基于廣廈結(jié)構(gòu)的BIM2.0 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李亞飛，劉小惠

（漳州科技職業(yè)學(xué)院，福建 漳州 363202）

1 概述

BIM 技術(shù)對(duì)于結(jié)構(gòu)工程有著特殊的意義，一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)BIM 技術(shù)打破了傳統(tǒng)的基于Autocad 及其衍生軟件的二維設(shè)計(jì)方法，直接表達(dá)了設(shè)計(jì)者的意圖，減少了通信重復(fù)時(shí)間，有助于設(shè)計(jì)者輕松地發(fā)現(xiàn)問題。

BIM 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般有2 種模式。一是設(shè)計(jì)分離于BIM 的模式，即“后BIM 模式”和“BIM1.0”；二是在模型設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 技術(shù)，即“前 BIM 模式”“BIM2.0”。前者設(shè)計(jì)與建模相對(duì)獨(dú)立，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)周期影響小，對(duì)BIM 圖面表達(dá)要求較低。后者要求設(shè)計(jì)師掌握BIM 軟件并采用BIM 方式來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的二維表達(dá)地圖習(xí)慣的要求，較難實(shí)現(xiàn)，這種模式設(shè)計(jì)企業(yè)使用較少。

2 前BIM 模式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用困境

2.1 BIM 軟件的局限性

設(shè)計(jì)人員需要接受專業(yè)培訓(xùn)，軟件學(xué)習(xí)門檻高；對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求高，企業(yè)硬件投資增加；不能完全滿足圖紙表達(dá)的要求，有些表達(dá)需要手工處理，甚至抵消了BIM 設(shè)計(jì)的效率優(yōu)勢(shì)，軟件不具備完善的本地圖庫(kù)，許多結(jié)構(gòu)體需要臨時(shí)制作，但結(jié)構(gòu)體族生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)人員具有較高的軟件操作能力，軟件部分操作效率不高，如新建結(jié)構(gòu)板操作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于天正軟件。就BIM 技術(shù)的應(yīng)用而言，結(jié)構(gòu)模型的力學(xué)分析與計(jì)算是整個(gè)信息集成鏈中的一個(gè)不相交的環(huán)節(jié)。

2.2 設(shè)計(jì)過(guò)程的約束

早期的工作量大，影響效率，雖然后期的方便可以扭轉(zhuǎn)前期時(shí)間的滯后，但設(shè)計(jì)師需要時(shí)間和實(shí)踐來(lái)適應(yīng)，如基于BIM的三維協(xié)同設(shè)計(jì)效果是顯著的，但設(shè)計(jì)師習(xí)慣于“一步一步”地沖突解決，而“BIM2.0”在設(shè)計(jì)早期需要大量的輸入，當(dāng)BIM模型暴露出專業(yè)的沖突時(shí)，反而不知如何處理。

3 結(jié)構(gòu)BIM 設(shè)計(jì)技術(shù)分析

BIM 技術(shù)是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)模型，在理論上實(shí)現(xiàn)BIM物理模型與結(jié)構(gòu)分析模型、物理模型與二維施工文檔的雙向鏈接是可行的【1】。本文以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件GSSAP 為例進(jìn)行介紹。

通過(guò)作者在工具軟件GSSAP（廣廈結(jié)構(gòu)）中的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，結(jié)合具體的幼兒園結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例，探討和分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)的路徑和方法，旨在為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件的開發(fā)和應(yīng)用提供一些啟示【2】。

4 基于GSSAP 的BIM 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)策

直接在Revit 中建造結(jié)構(gòu)模型，工作量大，成本高。將通用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中的三維模型快速轉(zhuǎn)換為Revit 模型，通過(guò)Revit 模型轉(zhuǎn)換接口軟件將結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和Revit 模型相互轉(zhuǎn)換，大大提高了建模效率。

4.1 計(jì)算模型轉(zhuǎn)換為Revit 模型

廣廈模型導(dǎo)入Revit 的步驟如下：打開廣廈主菜單→將工程路徑設(shè)置為轉(zhuǎn)換項(xiàng)目所在路徑→點(diǎn)擊“Revit 轉(zhuǎn)換”打開Revit→新建“結(jié)構(gòu)樣板”→“廣廈數(shù)據(jù)接口”選項(xiàng)卡→修改參數(shù)或選擇導(dǎo)入樓層→點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換按鈕→完成轉(zhuǎn)換。

結(jié)構(gòu)模型的雙向轉(zhuǎn)換可以實(shí)現(xiàn)建模技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的優(yōu)勢(shì)，無(wú)需重新建立計(jì)算模型，增加設(shè)計(jì)人員的工作量。

4.2 Revit 模型轉(zhuǎn)換為計(jì)算模型

打開廣廈主菜單→點(diǎn)擊新建工程→選擇文件夾新建工程項(xiàng)目→點(diǎn)擊“Revit 轉(zhuǎn)換”打開Revit→點(diǎn)擊“廣廈數(shù)據(jù)接口”選項(xiàng)卡→點(diǎn)擊“生成廣廈模型”按鈕→點(diǎn)擊“導(dǎo)出選項(xiàng)卡”中選擇導(dǎo)出構(gòu)件類型，刪除不必要樓層→點(diǎn)擊“截面匹配”檢查截面匹配情況→點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換，完成轉(zhuǎn)換。

打開主菜單，點(diǎn)擊新項(xiàng)目，選擇新項(xiàng)目文件夾，點(diǎn)擊Revit轉(zhuǎn)換，打開 Revit，點(diǎn)擊廣廈數(shù)據(jù)界面標(biāo)簽，點(diǎn)擊創(chuàng)建廣廈模型按鈕，點(diǎn)擊導(dǎo)出命令，選擇導(dǎo)出構(gòu)件類型，刪除不必要的樓層，點(diǎn)擊“截面匹配”檢查截面匹配→點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換，完成轉(zhuǎn)換。

5 工程項(xiàng)目GSSAP 應(yīng)用

5.1 項(xiàng)目概況

泰順縣新鵬幼兒園，層高4 層，高11.95m，總建筑面積5 993m2，占地面積1 564m2，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)使用年限50a，建筑工程等級(jí)為3 級(jí)，基本烈度為6度，第一組，地震加速度為0.05g，Ⅰ類場(chǎng)地類別，b 類場(chǎng)地粗糙度，基本風(fēng)壓0.6kN/m2，乙類抗震設(shè)防，抗震設(shè)防烈度為6度，結(jié)合總高度和場(chǎng)地類型，工程抗震等級(jí)為3 級(jí)。

樓面均布荷載：室內(nèi)2.5kN/m2，走廊、樓梯間3.5kN/m2、不上人屋面0.5kN/m2，外梁均布線荷載14.4kN/m，內(nèi)梁均布線荷載13.2kN/m，衛(wèi)生間隔間梁均勻布線負(fù)荷7.92kN/m。

5.2 項(xiàng)目建模

啟動(dòng)廣廈結(jié)構(gòu)CAD →點(diǎn)擊新項(xiàng)目，選擇項(xiàng)目文件夾，輸入新項(xiàng)目名稱→點(diǎn)擊[圖形錄入]并根據(jù)項(xiàng)目簡(jiǎn)介更改一般信息、地震信息、調(diào)整信息和材料信息。

根據(jù)施工圖布置軸線網(wǎng)，估計(jì)柱子的截面大小，排列框架柱。點(diǎn)擊橫梁菜單，設(shè)置板厚，放置現(xiàn)澆板，改變樓梯板厚度為0。點(diǎn)擊板荷載菜單，根據(jù)工程概況和建筑物功能記錄板荷載→點(diǎn)擊梁荷載菜單，根據(jù)工程概況和建筑物功能記錄梁線荷載→點(diǎn)擊保存創(chuàng)建第二標(biāo)準(zhǔn)層，修改第二標(biāo)準(zhǔn)層板面荷載和梁線載荷→點(diǎn)擊產(chǎn)生GSSAP，生成計(jì)算數(shù)據(jù)，退出圖形輸入。

5.3 項(xiàng)目結(jié)構(gòu)模型計(jì)算分析

在主控菜單點(diǎn)擊[樓板磚混計(jì)算]→點(diǎn)擊[通用計(jì)算GSSAP]→點(diǎn)擊[文本文件]審核樓層控制指標(biāo)，如位移角、周期比、柱梁超筋驗(yàn)算等→出現(xiàn)超筋、超限警告，結(jié)合結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)，重回結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行修改，重新計(jì)算，直至滿足要求。

5.4 AutoCAD 自動(dòng)成圖

在主控菜單點(diǎn)擊[平法配筋]→點(diǎn)擊[GSSAP]→點(diǎn)擊[生成施工圖]→點(diǎn)擊[AutoCAD 自動(dòng)成圖]→點(diǎn)擊[生成 DWG]，根據(jù)“平法警告”進(jìn)行修改→根據(jù)“校核審查修改”→點(diǎn)擊[分存DWG]，生成鋼筋算量依據(jù)和鋼筋施工圖、計(jì)算配筋圖。

Revit 三維鋼筋建模與平面整體表示方法的不兼容給結(jié)構(gòu)專業(yè)使用Revit 出施工圖帶來(lái)了很大的難度【3】，利用二次開發(fā)插件實(shí)現(xiàn)廣廈模型平法配筋后的AutoCAD 自動(dòng)繪制施工圖，并根據(jù)需要進(jìn)行修改、同步繪圖和模型修改，以避免繪圖錯(cuò)誤和泄漏。

5.5 BIM 技術(shù)優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型包含了大量的信息，可以轉(zhuǎn)化為Revit 模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

利用Revit 鏈接和碰撞分析功能，可以直接使用 Revit 結(jié)構(gòu)模型分析建筑物的結(jié)構(gòu)模型和機(jī)電模型，沖突報(bào)告可以直接以文件形式輸出，用于指導(dǎo)不同專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)生成。同時(shí)，將制造商、成本等信息填充到“管理”選項(xiàng)中，可以估算出原始成本。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，可以計(jì)算出成本和加固量。實(shí)踐表明，盡管BIM 技術(shù)不夠精確，無(wú)法準(zhǔn)確估算工程造價(jià)，但其對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義無(wú)可爭(zhēng)議。

6 總結(jié)與展望

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)是結(jié)構(gòu)模型的力學(xué)計(jì)算和分析。 這個(gè)環(huán)節(jié)的結(jié)果是結(jié)構(gòu)施工圖的主要依據(jù)，將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息。為了整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段與其他上游或下游學(xué)科之間的數(shù)據(jù)和信息的整合和共享，實(shí)現(xiàn)建筑信息模擬技術(shù)的支持是非常重要的。

應(yīng)用結(jié)果表明，BIM 技術(shù)在提高設(shè)計(jì)效率、質(zhì)量和降低設(shè)計(jì)成本方面發(fā)揮了重要作用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，如何實(shí)現(xiàn)雙向連接的BIM 物理模型、結(jié)構(gòu)分析模型還有待解決，一旦這個(gè)問題得到解決，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就可以更多地關(guān)注模型分析。BIM 技術(shù)無(wú)疑具有很大的價(jià)值。在這方面，本文提出3 點(diǎn)建議: 一是重視人才培養(yǎng)； 二是建立完善的適合國(guó)內(nèi)使用的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；三是理論聯(lián)系實(shí)際，建立符合國(guó)情的應(yīng)用模式。只有這樣，BIM 技術(shù)才能被推向競(jìng)爭(zhēng)性的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑信息技術(shù)的更高水平【4】。