结构施工图平法与BIM

龙辉元

结构施工图平法与BIM

龙辉元

(奥雅纳工程咨询有限公司北京分公司，北京 100020)

本文就目前国内通用的结构施工图平面表示法(简称“平法”)与BIM技术理念能否相容的问题进行了初步探讨，对在BIM中引入平法的可能性作了分析，比较了结构施工图采用抽象的平法表达与采用虚拟仿真技术的实体详图表达的优缺点。采用在平法之抽象符号或注释块中添加参数变量的技术手段，将平法注释符号与BIM基础模型信息建立起内在的联系，创建出高度智能的注释符号族，应用于实际的BIM项目中，实现了全部的结构施工图依旧采用平法表达，用案例说明了平法在BIM技术中能够继续发挥作用。

平法;BIM技术;建筑信息模型;智能族

1 前言

随着BIM(建筑信息模型)技术工具软件的不断完善和BIM技术在中国工程界的逐步应用，BIM理念与中国流行的平法理念是否矛盾，二者能否相容，平法是否即将淘汰的讨论已经在网络论坛展开，出现了完全不同的观点和看法。

下面以笔者以应用BIM工具软件Autodesk Revit Structure进行工程设计的实践经验和体会，通过具体的设计案例来探讨和分析目前国内通用的结构施工图平面表示法能否在BIM技术时代继续发挥作用，以及如何才能发挥作用。旨在给准备采用BIM技术开展结构设计的工程师一些启迪，给中国建筑行业技术标准和中国BIM标准制定者一些参考。

2 平法的注释符号与BIM理念的相容性

BIM技术理念最早由欧特克(Autodesk)公司提出，其核心在于建筑实体虚拟仿真和工程信息高度集成，从而实现全行业可以信息共享和协同工作，大大提高工作效率和工作质量，节省资源并降低能耗。BIM技术起初应用在美国和欧洲，所以该技术在建筑工程领域应用的解决方案均是针对美国和欧洲的用户，其数据接口和工程文档的表达方式均采用的是欧美国家的标准和传统。虽然这些国家和地区关于结构施工图的表达方式，没有如中国现在很流行的“平面表示法”这一抽象的施工图文档表达方式，但欧美国家施工图的表达除了采用直观的详图表示法，也大量采用了抽象的符号作为工程语言来表示设计者意图，从而简化设计绘图工作。现有的BIM技术工具平台，如Revit Structure，采用参数化符号概念，为这类表达方式提供了相应的解决方案。

平法的核心是表达钢筋信息，而钢筋信息是BIM的组成部分。如果平法的抽象注释符号所表示的钢筋信息均是以可存储和可交换的数据形式包含其中，能够与BIM中的钢筋信息建立起内在的联系和双向链接，那么平法理念的抽象化信息与BIM的数值化信息就可以统一，平法与BIM就不会对立。所以说，如果BIM技术及相关的工具软件最早是由中国人提出和研发出来的，就一定不会有关于平法将会淘汰这一说法，因为相关技术工具软件推出时一定就将平法的理念融入其中，而且会有很好的解决方案和易操作性。

3 基于BIM模型实现平法的可能性

最早将结构模型信息与平法联系在一起的是目前中国内地结构工程师非常熟悉的PKPM。PKPM系列软件具有从结构分析计算到出结构平法施工图的系列解决方案。但目前PKPM的解决方案仅是单向的，还无法实现双向链接。在网络论坛中也有关于PKPM是不是BIM的讨论。PKPM系列软件为不同专业之间的设计协调和数据交换提供了很多解决方案，能说它不是BIM?但为什么中国的结构工程师仅利用了PKPM的结构分析和截面设计功能，而没有用它来进行专业间协同和数据共享。个人认为主要原因是PKPM数据的非开放性。PKPM的构件是参数化的，但参数的定义是固定的，外人无法向其中补充或修改，与BIM技术模型信息数据完全开发的理念不一致。所以现在的PKPM就不可能是BIM技术平台的工具软件，只能是部分解决方案，或者说是可以实现与BIM技术进行链接的第三方分析软件。

目前主流的BIM工具软件研发公司，如欧特克，看到中国市场巨大，正在大力将平法的理念融入BIM技术之中，以适应中国用户的习惯，争取强大的客户群。欧特克旗下的速博(Sub)公司已着手于这方面的工作，且有一些初步的技术处理方法和解决方案提供给客户。其基本思路是利用2D详图线和共享参数将平法的注释符号和标注文本与BIM基础模型建立联系。速博公司的初步解决方案已经表明平法在BIM技术中是可以实现的。以笔者的应用体验来看，目前速博提供的解决方案是可行的，但仅是告诉客户在BIM中可以实现符合中国习惯的施工图平法表达，其实际应用的可操作性差。在平法注释的钢筋信息与结构计算软件、工程算量软件、钢筋下料和放样软件的链接和数据共享上，还有待进一步完善和扩展。要让平法的理念继续在BIM时代发挥作用，仅靠软件供应商是不够的，需要工程设计与施工一线的工程师共同来完成。

4 BIM中钢筋详图表达与平法表达的比较

BIM技术中，钢筋混凝土结构的钢筋可以采用3D实体来建模，提交的施工图文档一般是剖面详图。

也可以用一套抽象的注释符号标注在结构平面图上，即平法表达(参见图2)。平法的核心是用抽象的符号表达钢筋。

下面是BIM中用这两种表达方式表示钢筋的优缺点比较。

4.1 实体及详图表达钢筋的优缺点

实体详图表达钢筋的主要优点:

· 3D可视、在平面剖面图中可见、直观;

· 可以与结构设计对接;

· 钢筋尺寸和定位准确，可以直接指导施工;

· 可以对复杂配筋节点进行钢筋碰撞校对;

· 可以直接进行钢筋算量，方便快捷。

实体详图表达钢筋的缺点:

· 实体钢筋建模工作量大;

· BIM模型文件大，影响建工具软件的运行速度;

· 图面繁杂，图纸量大。

4.2 平法注释表达钢筋的优缺点

平法注释表达钢筋的主要优点:

· 配筋信息高度集中，大大减少了图纸量，环保和低碳;

· 绘图工作量小;

图1 钢筋3D实体与对应的剖面详图

图2 板配筋平法

· 图面简洁，方便施工图文档的提交和审阅;

· 文件小，BIM工具软件的运行速度快;

平法注释表达钢筋的缺点:

· 仅在标注的平面图中可见，无法3D可视;

· 表达不直观，有歧义;

· 必须借助第三方的软件才可以与结构设计实现

双向链接;

· 钢筋定位信息不全，不可以直接指导施工;

· 不可进行复杂配筋节点的钢筋碰撞校对;

· 必须借助第三方软件才可以进行钢筋算量。

从上述比较可以看到，目前在BIM中运用平法表达，其缺点多过优点，所以当前结构工程师应用BIM技术来进行施工图设计的还不多。但随着适合中国习惯的第三方的可以与BIM技术模型接口的软件开发和推出，以及平法融入BIM的技术问题逐一克服，平法的优势就可以继续发挥出来。

4.3 BIM中的平法与传统平法的比较

BIM技术中的平法因BIM的技术的先进性而注入新的活力。与传统的平法比较，BIM技术中的平法除了具有传统的优点之外，还有以下几方面的优点。

首先，BIM中的平法注释符号不仅仅是实体的抽象代号或孤立的注释文本，而是包括了进一步深化这些实体所需要的数值化信息，这些信息可以提取、交换和分析。

其次，设计师进行的平法标注是参数化设计过程。设计师可以快速浏览到各种设计信息，通过调整和修改参数，可以实时进行方案比选和配筋优化。

另外，BIM中的平法注释符号与BIM中心模型具有链接关系，因此可以与BIM中心模型互动。设计师在工作集对构件的修改(如:移动、改尺寸)可以立刻传递到平法图中，平法图上对应的注释符号，包括位置和所有的数值化信息，均可自动更新。

5 平法融入BIM尚待解决的问题

5.1 建议CBIMS标准将平法理念纳入其中

CBIMS是中国建筑产业各方应用BIM技术需要遵循的标准框架体系。将平法的理念纳入其中，有助于目前建筑行业平稳过度到BIM技术时代，实现可持续设计。中国的建筑业目前还处于粗放期，传统的施工图平法表达习惯更贴近民意。而BIM技术的应用需要全行业人员整体技术水平的大提升。将平法的理念纳入CBIMS，在BIM时代继续发挥平法的优势，适合国情。

5.2 BIM的法规中要重新划分各自的责任

如果规定结构设计师可以用平法表示，又规定其输入到BIM模型的关于结构配筋的信息必须足够多，以便下游的施工人员可以直接从同一模型中提取相关的设计信息，利用第三方的软件，生成工程量清单、钢筋放样图，或继续在BIM模型中补充繁杂节点的钢筋实体，那么设计师的任务就可以仅表达到平法。其它工种依据需要来决定是否有必要将BIM模型继续精细化。BIM时代，各阶段各工种的设计深度和责任需要重新来界定。

设计信息数据多少才算够，也要有明确的界定。不能因为你没有相关的软件来读取模型的信息就说设计深度不够，而要有法规来避免这类纠纷。

5.3 开发适合中国用户习惯的平法智能符号族

平法理念要在BIM中获得新生，必须对平法的注释符号元素进行革新。利用现代计算机技术，研发平法示意图元与构件钢筋实际尺寸的数学关系，创造出适合中国用户习惯的平法智能符号族块。这需要既具丰富工程设计经验，又熟悉软件技术二次开发的团队来共同完成。

5.4 开发链接平法信息与BIM信息的数据接口软件

能否利用好BIM中平法标注的信息，关键在于有没有可以与之接口的软件。以实现平法的钢筋信息与结构计算软件、工程造价软件、钢筋下料和放样软件对接。这需要专业的软件研发机构来完成。

6 案例

下面以北京某别墅项目为例，来说明和展示在实际的BIM项目中，实现结构施工图平法表达的可行性。其主要技术手段是:基于Revit平台，通过拓展速博的共享参数标注族，和自己研发的二维详图智能族，实现全部的结构施工图平法表达。

6.1 工程的背景资料

项目系独栋别墅，共187栋，多种户型，每栋建筑面积1 000 m2至1 500 m2不等，地上三层，地下一层。总建筑面积大约24万m2。采用钢筋混凝土异形柱框架+剪力墙结构体系，坡屋顶。

虽然本项目结构体形上不太复杂，也没有太多的结构难点，但基于业主打造精品，重视设计细节的考虑，以及类似户型多、不同户型间有很多建筑元素可以重复利用等特点。公司决定采用BIM技术进行结构建模和设计，以方便与其它专业协调和提高工作效率。

6.2 BIM技术于本工程结构设计上的突破性进展

以往的工程项目，应用BIM技术进行结构设计往往停留在方案和初步设计阶段，而施工图设计阶段依旧采用传统的设计方式。本工程中主要突破是将BIM技术在结构设计上的应用推进到了施工图阶段，创新性地将BIM技术与平法的理念有机结合在一起。主要表现在以下几个方面:

图3 结构BIM模型(典型户型)

图4 结构平法施工图

(1)混凝土结构的主要结构构件:梁、板、柱和剪力墙边缘构件的施工图均在BIM模型中实现了用平法表达(主要是采用原位标注)，参见图4。

(2)符合中国设计规范要求的钢筋混凝土结构平法施工图直接从BIM模型中输出，且利用BIM平台工具软件来进行施工图文档的打印和管理(图5)。

(3)平法注释符号和钢筋示意图赋予了丰富的内涵，钢筋的总长度、锚固长度、弯钩尺寸、布筋区域等等信息均包含在其，对于常规混凝土结构项目，提交的结构BIM模型可以指导施工(钢筋算量和下料)。

图5 施工图资源管理

7 总结和建议

(1)就BIM与平法的技术形态来看，二者有很大差异，构成建筑的实体在BIM中是3D可视，而平法中是抽象的符号。但就钢筋信息的表达方式和手段而言，二者具有相容性。

(2)BIM中的平法是BIM实施过程中设计信息的表现和交付方式。与传统的平法不同，BIM中的平法信息是与BIM基础模型信息相关联，借助宏命令，平法注释信息可以与BIM基础模型信息实现联动。

(3)平法应适应BIM技术发展的要求，对其原有的表示方式和表达内容进行改进，包括对平法制图规则和标准详图的改进。

(4)要针对中国的平法表达方式制定相应的BIM技术实施标准，包括参变量的名称和定义，以便与上下游的第三方软件之间进行数据交换和共享，实现BIM技术价值最大化。

［1］《Revit Structure 2010用户手册》.欧特克公司.2009.

［2］《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(03G1001/04G1001).中国建筑标准设计研究院，2003.

［3］《基于Autodesk Revit Structure创建钢筋混凝土框架结构施工图的几种技术处理方法》.Autodesk Subscription，2009.

［4］《梁柱施工图设计》(PKPM系列).中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部，2007，(4).

The Plane Method of Structural Construction Design Drawing with BIM

Long Huiyuan

(Arup International Consultants Co.，Ltd.，Beijing100020，China)

In this paper the possibility of using the CD drawing Plane Method in BIMtechnology is generally discussed.The merits and demerits of CD drawings by detailing and by Plan Method are compared.Based on a real BIMtechnology project case in which all the CD drawings are finished by Pland Method，it is confirmed that the Plane Method concept can continuously be used in BIMtechnology.

Plan Method;BIM;BIMTechnology;Lintelligent Family

TU17;TU318+.3

A

1674－7461(2011)01－0026－05

龙辉元(1963－)，男，副总工程师，中国国家一级注册结构工程师。主要研究方向:高层和超限高层建筑结构设计、复杂大跨度空间钢结构设计与研究、结构方案优化和CAD技术二次开发。E-mail:hy.long@arup.com