林祥杰 史玉峰

摘 要：模型合規(guī)檢查旨在幫助設(shè)計人員自動完成對結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范檢查，減少結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的不規(guī)范，提高建模的準(zhǔn)確性。本文通過對框架結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行分析梳理，整理得到結(jié)構(gòu)化可編譯的規(guī)范條文;基于BIM平臺和Visual Studio軟件，研發(fā)合規(guī)檢查系統(tǒng)，實現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)模型的規(guī)范檢查;該系統(tǒng)具有屬性參數(shù)提取、參數(shù)計算、對比檢查、結(jié)果輸出等功能。

關(guān)鍵詞：BIM; 框架結(jié)構(gòu); 合規(guī)檢查; 二次開發(fā)

中圖分類號：TU201.4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-3315（2020）12-162-002

1.引言

基于BIM技術(shù)的模型合規(guī)檢查受到許多設(shè)計、研究人員的關(guān)注。研究主要分為兩類，其一，BIM建筑模型的合規(guī)檢查，主要涉及建筑規(guī)范驗證算法、建筑技術(shù)規(guī)則檢查技術(shù)、用于檢查疏散規(guī)則的“InSight-BIM”系統(tǒng)[1-5]。其二，規(guī)范的結(jié)構(gòu)化，是將人類語言轉(zhuǎn)換為電腦可以處理的形式，分為基于邏輯的方法、基于本體的方法、基于語言開發(fā)的方法]和本體推理機的方法[6-9]。以往研究的合規(guī)檢查，對建筑模型的檢查較多，結(jié)構(gòu)模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計的檢查涉及較少，雖然國外有Solibri Model Checker、SMARTcodes等合規(guī)檢查軟件，但由于國內(nèi)外規(guī)范存在差異，軟件不能開放使用，并且SMC和SMARTcodes在國內(nèi)應(yīng)用較少，只是簡單的測試應(yīng)用，對實際工程應(yīng)用存在較大的約束。

針對上述問題，本文從BIM原理，現(xiàn)階段存在的問題出發(fā)，使用基于邏輯的方法和二次開發(fā)技術(shù)，將規(guī)范條文轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的形式，并與BIM模型信息相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)模型的規(guī)范檢查。

2.合規(guī)檢查系統(tǒng)研發(fā)

利用BIM檢查框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的合規(guī)性，其實質(zhì)是在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，將相關(guān)的設(shè)計規(guī)范轉(zhuǎn)化為計算機能夠處理的邏輯形式，實現(xiàn)規(guī)范的結(jié)構(gòu)化，其技術(shù)方法如圖1所示。

2.1規(guī)范的結(jié)構(gòu)化

規(guī)范結(jié)構(gòu)化是指設(shè)計規(guī)范按照一定規(guī)則轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化表達(dá)的形式，本研究使用基于邏輯的方法，將書面的規(guī)范條文編譯成計算機能夠處理的邏輯形式，該表達(dá)式是規(guī)范條文的否定表達(dá)，只要邏輯表達(dá)式的返回值為真，則判斷該構(gòu)件出現(xiàn)設(shè)計問題，編譯規(guī)則邏輯如表1所示。

依據(jù)編譯規(guī)則邏輯表制定合規(guī)性檢查規(guī)則，部分檢查規(guī)則如表2所示。

2.2BIM模型信息提取

基于Revit研發(fā)平臺，使用Revit API和C#語言進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)構(gòu)件的參數(shù)提取[14]、參數(shù)計算、賦值對比、結(jié)果輸出等功能，將制定的結(jié)構(gòu)化規(guī)則與BIM模型信息相關(guān)聯(lián)，輸出不滿足規(guī)范的構(gòu)件id、實際設(shè)計值、檢查條件、邏輯表達(dá)式到可視化界面。信息提取步驟過程如下：

2.2.1基礎(chǔ)參數(shù)提取。框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)屬性參數(shù)分為混凝土參數(shù)和尺寸參數(shù)兩類，包括混凝土強度、幾何尺寸、保護(hù)層厚度等參數(shù)信息。RevitAPI的Parameter（）類提供FamilyInstance.get_Parameter（“參數(shù)”）方法，有string、BuiltInParameter、Definition和Guid參數(shù)四種表達(dá)方式，能夠提取構(gòu)件的混凝土強度、保護(hù)層厚度等參數(shù)，若提取的數(shù)據(jù)單位為英尺，要乘以304.8轉(zhuǎn)換為毫米單位。創(chuàng)建幾何選項Option（），設(shè)置ComputerReferences為True，DetaiLevel為Fine，構(gòu)件元素的尺寸提取方法如下：

①使用Geometry（）得到GeometryElement（）實體，得到Solid（實體）、Point（點）、Curve（線）、Face（面）等。

②通過遍歷GeometryInstance（）獲取實體的Face（面）、Edge（邊）以及XYZ（空間坐標(biāo)）。

③然后從獲取的幾何元素中取到實體，遍歷實體中的所有面和邊，把面轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格后，對網(wǎng)格的頂點進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到框架梁和框架柱的頂點坐標(biāo)。

④再對各面和各邊的頂點坐標(biāo)進(jìn)行計算，得構(gòu)件的幾何參數(shù)。

2.2.2鋼筋參數(shù)提取。鋼筋的屬性參數(shù)可使用Element.get_Parameter（BuiltInParameter.”參數(shù)”）方法提取，RevitAPI中包含了大量的內(nèi)置參數(shù)，這些參數(shù)在Revit.Parameters.BuiltInParameter（）枚舉中定義，通過Element.Parameter（）訪問。

2.3工程概況參數(shù)

在winform內(nèi)創(chuàng)建工程概況界面，輸入的參數(shù)將直接賦值給合規(guī)檢查規(guī)則中的ET（環(huán)境等級）、ER（抗震烈度）、YEARUSE（使用年限）等常量，輸入概況參數(shù)后會立即執(zhí)行主程序代碼。

2.4賦值對比

整理的設(shè)計規(guī)范按照編譯規(guī)則邏輯表寫到主程序中，提取的屬性參數(shù)賦值給邏輯表達(dá)式中的變量，如果返回值為真，表明該構(gòu)件出現(xiàn)設(shè)計錯誤，并在數(shù)組中儲存不符設(shè)計規(guī)范構(gòu)件的id值、提取值、檢查條件和邏輯表達(dá)式，直到該集合遍歷結(jié)束為止。

元素集合中所有元素遍歷結(jié)束后，將儲存檢查結(jié)果的數(shù)組與DataGridView（）的數(shù)據(jù)源綁定，DataGridView（）的界面標(biāo)題設(shè)置為ID、實際設(shè)計值、檢查條件和邏輯表達(dá)式，在相應(yīng)的標(biāo)題下輸出數(shù)組中所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

3.實例分析

某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)辦公樓，層高均為3.3m，建筑總高度10.35m（室外地坪至結(jié)構(gòu)層），室內(nèi)外高差0.45m，總建筑面積1537.6，其抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g），建筑耐火等級為二級，屋面防水等級為II級，環(huán)境等級為I級，設(shè)計合理使用年限為50年。

運行合規(guī)檢查系統(tǒng)，輸入工程概況參數(shù)后，系統(tǒng)將會運行合規(guī)檢查系統(tǒng)，部分檢查結(jié)果如圖2所示。

檢查的223根構(gòu)件中，有19根存在問題均為梁柱構(gòu)件，共包含38處錯誤，其中因結(jié)構(gòu)設(shè)計引起的有33處，包括基礎(chǔ)參數(shù)13處和鋼筋參數(shù)20處;因建模不準(zhǔn)確引起的有5處。

4.結(jié)論

本文研究結(jié)果表明，基于BIM的框架結(jié)構(gòu)模型合規(guī)性檢查系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)框架構(gòu)件在結(jié)構(gòu)設(shè)計和模型繪制時的錯誤，返回引起該錯誤的原因，給出相應(yīng)的規(guī)范要求，在初級階段幫助設(shè)計人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的各種違規(guī)，輔助企業(yè)開展設(shè)計審核與質(zhì)量管控工作。

國家自然科學(xué)基金：大場景機載點云建筑語義建模（No.41971415）

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