基于BIM的框架結構模型合規(guī)檢查系統(tǒng)研究

林祥杰 史玉峰

摘 要：模型合規(guī)檢查旨在幫助設計人員自動完成對結構設計的規(guī)范檢查，減少結構設計階段的不規(guī)范，提高建模的準確性。本文通過對框架結構設計規(guī)范進行分析梳理，整理得到結構化可編譯的規(guī)范條文;基于BIM平臺和Visual Studio軟件，研發(fā)合規(guī)檢查系統(tǒng)，實現(xiàn)框架結構模型的規(guī)范檢查;該系統(tǒng)具有屬性參數提取、參數計算、對比檢查、結果輸出等功能。

關鍵詞：BIM; 框架結構; 合規(guī)檢查; 二次開發(fā)

中圖分類號：TU201.4? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-3315（2020）12-162-002

1.引言

基于BIM技術的模型合規(guī)檢查受到許多設計、研究人員的關注。研究主要分為兩類，其一，BIM建筑模型的合規(guī)檢查，主要涉及建筑規(guī)范驗證算法、建筑技術規(guī)則檢查技術、用于檢查疏散規(guī)則的“InSight-BIM”系統(tǒng)[1-5]。其二，規(guī)范的結構化，是將人類語言轉換為電腦可以處理的形式，分為基于邏輯的方法、基于本體的方法、基于語言開發(fā)的方法]和本體推理機的方法[6-9]。以往研究的合規(guī)檢查，對建筑模型的檢查較多，結構模型、結構設計的檢查涉及較少，雖然國外有Solibri Model Checker、SMARTcodes等合規(guī)檢查軟件，但由于國內外規(guī)范存在差異，軟件不能開放使用，并且SMC和SMARTcodes在國內應用較少，只是簡單的測試應用，對實際工程應用存在較大的約束。

針對上述問題，本文從BIM原理，現(xiàn)階段存在的問題出發(fā)，使用基于邏輯的方法和二次開發(fā)技術，將規(guī)范條文轉化為結構化的形式，并與BIM模型信息相關聯(lián)，實現(xiàn)框架結構模型的規(guī)范檢查。

2.合規(guī)檢查系統(tǒng)研發(fā)

利用BIM檢查框架結構設計的合規(guī)性，其實質是在框架結構設計過程中，將相關的設計規(guī)范轉化為計算機能夠處理的邏輯形式，實現(xiàn)規(guī)范的結構化，其技術方法如圖1所示。

2.1規(guī)范的結構化

規(guī)范結構化是指設計規(guī)范按照一定規(guī)則轉化為結構化表達的形式，本研究使用基于邏輯的方法，將書面的規(guī)范條文編譯成計算機能夠處理的邏輯形式，該表達式是規(guī)范條文的否定表達，只要邏輯表達式的返回值為真，則判斷該構件出現(xiàn)設計問題，編譯規(guī)則邏輯如表1所示。

依據編譯規(guī)則邏輯表制定合規(guī)性檢查規(guī)則，部分檢查規(guī)則如表2所示。

2.2BIM模型信息提取

基于Revit研發(fā)平臺，使用Revit API和C#語言進行二次開發(fā)，實現(xiàn)構件的參數提取[14]、參數計算、賦值對比、結果輸出等功能，將制定的結構化規(guī)則與BIM模型信息相關聯(lián)，輸出不滿足規(guī)范的構件id、實際設計值、檢查條件、邏輯表達式到可視化界面。信息提取步驟過程如下：

2.2.1基礎參數提取?？蚣芙Y構的基礎屬性參數分為混凝土參數和尺寸參數兩類，包括混凝土強度、幾何尺寸、保護層厚度等參數信息。RevitAPI的Parameter（）類提供FamilyInstance.get_Parameter（“參數”）方法，有string、BuiltInParameter、Definition和Guid參數四種表達方式，能夠提取構件的混凝土強度、保護層厚度等參數，若提取的數據單位為英尺，要乘以304.8轉換為毫米單位。創(chuàng)建幾何選項Option（），設置ComputerReferences為True，DetaiLevel為Fine，構件元素的尺寸提取方法如下：

①使用Geometry（）得到GeometryElement（）實體，得到Solid（實體）、Point（點）、Curve（線）、Face（面）等。

②通過遍歷GeometryInstance（）獲取實體的Face（面）、Edge（邊）以及XYZ（空間坐標）。

③然后從獲取的幾何元素中取到實體，遍歷實體中的所有面和邊，把面轉換為網格后，對網格的頂點進行坐標變換，得到框架梁和框架柱的頂點坐標。

④再對各面和各邊的頂點坐標進行計算，得構件的幾何參數。

2.2.2鋼筋參數提取。鋼筋的屬性參數可使用Element.get_Parameter（BuiltInParameter.”參數”）方法提取，RevitAPI中包含了大量的內置參數，這些參數在Revit.Parameters.BuiltInParameter（）枚舉中定義，通過Element.Parameter（）訪問。

2.3工程概況參數

在winform內創(chuàng)建工程概況界面，輸入的參數將直接賦值給合規(guī)檢查規(guī)則中的ET（環(huán)境等級）、ER（抗震烈度）、YEARUSE（使用年限）等常量，輸入概況參數后會立即執(zhí)行主程序代碼。

2.4賦值對比

整理的設計規(guī)范按照編譯規(guī)則邏輯表寫到主程序中，提取的屬性參數賦值給邏輯表達式中的變量，如果返回值為真，表明該構件出現(xiàn)設計錯誤，并在數組中儲存不符設計規(guī)范構件的id值、提取值、檢查條件和邏輯表達式，直到該集合遍歷結束為止。

元素集合中所有元素遍歷結束后，將儲存檢查結果的數組與DataGridView（）的數據源綁定，DataGridView（）的界面標題設置為ID、實際設計值、檢查條件和邏輯表達式，在相應的標題下輸出數組中所對應的數據。

3.實例分析

某鋼筋混凝土框架結構辦公樓，層高均為3.3m，建筑總高度10.35m（室外地坪至結構層），室內外高差0.45m，總建筑面積1537.6，其抗震設防烈度為7度（0.15g），建筑耐火等級為二級，屋面防水等級為II級，環(huán)境等級為I級，設計合理使用年限為50年。

運行合規(guī)檢查系統(tǒng)，輸入工程概況參數后，系統(tǒng)將會運行合規(guī)檢查系統(tǒng)，部分檢查結果如圖2所示。

檢查的223根構件中，有19根存在問題均為梁柱構件，共包含38處錯誤，其中因結構設計引起的有33處，包括基礎參數13處和鋼筋參數20處;因建模不準確引起的有5處。

4.結論

本文研究結果表明，基于BIM的框架結構模型合規(guī)性檢查系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)框架構件在結構設計和模型繪制時的錯誤，返回引起該錯誤的原因，給出相應的規(guī)范要求，在初級階段幫助設計人員及時發(fā)現(xiàn)設計中的各種違規(guī)，輔助企業(yè)開展設計審核與質量管控工作。

國家自然科學基金：大場景機載點云建筑語義建模（No.41971415）

參考文獻：

[1]蔣慧，李希勝.基于BIM的建筑結構協(xié)同設計關鍵問題研究[J]森林工程，2018，34（06）：102-108

[2]吳佳蔚，李希勝，曹璐琳等.基于BIM技術的綠色建筑節(jié)地設計自動評價[J]建筑科學，2017，33（04）：123-128

[3]孫澄河，柯勛.建筑設計中BIM模型的自動規(guī)范檢查方法研究[J]建筑科學，2016，32（4）：140-145

[4]Choi J，KimI.Development of BIM-based Evaluation regulation checking system for high-rise and complex building[J].Automation in Construction，2014，46（10）：38-49

[5]BIM支持的施工安全規(guī)范合規(guī)性檢查研究綜述[J]圖學學報，2018，39（6）：1156-1164

[6]陳煬，馬欣.基于PEST—SWOT的中國舊城改造市場發(fā)展研究[J]建設科技，2019，15：76-79+82

[7]DING L Y，ZHONG B T， WU S， et a1. Construction risk knowledge management in BIM using ontology and semantic web technology[J]Safety Science，2016，87：202-213

[8]王軍，李希勝，劉勤文.基于Dynamo的綠色建筑方案設計優(yōu)化[J]土木建筑工程信息技術，2019，11（03）：121-127

[9]許基偉，馬欣.基于工業(yè)互聯(lián)網背景下的大數據平臺建設研究[J]軟件工程，2019（12）：22-24