BIM平台下框架结构设计应用研究

丁 勇 杨志楠 蒋 玉 起光磊

（保山学院工程技术学院，云南保山 678000）

BIM 毕业设计大赛旨在通过BIM 技术驱动毕业设计改革，培养学生的实践能力和团队精神，为建筑业夯实人才基础。当前BIM技术在我国主要用于逆向设计，即用于检查图纸错误，缩短工期、提高收益，这使得BIM技术的优势没有得到充分的体现[1]，相比之下BIM正向设计的直接三维建模、计算出图更能体现BIM技术的优势，对于实际工程的价值和意义更大[2]。

本文以2020 年第二届“品茗杯”BIM 毕业设计大赛的本科组赛题二的赛题“BIM 设计优化和深化”为例，通过对结构的设计，形成Revit 结构模型，从而实现结构模型在BIM 模型之中的信息的流通，达到结构专业与其它专业的信息交互，做到简单的BIM正向结构设计。

1 BIM与YJK结构设计软件协同应用

1.1 工程概况

本工程为xx 二期工程-文化中心，建筑面积为地上建筑面积（2 层）：3 295.03 m2，半地下室建筑面积（1层）：2 122.94 m2，建筑高度为14 m，结构类型为框架结构，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，建筑三维效果图如图1所示。

图1 建筑效果图

1.2 结构设计计算

在YJK 结构设计计算软件中依次建立轴网，输入材料信息（梁、板采用C40 混凝土，柱采用C50 混凝土，钢筋采用HRB400，桩基采用预应力混凝土管桩），布置梁、板、柱等构件，组装楼层，输入荷载，形成结构模型，最终输出计算结果，对于不满足计算要求的结果，重新进行模型调整，直至计算结果满足计算要求，完成上部结构的设计计算之后，进入基础设计模块，基础采取桩基础，输入基础计算信息，完成基础设计计算，最终在YJK结构设计计算软件中形成梁、板、柱、基础的施工图数据。

1.3 基于BIM的模型数据交互应用优化

通过REVIT-YJKS 将计算好的结构模型（图3）导入Revit，形成Revit结构模型（图4）、和钢筋模型（图5），在REVIT-YJKS 软件之中可以直接进入盈建科的上部结构计算模块，实现盈建科嵌入Revit的操作，对于需要后期优化的结构能够直接在Revit之中直接进行，避免回到YJK 软件之中重新计算，保证结构计算数据和Revit 的无缝链接，主要包括构件截面信息、钢筋信息、材料信息等信息，如图2结构柱信息。

图2 结构柱信息

图3 YJK结构模型

图4 Revit结构模型

图5 Revit钢筋模型

相对于传统的逆向设计（一般不建立钢筋模型），在本项目之中，钢筋与结构模型为一个整体，结构信息得到了完整的转化，消除逆向设计之中的分别建立模型、合模产生的错误，最大程度上保证模型的准确性，充分体现正向设计流程一体化的优点。

2 BIM的应用点

在Revit 结构模型基础之上，利用HIBIM 完成机电模型（图6）、土建模型（图7）的建立，形成全专业BIM 模型（图8），从而达到以结构信息为主线，集成其它专业信息的机制[3]，便于后期模型优化处理。

图6 Revit机电模型

图7 Revit土建模型

图8 Revit全专业模型

2.1 净高分析

《民用建筑设计统一标准》GB50352-2019[4]第2.4.30 条规定，室内净高是指从楼、地面面层（完成面）至吊顶或楼盖、屋盖底面之间的有效使用空间的垂直距离。《民用建筑设计统一标准》GB50352-2019[4]第6.3.3 条规定建筑用房的室内净高应符合国家现行相关建筑标准的规定，地下室、局部夹层、走道等有人员正常活动的最低处不应小于2.0 m。第6.8.6条规定楼梯平台上部及下部过道处的净高不应小于2.0 m，梯段不应小于2.2 m。综合考虑之后，本项目净高最小值设置为2.2 m，地下室取2 m。进入HIBIM的净高分析模块，输入检查信息，运行检查功能，模型最终的净高分析检查结果都满足要求。

2.2 碰撞检查

2.2.1 土建专业碰撞

通过HIBIM的碰撞检查功能对模型进行碰撞检查，首先是土建专业碰撞，发现柱子与梁发生了碰撞，定位图元查看之后（图9），首先判断其是否是由于YJK 建模以及计算错误所导致的。进入YJK查看之后发现计算无误且梁钢筋布置与Revit的三维钢筋一样，在其梁施工图之中发现该梁显示为悬挑梁，说明其数据转化未发生错误。综合分析下是由于在盈建科软件计算当中，该梁一端与柱子相连，一端与横梁相连，软件默认横梁为该梁的支座。该梁为悬挑梁，施工图按照悬挑梁配筋，人工修改支座之后其施工图发生改变（图10）。

图9 修改支座前

图10 修改制作后

2.2.2 机电专业碰撞

进行机电专业碰撞，查看碰撞结果，定位图元查看之后，发现本项目给水管与风管发生了碰撞（图11），结合《城市工程管线综合规划规范》GB50289-2016[5]以及设计要求，以“整体在先、局部在后”和“不能违背各专业系统设计原理，保证各系统的使用功能”为主要修改原则。通过给水管道的避让解决二者发生碰撞冲突，从而优化模型（图12）。

图11 碰撞修改前

图12 碰撞修改后

2.2.3 全专业碰撞

将土建模型和机电模型合并，形成全专业的BIM模型，选择碰撞的项目类别，形成全专业碰撞结果，在本项目之中，半地下室的斜梁与喷淋管道发生了碰撞（图13）。我们针对本项目半地下室的喷淋管道进行了优化，根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2017[6]，把半地下室错层楼板处下的喷淋管做成斜喷淋。

图13 斜梁与喷淋管碰撞

2.3 用量明细表

点击新建明细表功能，选择新建明细表的字段，形成明细表之中可以统计项目各类构件钢筋的用量、混凝土用量等材料用量。在柱明细表、梁明细表、板明细表、基础明细表、混凝土明细表之中，可以查看具体部位所用钢筋的类型、数量、直径等信息，以便为施工人员提供一定的参考[7]。

2.4 结构施工图

在梁施工图模块里面形成梁施工图，利用其钢筋校审功能对配筋结果进行审核，可以显示梁的钢筋的纵筋、箍筋等配筋面积相关信息，以便设计人员获取，对于构件不满足或者不合理的地方进行修改，重新在REVIT-YJKS里面修改计算之后，更新Revit里面的数据，形成了数据的双向流动。在梁施工图模块的自定义选筋表格当中，可以修改钢筋的型号规格，便于设计人员进行修改选筋。

在板施工图模块里面形成板施工图，点击配筋面积可以查看板的配筋面积，可以形成楼板钢筋表，便于施工人员查看。对于复杂区域可以采取详细标注的方式，简单区域采取简化标注。并且软件可以提供平法、准平法、传统画法三种方式进行绘制，设计人员根据要求进行选用，同时可以修改钢筋标注。

在柱子施工图模块里面形成柱子施工图，软件提供截面表达和柱表达两种方式，供设计人员选用，可以进行柱子的双偏压验算，对于不满足的柱子进行调整，同步数据到模型之中。输出的施工图在钢筋标注、轴网、构建符号等表达方面与传统的表达没有太大的区别，符合传统结构施工图的要求，如图14柱子结构施工图。

图14 柱子施工图

2.5 模型渲染

在渲染过程中，利用了Sketchup 与Lumion 联动进行，Lumion 是按照不同的材质贴图或不同色块进行物体区分，Sketchup可以赋予不同的材质贴图或不同色块，从而区分相同构件不同面的渲染问题。将Revit 全专业模型（图15）导入到Sketchup（图16），赋予构件不同的色块，再转化为Dae 格式的文件到Lumion 之中进行渲染（图17 和图18），极大程度上解决了直接导入Lumion 渲染出现的细节渲染不足的问题，最终得到BIM 全专业渲染模型与视频。从单调的二维图纸到三维空间模型，再到真实丰富的二维图像，最终符合人的认知感觉，实现真正的三维可视化。

图15 Revit全专业模型

图16 草图大师模型

图17 Lumion渲染外观图

图18 Lumion渲染内部图

3 结论

本次BIM正向结构设计与全专业的模型的优化具有以下优势：

Revit与YJK 相结合，做到结构全三维设计，适应设计不断修改优化的过程，达到YJK⇔Revit的双向机制。

YJK 结构模型相对独立，既可以独立设计计算，也可以嵌入Revit，进而以Revit 模型为主导，机电、建筑方案为辅助，集所有信息于一体，利用HIBIM 进行检查优化，提供多种结构优化方向，达到模型的轻量化，做到项目整体方案优化。

结构设计信息在Revit里面集成，结构施工图采用Revit输出，但是没有改变结构施工图的原有表达，结构信息等都是伴随YJK，经过Revit 优化分析之后，设计成果更加丰富，结构施工图更加准确，完成简单的BIM正向结构设计。

相对于“翻模”的逆向设计，正向设计可以从项目方案设计阶段就可以采用三维建模，BIM 信息不断传递，模型可以表达图形，也可以传递属性，不仅提高BIM技术应用效率和质量，还能为施工阶段提供更全面的依据。随着BIM 技术广泛推进，基于结构的多专业正向协同设计模式是面向未来的趋势。不同专业的人员共享所有设计信息，能够更好达到快速、准确的设计效果，节省设计时间，提高设计质量。