基于BIM钢筋三维模型的传统钢筋混凝土结构教改研究

胡佳星 王世龙 蒋治虹 汤 利 曾金婵

（湖南科技学院土木与环境工程学院 湖南·永州 425199）

0 引言

钢筋混凝土结构具有强度高、防火性能好、整体性能突出等优点，已成熟应用于房屋建筑梁、柱、板等受力结构当中。近年来，随着装配式建筑的快速兴起与发展，传统现浇钢筋混凝土结构逐渐被预制钢筋混凝土构件所替代，而BIM作为一项新兴的技术，在预制钢筋混凝土构件提高了设计和制作的效率和件质量，降低了项目成本[1-5]。在钢筋混凝土结构的教学当中，教师普遍以钢筋混凝土结构理论知识为主，CAD工具为辅，通过绘制平面图的方式来指导房屋建筑和结构施工，用以满足学生对未来工作中基本绘图技能的需求。传统教学模式，一方面学生需要较好的 CAD识图能力和想象能力才能得到钢筋布置三维图示；另一方面传统教学模式较难的激发学生对钢筋混凝土本构关系探索的兴趣。综上，BIM技术有助于学生能更好学习钢筋混凝土施工具体流程和配筋空间图，对基于BIM技术钢筋混凝土结构教学改革的研究是势在必行的。

1 BIM对传统CAD教学模式冲击

BIM（Building Information Modeling）作为一种新兴的多维度模拟信息集成技术，普遍应用于房屋建筑中对整体房屋建模与装配式预制构件的设计、制作环节。近年BIM技术应用较成熟、普遍，使得掌握BIM技术已成为土木工程专业毕业生必不可少的专业技能之一。CAD作为一种传统的绘图工具，利用点、线、面的搭配组合出传统的施工图纸，在对传统图纸的绘制以及对图纸赋予参数化功能上，相对于BIM技术又能够极大的满足工程方的要求，被广泛应用于各类项目中的绘图设计环节。BIM 技术拥有可视化，协调性和可塑造性等优点，能较好弥补了CAD分析三维模型方面的缺陷。

图1为参数化混凝土结构模型（未配筋）及其可变参数化标签（长、宽、高）；在工程项目中，对不同位置的标准矩体结构的长、宽、高要求并不一样，如果进行传统CAD绘图，需要进行多次长、宽、高等参数的改动，但在BIM软件中，仅需要在第一次建模当中赋予可变参数的标签，便可轻易在原有模型实现参数变更，提高了建模绘图的效率。图2为 CAD钢筋混凝土结构平面图纸，展示了传统的CAD图纸在构件参数上较BIM模型更加精细、直观，在操作水平上也仅需要较低的专业绘图水平。此外，在完成配筋的混凝土结构当中，当混凝土结构参数改变时，钢筋的数量，长度等参数也会随之改变。从参数化方面来看，CAD图纸所反映的数据，虽然BIM更加精细和严谨，但并不能够让专业知识水平较低的非专业人员看懂，而BIM模型所具有的数据可视化不仅很直观的反映了钢筋混凝土构件所包含的数据，还能更好的满足建筑结构多样化的未来趋势。

图1：BIM模型

图2：钢筋混凝土构件BIM模块

2 BIM与CAD绘制钢筋的应用对比

在土木工程专业图纸设计、绘制过程中，BIM与CAD软件在理论知识和应用上存在着明显的差异。

（1）CAD作为一项传统的绘图软件，如图2a）、b）所示，CAD图纸能够直观的、详细的向专业人员展示钢筋混凝土构件的所有参数信息。而图2a）、b）为BIM导出的图纸中，仅仅是模型的360°视图展示，其所表达的参数数据并不详细，需要打开模型进行相对应的构件参数表格进行查找，而且大部分施工人员并不能直接的获取BIM模型图纸，使得施工人员并不能更快、更好的掌握构件中钢筋的详细数据。

（2）CAD作为一项基于二维模型的绘图软件，改动数据需要重新在原有图纸上进行修改，混凝土结构尺寸设计编号必然会影响钢筋的布置，而BIM模型（图2 c）中所包含的数据简单易懂，且全部整合到了一个界面，仅需要在相对应表格中输入改选的数据，模型便会自动修改。BIM赋予模型可变化参数后，仅需要输入数据，钢筋的相对应参数也会进行自我修正，极大的提高了修改图纸的效率。

（3）在实际的应用层次当中，BIM与CAD在方案设计、图纸绘制、模型创建时，需要不同专业人员的技术操作。传统的CAD图纸仍是施工人员了解详细构件的主要途径，而BIM作为一项建模技术，主要目的在于让初学者有效直观的了解到模型的结构形状的同时，激发对钢筋混凝土建模的学习兴趣。尽管CAD绘制图纸的难度门槛较BIM更低，但其参数化分析以及参数化赋予方面仍不及BIM技术的方便和彻底。

3 Revit创建钢筋模型思路及案例

3.1 Revit创建钢筋模型的思路

基于土木工程专业在第一学年完成了 Auto-CAD的学习，本课程采用同一公司的Revit软件。建钢筋模型思维流程见图3。

图3：思维流程图

如图3所示，首先创建混凝土构件的族文件，赋予并锁定相对应参数环节最为重要，可变参数一旦锁定并命名后，即可实现在项目当中随意更改构件模型。其次，在第三步中放置好的钢筋也会随着构件参数的更改而更改，最后，学生对自己建好的参数化钢筋混凝土构件进行参数化更改的检验，对于初学者来说，参数的赋予最容易出错，应加强学生对该方面的练习，更好的掌握这一重点。

3.2 Revit创建钢筋模型的案例

以土木工程专业10余人教学为例，授课以5人为一组。在前部分课程当中，在讲述怎样看懂钢筋混凝土图纸的同时抽出部分时间学习BIM Revit建模操作步骤，经过几节课后，将现有图纸分发给各小组，布置根据上图思维流程图制作钢筋混凝土构件模型的任务，所建模型如下：

图4展示了学生在老师指导后，对现有图纸的钢筋混凝土结构的建模，经过教师的检验，以上展示模型，所配钢筋均可随着混凝土构件参数的变更而变更，实现了参数化钢筋混凝土模型的构建。

图4：学生钢筋混凝土模型

4 结论

在未来装配式混凝土建筑兴起和政府大力推广的背景下，预制钢筋混凝土构件会越来越普遍，尤其在BIM技术的参数化处理、数据分析等功能的不断完善下，将使得预制钢筋混凝土构件的设计和制作等流程更加的便捷。同时一项新技术的推广，必然带来更多的挑战，所以必须要对新技术进行深度学习和改革。本文基于BIM技术对钢筋混凝土结构教学的改革，让学生更好的投入到钢筋混凝土结构的学习当中，使学生不局限于CAD图纸与课本知识，能够更好的应用到实际的建模应用当中。