市政装配式结构BIM 智能审查关键技术研究

季鑫宇

（重庆市设计院有限公司，重庆 400015）

引言

近些年，我国预制装配式事业步入快速发展时期，从城市桥梁、立交向城市隧道、轨道交通、综合管廊等专业拓展，从装配式构造物的部分或上部结构向装配式构造物的全部或上、下部结构发展[1]。

BIM 技术在装配式结构建设过程中占据着重要地位[2]，本文选取“BIM”“建筑信息模型”“装配式”“工业化”等关键词为主题在中国知网中进行检索、梳理，共检索出中英文5 812篇，其中市政领域只有38篇左右，如图1 所示。通过文献调研与分析可以得出，BIM 技术在装配式技术中的应用与研究很广泛，但是在市政领域中的研究相对匮乏。

为促进市政工程的智能化发展与数字化转型，我国多地（包括上海、深圳、广州及雄安新区等）出台了BIM 智能审查相关文件，以及推出了BIM 智能审查系统平台。目前，湖南、深圳、厦门、广州、南京等多个省市开展了BIM 智能审查相关工作。自2021 年3月1 日起，南京市新建工程中推广应用南京市在工程建设项目BIM 智能审查系统，进行BIM 规划报建、施工图报审和竣工验收管理[3]。近年来，BIM 模型的智能化、自动化审查成为了行业关注的热点，也是多个地方行政管理机构进行试点研究的热门领域。

本文选取“BIM”“建筑信息模型”“设计审查”“自动审查”“智能审查”等关键词为主题，在中国知网检索出中英文文献107 篇，其中80%的研究成果发表于近5 年，成果总量如图2 所示。

图2 “BIM 审查”文献分析

基于文献调研与分析，结合实际应用情况得出：BIM 智能化、自动化审查的研究与应用越来越受关注，是工程项目规划报建、施工图报审、竣工验收等数字化转型的重要抓手。由于市政工程项目专业分项多、空间结构复杂、横断面形式多样等特点，BIM 智能化、自动化审查方面的研究应用比较匮乏，并且模型的完整性及有效性是自动设计审查的基础[4]，因此本文主要研究市政装配式结构的BIM 模型完整性智能审查，以期能够填补该方面研究的空白，为后续其他研究提供参考。

1 标准化构件族

装配式结构设计时会使用标准化、模块化的方式，契合BIM 技术中的参数化设计、“族”、“族库”的概念。在装配式项目中，预制构件的数量繁多，且同类型构件的形式统一，参数化模型显得尤为重要[5]。BIM 模型中“族”、“族库”的概念比较契合装配式结构模块化设计的理念，不同的预制构件通过参数化建模形成族，不同的构件族形成标准化族库。

1.1 建模原则

标准化构件族创建需要满足以下几个原则：

（1）标准构件族的建立需要满足不同要求，例如《中国市政行业BIM 实施指南》等国家标准规范对模型精度等级的要求，以及项目所在地发布的BIM 相关标准、规范；

（2）标准构件族需要根据《建筑信息模型分类和编码标准》[6]等国家、地方分类编码标准以及行业、企业内的工程系统分解结构编码（EBS）标准[7]等对构件进行拆分建模，并对每个构件赋予分类编码，以便于项目的精细管理、工程量统计等，以及为后续的BIM 智能审查提供支撑；

（3）标准构件族需要根据模型单元分类体系、模型参数分类体系[8]等原则进行参数化建模，对每个构件的尺寸参数进行约束，以便于进行标准化、模块化的设计。

1.2 建模流程

标准化构件族建模流程如下：

（1）公制轮廓族创建。利用Revit 中的公制轮廓族，创建箱梁轮廓，对常用的控制参数标注尺寸，并添加约束和参数标签，使其能够通过改变尺寸参数驱使截面轮廓进行联动变化[9]，如图3（a）～（b)所示；同样的方法创建剪力键轮廓、锚固横梁轮廓和转向块轮廓等，完成参数化轮廓族的建立；

图3 箱梁轮廓族

（2）标准化构件创建。在Revit 公制框架模型——梁和支撑族、公制常规模型族等族样板中分别载入之前创建好的参数化轮廓族，并利用族编辑器里拉伸、放样、放样融合等命令生成标准构件族；除此之外，需要在族里面创建共享参数，并将其与轮廓族参数相关联，实现参数化驱动标准构件族；

杨武亮等[15]以半枫荷根的醇提物为研究试剂，采用热板法、毛细血管通透性法及大鼠足趾肿胀法开展实验，研究其镇痛及抗炎作用，发现半枫荷根的醇提物只具有轻度镇痛作用，但具有明显的对抗由醋酸所致的毛细血管通透性增高的作用以及显著对抗由蛋清所致的脚肿，说明半枫荷醇提取物同时具有很好的抗炎功效。

（3）构件拼装。将剪力键族载入到箱梁族中，并添加定位参数，约束定位尺寸，以及将相关参数与共享参数相关联，实现参数化控制，完成标准段创建，如图4 所示；

图4 箱梁跨中标准段标准构件族

（4）标准化构件族库创建。通过以上介绍的创建方法，建立锚固横梁节段、渐变节段、转向块节段等标准构件族，完成标准构件族库的建立，为后续模块化设计提供有力支撑，如图5 所示；

图5 标准化构件族库

（5）整体模型拼装。通过调用标准构件族库中的构件族，在Revit 项目文件中按照设计目标调节参数，并利用阵列、编组等方式实现不同跨径、不同模数的整体模型拼装，如图6 所示。

图6 全桥整体模型

2 模型编码标准

模型编码是为了标识模型构件对象而创建出来的一组有规则的并易于计算机识别的符号[10]。模型编码应当遵循唯一性、合理性、扩充性、简明性、适应性和规范性原则[11]。模型编码主要是为了储存模型构件最基本的信息，模型编码需要在创建标准化构件族时写入到模型构件中储存，以便于在整体模型拼装中使不同构件都有唯一的标识。

目前，市政行业还没有统一的编码标准，需要参考国际上通用的ISO 12006-2 框架、OmniClass 标准、Uniclass 标准、国标《建筑信息模型和分类编码标准》（GB/T51269-2017）以及上海市地方标准《市政道路桥梁信息模型应用标准》（“DG ∕TJ 08-2204-2016）等。根据以上标准，本文提出一种适用于市政装配式结构的编码标准结构，如图7 所示。

图7 模型编码结构

该编码结构由三部分组成，每部分编码之间用“+”连接，符号“/”连接同一层级中并列的编码，分类编码中用“_”连接表代码和分类对象编码，编码中各大小层级用“.”连接。空间编码由数字和字母组合组成，主要用于表征项目名称、专业代码、位置等项目空间信息。分类编码采用层次码的编码规则进行编写，与国标《建筑信息模型和分类编码标准》（GB/T51269-2017）相一致。顺序码由一串数字组成，主要用于相同构件编号使其具有唯一编码，装配式结构中相同构件的数量众多，顺序码就显得很有必要。

3 BIM 智能审查

标准化构件族库创建和模型编码标准是为了给BIM 智能审查提供支撑。模型编码会直接在标准化构件族中添加，避免相同构件重复编码造成的工作量增大、编码错误与遗漏等问题。最终利用标准化构件族和模型编码标准实现智能化审查BIM 模型。

3.1 BIM 智能审查技术路线

参考分析《重庆市市政工程施工图设计文件技术审查要点（2022 年版）》的要求，截取部分审查要点，如表1 所示。

表1 BIM 审查要点（桥梁）

BIM 智能审查路线以表1 第13 条为例说明：“13.支座系统、支座垫石是否表达”，支座系统分类编码参考《市政道路桥梁信息模型应用标准》为“14-02.10.09.12.00”[12]，通过编程遍历BIM 模型中是否含有该编码的构件，如果有则表明符合审查要点，如果没有则报错提醒该模型深度不符要求，建议人工复核。BIM 智能审查系统中将所有条文以编码的形式存储，形成审查要点数据库，从而实现BIM 智能审查，BIM智能审查技术路线如图8 所示。

3.2 智能审查插件开发

智能审查插件是基于Autodesk Revit 软件，利用开发工具Microsoft Visual Studio 开发。在Visual Studio 中引用接口装配文件RevitAPI.dll 和RevitAPIUI.dll，并添加相应的数据库命名空间，如Autodesk.Revit.UI;Autodesk.Revit.DB;Autodesk.Revit.ApplicationServices 等。

引用完数据库命名空间后，利用RevitAPI 中的FilteredElementCollector 元素收集器获取模型中的所有构件元素，接着利用DataTable 函数获取审查要点数据库中的数据，然后利用foreach 函数遍历已收集构件元素获取名称为“模型编码”的编码数据，再利用if 函数将该编码数据与获取的审查要点数据进行逐条比对，最后根据比对数据输出审查结果，若模型中有构件未表达则输出警告提醒“该模型未表达某构件。”，反之则不输出警告提醒，部分主要代码如图9 所示。

图9 部分主要代码

图中语句描述了智能审查插件的主要开发思路，后续开发中可以增加审查条文选择、模型审查专业选择等功能，以及规范完善审查条文数据库等，以此将其封装成一个完善的BIM 模型智能审查软件。

4 应用案例

本文介绍的BIM 智能审查应用案例为某桥梁工程，桥梁跨径35m，顶板宽度9m，底板宽度6m，高度1.8m。

本文结合重庆市市政工程施工图设计文件技术审查要点（2022 年版）》的要求和《市政道路桥梁信息模型应用标准》，创建了BIM 审查条文编码数据库，如表2 所示。

表2 BIM 审查条文编码（ 部分示例）

为了完成BIM 智能审查的验证，本文在BIM 模型中未放置支座垫石以进行错误设置，如图10 所示。

图10 BIM 审查模型

选取需要审查的BIM 模型，运行该插件将模型与BIM 审查要点数据库进行比对，运行完成后智能审查插件提醒该模型未放置14-02.10.09.12.00 支座垫石，不符合模型深度审查要求，如图11 所示。

图11 BIM 智能审查结果提醒

该BIM 智能审查插件除了能在装配式结构中应用，本文还介绍了其在全桥非装配式结构中的应用。该案例为非装配式全桥BIM 模型，含有上部结构、下部结构、附属设施、桥台和交通等构件，如图12 所示。

图12 桥梁BIM 模型

由于该案例不是装配式结构，且桥梁中心线为曲线，利用标准化参数化族库建立全桥模型有一定难度，因此模型编码不能直接从族库中获取，需要逐个构件在模型属性中手动添加模型编码。为了对BIM 智能审查的验证，该模型设置了两处错误，将栏杆与伸缩缝构件移除。Revit 中选取该模型，添加审查要点，运行该插件，运行后该插件输出警告“该模型未表达14_02.10.09.06.00 栏杆；该模型未表达14_02.10.09.09.00 伸缩缝”，如图13 所示。

图13 桥梁BIM 智能审查结果提醒

由于装配式结构具有标准化、模块化等特点，在BIM 模型中便于进行标准化参数化建模及对各构件赋予模型编码，为BIM 智能审查提供了有力支撑。市政工程中其他专业或其他非标准结构，存在空间结构复杂、异形曲面等特点，不便于进行标准化参数化建模，对各构件元素进行编码存在工作量大、易出错等问题，因此该智能审查插件审查后，可针对重要构件元素进行人工复核。

因此，通过标准化建模以及正确的模型编码，该智能审查插件基本能够完成重庆市BIM 审查要点的审查内容。但是，条文中类似“地形、周边重要建（构）筑物等重要因素是否表达”的语句，由于对地形等元素不便于在Revit 中编码，需要进行人工复核。

5 总结

BIM 智能审查是设计审查数字化转型的重要手段，能够提高设计审查的效率与准确率，具有较大的价值。本文利用市政装配式结构标准化、模块化等特点，研究市政工程的BIM 智能审查，得出如下结论：

（1）标准化构件族的参数化建模契合装配式结构标准化、模块化设计的理念，BIM 技术与装配式市政工程具有高度的互补融合性，两者相辅相成；

（2）模型编码标准是装配式结构精细管理的需要，同样也是实现BIM 智能审查的重要基础条件；

（3）根据重庆市市政工程信息模型的审查要点，说明了BIM 智能审查的技术流程，开发了BIM 智能审查插件，能够完成BIM 模型细度、构件完整性的审查；

（4）继续研究BIM 模型的一致性、合规性等审查。