装配式PC构件的BIM参数化族库设计和应用

徐 旷 张桂雄 蒋陈兵

(厦门中建东北设计院有限公司 福建厦门 361000)

0 引言

装配式建筑在设计过程中，一直存在拆分图纸量巨大的问题。此外，传统的设计方式进行拆分之后，碰撞检查无法直观准确进行。BIM技术的出现，解决了碰撞检查的问题，但是建模的工作量之大令人望而却步。利用BIM中族的制作，将各规范与图集中的参数关联通过公式写入族中，形成可以快速生成构件的族库，可极大的提高装配式构件在BIM建模时的效率，并直接生成图纸，指导工厂生产，从而大大提高装配式PC构件的深化图纸设计效率，和构件生产的准确率。

REVIT软件的每个族文件包含一定的参数和信息，族参数的合理设定，可以高效地管理数据以及修改为不同参数的相似模型。在PC构件的设计中，常用的族包括预制叠合梁、预制叠合板、预制柱、预制楼梯等。本文重点剖析如何将PC构件各规范图集中的参数关联写入族中，以及形成的模型如何生成满足生产的二维图纸。

由于各地区政策及装配式混凝土构件生产厂家存在差异，装配式PC构件的设计方式也各不相同。但各PC构件的设计与生产都有其依据的规范与图集。本文着重介绍参数写入的方法，为各种不同情况下的参数关联写入提供参考。

1 零件子族的建立

在使用REVIT创建族的过程中，大部分的族可以一次创建完成。但是涉及到复杂、参数多的族文件，往往会通过嵌套族的方式来减少单个族中的参数，从而更好地控制族进行参数变化。

装配式PC构件族，无论从复杂程度和参数数量上，都不适合一次性创建完成，所以需要将构件拆分，先建立各类型构件中相对简单的零件，包括各种形状的钢筋、埋件等。

以叠合梁为例，基本的叠合梁需要用的零件，如图1所示，包括混凝土部分、底部钢筋、腰筋、箍筋、拉结筋、吊钩等。预制柱与预制叠合板的零件如图2～图3所示。根据构件的不同设计，零件参数及样式可进行相应的修改。将这些零件建立参数化的子族备用，在制作叠合梁参数化族时，将各零件子族根据不同参数和定位嵌套进最终的参数化族中，在制作构件族时对嵌入零件族设定定位相关的参数，加上零件族制作时设置的相应尺寸和信息参数，通过参数输入，即可完成零件的准确定义和放置。

图3 装配式叠合板拆分零件子族

2 族关联参数的写入

Revit中，公式支持基本运算操作、三角函数运算和条件语句的运用。基本运算操作包括加、减、乘、除、指数、对数、平方根、圆周率等等。而条件语句在参数化族的设计过程中非常有用，适用于参数不连续变化等情况[1]。

2.1 可变参数的定义与设定

在族的制作过程中，通过辅助线与三维实体的边缘锁定，再赋予辅助线尺寸定位，可以将构件的各项尺寸参数进行定义，如图4所示。其中可变参数可直接定义，如梁高、梁宽等。这样，在族的参数中根据受力计算的结果，输入相应的值，构件相关三维模型的尺寸就会根据输入的参数变化。

图4 参数的定义与设定

2.2关联参数的设置方法

(1)基本运算操作关联

比较简单的关联参数，可直接通过在族中设置基本的四则运算关系进行。例如在设置好梁高、现浇层厚度两个可变参数后，叠合梁预制部分的高度可设置为=梁高-现浇层厚度，输入梁高和现浇层厚度的参数后，可自动生成相应高度的预制部分混凝土。

通过绘制辅助线，定位该辅助线与梁边距离等于保护层厚度，同时将箍筋构件的边缘锁定于该辅助线上，四个方向同理设置，能准确定位箍筋，并且箍筋的尺寸将随着梁的高宽而改变，符合实际中箍筋跟随梁高梁宽变化的情况。通过相同或类似方法，可将所有的箍筋、腰筋、埋件等构件在叠合梁中进行定位。

(2)通过设置中间参数运算关联

可以利用设置一些中间参数，来确定构件的位置及数量。例如设置钢筋间距参数，设置计算公式：X向钢筋间距=(柱宽度-2×套筒边距)/(X向钢筋根数-1)来根据输入的可变参数计算得到，然后通过钢筋间距，定位角筋以外的直筋和套筒位置。

还可以利用一些中间参数协助不同情况下的参数关联运算。如图5所示，通过设置抗震的“是/否”参数作为中间参数，再根据改参数计算不同情况下的弯钩长度。在勾起抗震选项后，弯钩长度根据规范中抗震要求生成；取消抗震选项后，弯钩的长度根据规范中非抗震的长度要求生成。

图5 设置中间参数协助参数计算

(3)通过条件语句公式完成非线性关联参数

有些规范图集中的参数关联，并没有直接的运算规律。这时，可通过REVIT族计算公式中的相关函数来处理计算。如图6中截取一组图集中套筒的相关参数，其中参数与钢筋直径关联但又不是简单运算就可以完成。人们可以通过条件语句，判断不同的钢筋规格值赋予图集中相应参数，完成相应的参数与可变参数的关联。条件语句的基本格式为：if(<条件>,<条件为真时的结果1>,<条件为假时的结果2>[1]。

我们设置条件语句公式：套筒外径=if(纵筋直径<15 mm,38 mm,if(纵筋直径<17 mm,42 mm,if(纵筋直径<21 mm,45 mm,if(纵筋直径<23 mm,51 mm,57 mm))))；相同的原理：套筒长度=if(纵筋直径<13 mm,250 mm,if(纵筋直径<15 mm,280 mm,if(纵筋直径<17 mm,310 mm,if(纵筋直径<19 mm,350 mm,if(纵筋直径<21 mm,370 mm,if(纵筋直径<25 mm,410 mm,480 mm))))))；软件通过条件语句对钢筋直径的数值进行判断，然后读取对应数值来生成套筒长度的值、插入钢筋长度的值、套筒外径的值等，并直接生成相应尺寸的构件模型，可以更高效准确建立满足图集参数关联的构件族。

图6 套筒规格参数表(截取部分)

3 族库的形成与应用

3.1 族库的形成

通过上述族的参数设置与关联方法，基本可以满足所有装配式PC构件族中所需的参数写入。根据不同厂家和各地方装配式设计规范图集，可以创建形成各装配式PC构件的通用族，如图7所示。根据相关规范，建立了装配式叠合梁、装配式预制柱、装配式叠合板的通用基础族。在此基础上，根据不同项目的实际情况以及不同生产厂家的差异，进行针对性的修改，形成项目专属的装配式构件通用族库。例如在某项目中需要用到装配式叠合板，但有多种情况，角部靠柱需要切角，板中需要预留洞口等，就可以根据需求，用基础的叠合板族增加开洞的空心剪切，并对其剪切的长宽及位置设置参数，形成需要开洞情况下可以通用的叠合板族。选取适合的通用族赋予计算后的参数，就形成了项目的构件族库。

图7 装配式叠合梁与装配式预制柱通用族

在此基础之上，根据设计需求输入不同的可变参数，形成整个项目的装配式PC构件族库。例如装配式叠合梁，根据项目设计资料以及受力计算的结果，在通用的装配式叠合梁族中输入梁高、梁宽、梁长、保护层厚度、材质等可变参数。可以自动计算得出加密区长度、加密区间距、箍筋长宽、拉筋直径和长度等一系列关联参数，并将各零件根据规范在相应的位置上生成实体。对可变参数的修改，相关的参数及模型都会随之更改形成新的构件，如更改X向与Y向的钢筋根数参数，相应的套筒数量、钢筋间距等参数及实体模型都随之更改。可以利用该实体模型，进行预组装，对复杂节点，及钢筋交汇处进行碰撞检查。

建立族库的主要目的，在于实现族的共享和高效利用，减低设计人员重复劳作，避免浪费资源，提高设计效率。在装配式构件生产厂家不一，构件类型多样化的环境下，PC构件族库建设的作用不容小觑[2]。

3.2 装配式构件族模型出图

BIM设计中导出二维图纸平法表达的关键步骤，是通过插件和相关软件，设置形成一个出图样板。将设计完成的相应构件导入至模板中，利用共享参数将标注内容与构件族模型信息建立联系，通过软件定义相应的标记族进行平法标注，实现标注文本与PC构件模型中的信息统一和联动[3]。

通过建立对应的可见性及图形，替换设置出图线性线宽等，使装配式PC构件的三维模型在视图中的二维显示满足出图的要求，并将该视图设置形成视图样板文件，如图8所示。

图8 完善相关设置形成样板文件

利用REVIT软件自带的明细表功能，可以自动计算和统计钢筋、埋件及混凝土用量等数据，并形成明细表，并为明细表配上相关简图，放置到最终图纸中，如图9所示。

图9 生成明细表并设置简图

然后提取所需的视图及标注放置到图纸中，形成满足出图要求的二维深化图纸，如图10～图11所示。

图10 装配式预制柱模型生成二维深化图

图11 装配式叠合梁模型生成二维深化图

4 结论

总结和分析装配式PC构件族的参数化过程，利用软件中的有效公式缩写、标准数学语法、限制条件语句等编写相关公式，以满足其复杂的参数关联。得到了一种将装配式规范和图集写入REVIT族的方法，形成可以通过输入可变参数快速生成相关构件三维模型的族库。将完成受力计算后得出的参数，以及结合设备专业预埋构件定位的参数，输入到合适的通用族后形成相应设计编号的一个个构件族，之后利用构件三维模型在软件中预组装进行碰撞检查和输出二维深化图纸，可以极大的提高装配式设计人员的出图效率和准确率。

目前，在瑞仕国际潜力少年综合中心项目，装配式叠合板族库已投入到设计生产中，使用了其中四种通用叠合板族，扩展至200余种不同的叠合板构件族形成项目构件族库，共计1484块叠合板。按以往项目经验，原计划投入3名设计人员，用时21个工作日，改用该族库进行设计后，实际投入2名设计人员，12个工作日完成。极大缩减了图纸绘制和校对修改的工作量，使装配式叠合板深化的设计效率提高了约60%。