淺析在BIM中的結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)

最初理解的三維設(shè)計(jì)就是簡單把二維圖形轉(zhuǎn)換成三維立體的圖形，使用中才慢慢了解到Revit只是實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的一種工具。BIM的全拼是Building Information Modeling，即建筑信息模型，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，比如同樣繪制一根梁，在二維cad里梁就是2根線;但在BIM里梁則為一個(gè)三維實(shí)體，包含了梁的截面尺寸和長度。不僅如此，梁還可以包括自身的混凝土等級、保護(hù)層厚度、配筋情況以及建造階段等信息。因此這里說的三維比起二維，包含的信息要廣泛的多。

文章中首先介紹筆者使用結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與總結(jié)，包括三維結(jié)構(gòu)建模過程、三維建模與結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、如何在三維設(shè)計(jì)中保留并實(shí)現(xiàn)二維平法出圖三個(gè)方面;之后是關(guān)于結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)如何在bim中實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)和協(xié)同作業(yè)的探索。通過以上兩方面，淺析結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢和重要意義。

一.結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與優(yōu)勢筆者認(rèn)為，結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)有兩大優(yōu)勢：

第一，所有的結(jié)構(gòu)件都是三維實(shí)體，三維顯示直觀并可實(shí)時(shí)觀察，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師能夠觀察結(jié)構(gòu)空間形式、結(jié)構(gòu)布置的合理性及結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造特征，能很好地檢測設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性;第二，三維模型與二維平面相關(guān)聯(lián)，對一個(gè)構(gòu)件的尺寸進(jìn)行修改后，所有平、立、剖面上的相應(yīng)尺寸數(shù)據(jù)都會進(jìn)行自動修改，這樣可以大量減少重復(fù)修改的工作量，提高工作效率并減少遺漏。因此設(shè)計(jì)者可以把大部分精力花在對結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化上。以下結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，介紹現(xiàn)階段使用revit進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的情況，并簡要分析如何發(fā)揮其優(yōu)勢。

1.三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建立貼合實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)模型是非常重要的。

在Revit中，族是模型的基本元素，所有的結(jié)構(gòu)件，如梁、柱、板、基礎(chǔ)等等都是各種類型的族。

Revit自身提供了一個(gè)很豐富的族庫，用戶可以直接載入使用。除了應(yīng)用自身的族庫外，Revit提供的族編輯也能夠讓用戶自由定義其他類型的族，比如礦倉、筏板基礎(chǔ)等。能否根據(jù)需要靈活定義族是準(zhǔn)確、高效完成項(xiàng)目的基礎(chǔ)。因此要發(fā)揮三維建模的優(yōu)勢，最終就落在如何建好族上，筆者對此進(jìn)行了總結(jié)：

(1)選合適的族模板。Revit根據(jù)族的用途和類型，提供了很多種類的族模板，在自建族時(shí)首先需要選擇合適的族模板。族模板預(yù)定義了新建族所屬的族類別和一些默認(rèn)參數(shù)。參數(shù)類型包括“族參數(shù)”和“共享參數(shù)”。“族參數(shù)”又包括“實(shí)例”和“類型”兩類，實(shí)例參數(shù)將出現(xiàn)在族“圖元屬性”對話框中，而類型參數(shù)出現(xiàn)在“類型屬性”對話框中;Revit允許在新建族中按要求添加需要的參數(shù)。當(dāng)把完成的族載入到項(xiàng)目中調(diào)用時(shí)，Revit會根據(jù)初始選擇的族模板所屬的族類別，被歸類到設(shè)計(jì)欄對應(yīng)命令的類型選擇器中。比如我創(chuàng)建一個(gè)框架梁類別的族，那它將自動歸類在“梁”命令中;此外在明細(xì)表中，也會被統(tǒng)計(jì)在該類別內(nèi)，這在之后的算量統(tǒng)計(jì)中是可以被使用的。值得注意的是，明細(xì)表中可以統(tǒng)計(jì)的族類型是固定的，像在常規(guī)類型模板下建的族就無法在明細(xì)表中統(tǒng)計(jì)體積、長度、寬度等，只能統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)。

(2)創(chuàng)建準(zhǔn)確的實(shí)體形狀選定了族模板后，就可以開始創(chuàng)建族的實(shí)體形狀?？招男螤詈蛯?shí)心形狀是最重要的兩個(gè)命令。實(shí)心形狀用來創(chuàng)建實(shí)體模型，空心形狀則用來剪切洞口。實(shí)心和空心形狀都包括拉伸、融合、旋轉(zhuǎn)、放樣、放樣融合五項(xiàng)功能。從普通的規(guī)則形體到無法用平面圖形表示的空間體量，都可以通過這些命令來完成。

(3)族的參數(shù)設(shè)置之所以說族可以提升建模效率，關(guān)鍵還在于族的參數(shù)化。參數(shù)屬性包括：基本屬性文本型/數(shù)字型;外部屬性幾何型/描述型/功能型等等，這里是指當(dāng)前參數(shù)是用來描述模型的幾何參量還是其它;內(nèi)部屬性確值型/值域型/函數(shù)型等。構(gòu)件通過參數(shù)化，當(dāng)修改幾何參數(shù)數(shù)值時(shí)，相應(yīng)的實(shí)體也會發(fā)生改變;增加描述型的參數(shù)，可以給族添加更豐富的注釋信息。一般來說，某一個(gè)族中的參數(shù)，只能在該族中使用，如果想要幾個(gè)族同時(shí)使用一個(gè)參數(shù)就需要使用共享參數(shù)。這一點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)平法出圖中有詳細(xì)說明。

此外，通過運(yùn)用函數(shù)型參數(shù)等，還可以將參數(shù)進(jìn)行常規(guī)的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算外，甚至利用一些小技巧來實(shí)現(xiàn)一些包括取整，奇數(shù)和偶數(shù)等功能，這里就不再詳述。總之，參數(shù)的多樣化決定了信息的多樣化，這也是bim信息化模型的核心之一。

2.revit三維模型與結(jié)構(gòu)分析模型的互導(dǎo)

Revit軟件本身不能進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，但它可以通過Revit API(應(yīng)用編程接口)連接的第三方分析應(yīng)用，如R-STARCAD就是由revit和PKPM共同開發(fā)的、能夠?qū)崿F(xiàn)PKPM與Revit 結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換的插件(插件會有一定的版本要求)。Revit側(cè)重于BIM建模，跨專業(yè)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì);而PKPM則在結(jié)構(gòu)分析計(jì)算方面與國內(nèi)規(guī)范結(jié)合最為緊密。通過模型互導(dǎo)，結(jié)構(gòu)工程師在使用不同軟件時(shí)可以極大的減少重復(fù)建模的工作量，從而提高工作效率并降低出錯(cuò)率。

在模型導(dǎo)入導(dǎo)出的過程中有幾點(diǎn)需要注意：由revit模型導(dǎo)入到PKPM時(shí)，需注意“導(dǎo)出高級選項(xiàng)”的設(shè)置：模型構(gòu)件選項(xiàng)中我們可以設(shè)置需導(dǎo)出的構(gòu)件種類，包括軸線，結(jié)構(gòu)梁、支撐、柱、墻、等。“特殊處理選項(xiàng)”中在設(shè)置偏心歸并距離時(shí)需特別謹(jǐn)慎。“偏心”均為節(jié)點(diǎn)對軸線交點(diǎn)或定位網(wǎng)格對軸線的偏移距離，偏心的正負(fù)號跟PKPM的定義是相同的。因?yàn)镻KPM中一個(gè)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)格只能布置一個(gè)構(gòu)件，所以這個(gè)偏心歸并距離的設(shè)置要避免將RST模型中的定位節(jié)點(diǎn)或定位網(wǎng)格歸并到同一段軸線端點(diǎn)上，以防止構(gòu)件丟失。這個(gè)偏心值的設(shè)置一般取模型中構(gòu)件的最小間距和截面最大寬度的最小值。

關(guān)于截面選項(xiàng)的設(shè)置問題。R-STARCAD對revit的常用族庫進(jìn)行了參數(shù)的智能匹配，只需對各個(gè)截面的匹配規(guī)則進(jìn)行確認(rèn)即可。例如我們選定某一截面尺寸的結(jié)構(gòu)柱，會顯示該族對性應(yīng)的PKPM中的截面參數(shù)和RST中的族形狀預(yù)覽圖。右側(cè)屬性表會列出可以修改的族參數(shù)匹配規(guī)則，如果軟件的自動匹配有誤，可以手工選擇對應(yīng)的截面參數(shù)值，全部參數(shù)值確認(rèn)后，點(diǎn)擊“應(yīng)用”即可確認(rèn)匹配。對模型中某些不能智能識別的族，需要根據(jù)匹配規(guī)則指定對應(yīng)關(guān)系，完成手工匹配。完成界面匹配的族會在其最前端顯示出紅勾。

最后達(dá)到的效果：(1)RST中提供了大量預(yù)先定義好且與PKPM對應(yīng)的族文件，包括多種形狀和規(guī)格的梁、柱和支撐，可以保證在轉(zhuǎn)換過程中，梁、柱和支撐對應(yīng)轉(zhuǎn)換，并可以出現(xiàn)在PKPM或revit的梁、柱和支撐的構(gòu)件表中。(2).在RST和PKPM中模型構(gòu)件各自有很多種偏心形式，在相互轉(zhuǎn)換后梁柱偏心形式和尺寸保持了一致。(3).模型中的層間梁和斜梁在相互轉(zhuǎn)換后能夠保持一致。(4).模型中剪力墻的洞口設(shè)置相互轉(zhuǎn)換后保持一致，雙梁保持一致。這兩點(diǎn)也體現(xiàn)了三維模型設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。

隨著各軟件公司投入的不斷加大，以及一線設(shè)計(jì)人員的實(shí)踐反饋。插件也在不斷更新完善中，模型互導(dǎo)包含的信息越來越多，比如梁構(gòu)件，從只包含幾何數(shù)據(jù)信息到后來可以包含配筋信息等。隨著國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的建立，軟件之間模型信息的互通將更加完善。

3. 結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)平法出圖

平法是在二維圖紙上表達(dá)鋼筋信息一種簡化，而鋼筋信息是三維結(jié)構(gòu)模型的組成部分。從二維平法抽象注釋符號所表示的鋼筋信息到三維模型中可存儲和交換的數(shù)據(jù)形式，需要建立一個(gè)過渡來將他們聯(lián)系起來，接下來就簡要敘述筆者嘗試?yán)胷evit中共享參數(shù)實(shí)現(xiàn)梁平法標(biāo)注的過程。

梁配筋平法標(biāo)注需要的參數(shù)包括梁編號、箍筋類型、架立筋類型、底筋類型、梁寬和梁高。實(shí)現(xiàn)方法是在梁構(gòu)件族里添加以上參數(shù)，并讓標(biāo)簽族讀取這些參數(shù)。為了讓梁族和標(biāo)簽族能夠同時(shí)調(diào)用這些參數(shù)，就需要使用到共享參數(shù)功能。

在族的管理選項(xiàng)里有共享參數(shù)的按鈕，點(diǎn)擊后會跳出共享參數(shù)編輯對話框。首先要創(chuàng)建一個(gè)共享參數(shù)文件，把需要的參數(shù)添加進(jìn)去。然后建梁族和標(biāo)簽族，建族后在每個(gè)族里添加需要的參數(shù)并指定參數(shù)類型。建梁族時(shí)可以選擇系統(tǒng)自帶的族模板，把這些共享參數(shù)添加到族類型的參數(shù)里。有一點(diǎn)需要注意，系統(tǒng)自帶的梁族里，梁寬和梁高參數(shù)分別為b和h，因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)不是共享參數(shù)，不能被其他族使用，因此可以變通一下，將共享參數(shù)中的“梁寬”和“梁高”分別與初始參數(shù)里的b和h對應(yīng)，這樣就可以讓標(biāo)簽族讀取梁寬和梁高的數(shù)據(jù)。建標(biāo)記族時(shí)先選擇結(jié)構(gòu)框架標(biāo)記族作為模板，然后編輯標(biāo)簽，在類別參數(shù)中添加與梁族一樣的共享參數(shù);添加完成后，可以在標(biāo)簽參數(shù)欄中對這些共享參數(shù)的順序、布置進(jìn)行編輯，比如增加括號、空格或者換行等，這樣就可以在格式上符合平法要求。

完成這兩個(gè)族的編輯就有了實(shí)現(xiàn)梁配筋平法標(biāo)記的工具，通過將配筋等信息輸入到梁模型中，就可以使用梁標(biāo)簽標(biāo)記出平法表示。此外共享參數(shù)還可以運(yùn)用到明細(xì)表和過濾器中，作為可被選中的字段和類別。在三維設(shè)計(jì)中的平法除了滿足現(xiàn)有的出圖習(xí)慣外，也有自己的特點(diǎn)：首先，模型中的平法注釋符號不僅僅是孤立的注釋和代號，而是包括了進(jìn)一步深化這些實(shí)體所需要的數(shù)值化信息，這些信息可以提取、交換和分析。其次，設(shè)計(jì)師進(jìn)行的平法標(biāo)注是參數(shù)化設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)師可以快速瀏覽到各種設(shè)計(jì)信息，通過調(diào)整和修改參數(shù)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行方案比選和配筋優(yōu)化。設(shè)計(jì)師對構(gòu)件的修改( 如: 移動、改尺寸) 可以立刻傳遞到平法圖中，平法圖上對應(yīng)的注釋符號，包括標(biāo)高和所有的幾何信息，均可自動更新。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，BIM技術(shù)在運(yùn)維管理階段的應(yīng)用也迎來一個(gè)新的發(fā)展階段。我們相信將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和BIM技術(shù)相融合，并引入到建筑全生命周期的運(yùn)維管理階段，將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。真正實(shí)現(xiàn)BIM運(yùn)維，腳下的路還很長。更多建筑類精彩內(nèi)容可以關(guān)注環(huán)球網(wǎng)校，也可點(diǎn)擊下方“免費(fèi)下載”領(lǐng)取自主學(xué)習(xí)資料