研究的熱門領(lǐng)域。

本文選取“BIM”“建筑信息模型”“設(shè)計(jì)審查”“自動(dòng)審查”“智能審查”等關(guān)鍵詞為主題，在中國(guó)知網(wǎng)檢索出中英文文獻(xiàn)107 篇，其中80%的研究成果發(fā)表于近5 年，成果總量如圖2 所示。

圖2 “BIM 審查”文獻(xiàn)分析

基于文獻(xiàn)調(diào)研與分析，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況得出：BIM 智能化、自動(dòng)化審查的研究與應(yīng)用越來(lái)越受關(guān)注，是工程項(xiàng)目規(guī)劃報(bào)建、施工圖報(bào)審、竣工驗(yàn)收等數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要抓手。由于市政工程項(xiàng)目專業(yè)分項(xiàng)多、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、橫斷面形式多樣等特點(diǎn)，BIM 智能化、自動(dòng)化審查方面的研究應(yīng)用比較匱乏，并且模型的完整性及有效性是自動(dòng)設(shè)計(jì)審查的基礎(chǔ)[4]，因此本文主要研究市政裝配式結(jié)構(gòu)的BIM 模型完整性智能審查，以期能夠填補(bǔ)該方面研究的空白，為后續(xù)其他研究提供參考。

1 標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)使用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方式，契合BIM 技術(shù)中的參數(shù)化設(shè)計(jì)、“族”、“族庫(kù)”的概念。在裝配式項(xiàng)目中，預(yù)制構(gòu)件的數(shù)量繁多，且同類型構(gòu)件的形式統(tǒng)一，參數(shù)化模型顯得尤為重要[5]。BIM 模型中“族”、“族庫(kù)”的概念比較契合裝配式結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)的理念，不同的預(yù)制構(gòu)件通過(guò)參數(shù)化建模形成族，不同的構(gòu)件族形成標(biāo)準(zhǔn)化族庫(kù)。

1.1 建模原則

標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族創(chuàng)建需要滿足以下幾個(gè)原則：

（1）標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族的建立需要滿足不同要求，例如《中國(guó)市政行業(yè)BIM 實(shí)施指南》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)模型精度等級(jí)的要求，以及項(xiàng)目所在地發(fā)布的BIM 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范；

（2）標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族需要根據(jù)《建筑信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》[6]等國(guó)家、地方分類編碼標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)、企業(yè)內(nèi)的工程系統(tǒng)分解結(jié)構(gòu)編碼（EBS）標(biāo)準(zhǔn)[7]等對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分建模，并對(duì)每個(gè)構(gòu)件賦予分類編碼，以便于項(xiàng)目的精細(xì)管理、工程量統(tǒng)計(jì)等，以及為后續(xù)的BIM 智能審查提供支撐；

（3）標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族需要根據(jù)模型單元分類體系、模型參數(shù)分類體系[8]等原則進(jìn)行參數(shù)化建模，對(duì)每個(gè)構(gòu)件的尺寸參數(shù)進(jìn)行約束，以便于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)。

1.2 建模流程

標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族建模流程如下：

（1）公制輪廓族創(chuàng)建。利用Revit 中的公制輪廓族，創(chuàng)建箱梁輪廓，對(duì)常用的控制參數(shù)標(biāo)注尺寸，并添加約束和參數(shù)標(biāo)簽，使其能夠通過(guò)改變尺寸參數(shù)驅(qū)使截面輪廓進(jìn)行聯(lián)動(dòng)變化[9]，如圖3（a）～（b)所示；同樣的方法創(chuàng)建剪力鍵輪廓、錨固橫梁輪廓和轉(zhuǎn)向塊輪廓等，完成參數(shù)化輪廓族的建立；

圖3 箱梁輪廓族

（2）標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件創(chuàng)建。在Revit 公制框架模型——梁和支撐族、公制常規(guī)模型族等族樣板中分別載入之前創(chuàng)建好的參數(shù)化輪廓族，并利用族編輯器里拉伸、放樣、放樣融合等命令生成標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族；除此之外，需要在族里面創(chuàng)建共享參數(shù)，并將其與輪廓族參數(shù)相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族；

楊武亮等[15]以半楓荷根的醇提物為研究試劑，采用熱板法、毛細(xì)血管通透性法及大鼠足趾腫脹法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，研究其鎮(zhèn)痛及抗炎作用，發(fā)現(xiàn)半楓荷根的醇提物只具有輕度鎮(zhèn)痛作用，但具有明顯的對(duì)抗由醋酸所致的毛細(xì)血管通透性增高的作用以及顯著對(duì)抗由蛋清所致的腳腫，說(shuō)明半楓荷醇提取物同時(shí)具有很好的抗炎功效。

（3）構(gòu)件拼裝。將剪力鍵族載入到箱梁族中，并添加定位參數(shù)，約束定位尺寸，以及將相關(guān)參數(shù)與共享參數(shù)相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化控制，完成標(biāo)準(zhǔn)段創(chuàng)建，如圖4 所示；

圖4 箱梁跨中標(biāo)準(zhǔn)段標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族

（4）標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族庫(kù)創(chuàng)建。通過(guò)以上介紹的創(chuàng)建方法，建立錨固橫梁節(jié)段、漸變節(jié)段、轉(zhuǎn)向塊節(jié)段等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族，完成標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫(kù)的建立，為后續(xù)模塊化設(shè)計(jì)提供有力支撐，如圖5 所示；

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族庫(kù)

（5）整體模型拼裝。通過(guò)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫(kù)中的構(gòu)件族，在Revit 項(xiàng)目文件中按照設(shè)計(jì)目標(biāo)調(diào)節(jié)參數(shù)，并利用陣列、編組等方式實(shí)現(xiàn)不同跨徑、不同模數(shù)的整體模型拼裝，如圖6 所示。

圖6 全橋整體模型

2 模型編碼標(biāo)準(zhǔn)

模型編碼是為了標(biāo)識(shí)模型構(gòu)件對(duì)象而創(chuàng)建出來(lái)的一組有規(guī)則的并易于計(jì)算機(jī)識(shí)別的符號(hào)[10]。模型編碼應(yīng)當(dāng)遵循唯一性、合理性、擴(kuò)充性、簡(jiǎn)明性、適應(yīng)性和規(guī)范性原則[11]。模型編碼主要是為了儲(chǔ)存模型構(gòu)件最基本的信息，模型編碼需要在創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族時(shí)寫(xiě)入到模型構(gòu)件中儲(chǔ)存，以便于在整體模型拼裝中使不同構(gòu)件都有唯一的標(biāo)識(shí)。

目前，市政行業(yè)還沒(méi)有統(tǒng)一的編碼標(biāo)準(zhǔn)，需要參考國(guó)際上通用的ISO 12006-2 框架、OmniClass 標(biāo)準(zhǔn)、Uniclass 標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)《建筑信息模型和分類編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51269-2017）以及上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《市政道路橋梁信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》（“DG ∕TJ 08-2204-2016）等。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，本文提出一種適用于市政裝配式結(jié)構(gòu)的編碼標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，如圖7 所示。

圖7 模型編碼結(jié)構(gòu)

該編碼結(jié)構(gòu)由三部分組成，每部分編碼之間用“+”連接，符號(hào)“/”連接同一層級(jí)中并列的編碼，分類編碼中用“_”連接表代碼和分類對(duì)象編碼，編碼中各大小層級(jí)用“.”連接?？臻g編碼由數(shù)字和字母組合組成，主要用于表征項(xiàng)目名稱、專業(yè)代碼、位置等項(xiàng)目空間信息。分類編碼采用層次碼的編碼規(guī)則進(jìn)行編寫(xiě)，與國(guó)標(biāo)《建筑信息模型和分類編碼標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51269-2017）相一致。順序碼由一串?dāng)?shù)字組成，主要用于相同構(gòu)件編號(hào)使其具有唯一編碼，裝配式結(jié)構(gòu)中相同構(gòu)件的數(shù)量眾多，順序碼就顯得很有必要。

3 BIM 智能審查

標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族庫(kù)創(chuàng)建和模型編碼標(biāo)準(zhǔn)是為了給BIM 智能審查提供支撐。模型編碼會(huì)直接在標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族中添加，避免相同構(gòu)件重復(fù)編碼造成的工作量增大、編碼錯(cuò)誤與遺漏等問(wèn)題。最終利用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族和模型編碼標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)智能化審查BIM 模型。

3.1 BIM 智能審查技術(shù)路線

參考分析《重慶市市政工程施工圖設(shè)計(jì)文件技術(shù)審查要點(diǎn)（2022 年版）》的要求，截取部分審查要點(diǎn)，如表1 所示。

表1 BIM 審查要點(diǎn)（橋梁）

BIM 智能審查路線以表1 第13 條為例說(shuō)明：“13.支座系統(tǒng)、支座墊石是否表達(dá)”，支座系統(tǒng)分類編碼參考《市政道路橋梁信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》為“14-02.10.09.12.00”[12]，通過(guò)編程遍歷BIM 模型中是否含有該編碼的構(gòu)件，如果有則表明符合審查要點(diǎn)，如果沒(méi)有則報(bào)錯(cuò)提醒該模型深度不符要求，建議人工復(fù)核。BIM 智能審查系統(tǒng)中將所有條文以編碼的形式存儲(chǔ)，形成審查要點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)BIM 智能審查，BIM智能審查技術(shù)路線如圖8 所示。

3.2 智能審查插件開(kāi)發(fā)

智能審查插件是基于Autodesk Revit 軟件，利用開(kāi)發(fā)工具M(jìn)icrosoft Visual Studio 開(kāi)發(fā)。在Visual Studio 中引用接口裝配文件RevitAPI.dll 和RevitAPIUI.dll，并添加相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)命名空間，如Autodesk.Revit.UI;Autodesk.Revit.DB;Autodesk.Revit.ApplicationServices 等。

引用完數(shù)據(jù)庫(kù)命名空間后，利用RevitAPI 中的FilteredElementCollector 元素收集器獲取模型中的所有構(gòu)件元素，接著利用DataTable 函數(shù)獲取審查要點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，然后利用foreach 函數(shù)遍歷已收集構(gòu)件元素獲取名稱為“模型編碼”的編碼數(shù)據(jù)，再利用if 函數(shù)將該編碼數(shù)據(jù)與獲取的審查要點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐條比對(duì)，最后根據(jù)比對(duì)數(shù)據(jù)輸出審查結(jié)果，若模型中有構(gòu)件未表達(dá)則輸出警告提醒“該模型未表達(dá)某構(gòu)件?！?，反之則不輸出警告提醒，部分主要代碼如圖9 所示。

圖9 部分主要代碼

圖中語(yǔ)句描述了智能審查插件的主要開(kāi)發(fā)思路，后續(xù)開(kāi)發(fā)中可以增加審查條文選擇、模型審查專業(yè)選擇等功能，以及規(guī)范完善審查條文數(shù)據(jù)庫(kù)等，以此將其封裝成一個(gè)完善的BIM 模型智能審查軟件。

4 應(yīng)用案例

本文介紹的BIM 智能審查應(yīng)用案例為某橋梁工程，橋梁跨徑35m，頂板寬度9m，底板寬度6m，高度1.8m。

本文結(jié)合重慶市市政工程施工圖設(shè)計(jì)文件技術(shù)審查要點(diǎn)（2022 年版）》的要求和《市政道路橋梁信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》，創(chuàng)建了BIM 審查條文編碼數(shù)據(jù)庫(kù)，如表2 所示。

表2 BIM 審查條文編碼（ 部分示例）

為了完成BIM 智能審查的驗(yàn)證，本文在BIM 模型中未放置支座墊石以進(jìn)行錯(cuò)誤設(shè)置，如圖10 所示。

圖10 BIM 審查模型

選取需要審查的BIM 模型，運(yùn)行該插件將模型與BIM 審查要點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，運(yùn)行完成后智能審查插件提醒該模型未放置14-02.10.09.12.00 支座墊石，不符合模型深度審查要求，如圖11 所示。

圖11 BIM 智能審查結(jié)果提醒

該BIM 智能審查插件除了能在裝配式結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，本文還介紹了其在全橋非裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。該案例為非裝配式全橋BIM 模型，含有上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施、橋臺(tái)和交通等構(gòu)件，如圖12 所示。

圖12 橋梁BIM 模型

由于該案例不是裝配式結(jié)構(gòu)，且橋梁中心線為曲線，利用標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)化族庫(kù)建立全橋模型有一定難度，因此模型編碼不能直接從族庫(kù)中獲取，需要逐個(gè)構(gòu)件在模型屬性中手動(dòng)添加模型編碼。為了對(duì)BIM 智能審查的驗(yàn)證，該模型設(shè)置了兩處錯(cuò)誤，將欄桿與伸縮縫構(gòu)件移除。Revit 中選取該模型，添加審查要點(diǎn)，運(yùn)行該插件，運(yùn)行后該插件輸出警告“該模型未表達(dá)14_02.10.09.06.00 欄桿；該模型未表達(dá)14_02.10.09.09.00 伸縮縫”，如圖13 所示。

圖13 橋梁BIM 智能審查結(jié)果提醒

由于裝配式結(jié)構(gòu)具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等特點(diǎn)，在BIM 模型中便于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)化建模及對(duì)各構(gòu)件賦予模型編碼，為BIM 智能審查提供了有力支撐。市政工程中其他專業(yè)或其他非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，存在空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜、異形曲面等特點(diǎn)，不便于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)化建模，對(duì)各構(gòu)件元素進(jìn)行編碼存在工作量大、易出錯(cuò)等問(wèn)題，因此該智能審查插件審查后，可針對(duì)重要構(gòu)件元素進(jìn)行人工復(fù)核。

因此，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化建模以及正確的模型編碼，該智能審查插件基本能夠完成重慶市BIM 審查要點(diǎn)的審查內(nèi)容。但是，條文中類似“地形、周邊重要建（構(gòu)）筑物等重要因素是否表達(dá)”的語(yǔ)句，由于對(duì)地形等元素不便于在Revit 中編碼，需要進(jìn)行人工復(fù)核。

5 總結(jié)

BIM 智能審查是設(shè)計(jì)審查數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要手段，能夠提高設(shè)計(jì)審查的效率與準(zhǔn)確率，具有較大的價(jià)值。本文利用市政裝配式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等特點(diǎn)，研究市政工程的BIM 智能審查，得出如下結(jié)論：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件族的參數(shù)化建模契合裝配式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)的理念，BIM 技術(shù)與裝配式市政工程具有高度的互補(bǔ)融合性，兩者相輔相成；

（2）模型編碼標(biāo)準(zhǔn)是裝配式結(jié)構(gòu)精細(xì)管理的需要，同樣也是實(shí)現(xiàn)BIM 智能審查的重要基礎(chǔ)條件；

（3）根據(jù)重慶市市政工程信息模型的審查要點(diǎn)，說(shuō)明了BIM 智能審查的技術(shù)流程，開(kāi)發(fā)了BIM 智能審查插件，能夠完成BIM 模型細(xì)度、構(gòu)件完整性的審查；

（4）繼續(xù)研究BIM 模型的一致性、合規(guī)性等審查。