丁 勇 楊志楠 蔣 玉 起光磊

（保山學院工程技術學院，云南保山 678000）

BIM 畢業(yè)設計大賽旨在通過BIM 技術驅動畢業(yè)設計改革，培養(yǎng)學生的實踐能力和團隊精神，為建筑業(yè)夯實人才基礎。當前BIM技術在我國主要用于逆向設計，即用于檢查圖紙錯誤，縮短工期、提高收益，這使得BIM技術的優(yōu)勢沒有得到充分的體現(xiàn)[1]，相比之下BIM正向設計的直接三維建模、計算出圖更能體現(xiàn)BIM技術的優(yōu)勢，對于實際工程的價值和意義更大[2]。

本文以2020 年第二屆“品茗杯”BIM 畢業(yè)設計大賽的本科組賽題二的賽題“BIM 設計優(yōu)化和深化”為例，通過對結構的設計，形成Revit 結構模型，從而實現(xiàn)結構模型在BIM 模型之中的信息的流通，達到結構專業(yè)與其它專業(yè)的信息交互，做到簡單的BIM正向結構設計。

1 BIM與YJK結構設計軟件協(xié)同應用

1.1 工程概況

本工程為xx 二期工程-文化中心，建筑面積為地上建筑面積（2 層）：3 295.03 m2，半地下室建筑面積（1層）：2 122.94 m2，建筑高度為14 m，結構類型為框架結構，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第一組，建筑三維效果圖如圖1所示。

圖1 建筑效果圖

1.2 結構設計計算

在YJK 結構設計計算軟件中依次建立軸網(wǎng)，輸入材料信息（梁、板采用C40 混凝土，柱采用C50 混凝土，鋼筋采用HRB400，樁基采用預應力混凝土管樁），布置梁、板、柱等構件，組裝樓層，輸入荷載，形成結構模型，最終輸出計算結果，對于不滿足計算要求的結果，重新進行模型調整，直至計算結果滿足計算要求，完成上部結構的設計計算之后，進入基礎設計模塊，基礎采取樁基礎，輸入基礎計算信息，完成基礎設計計算，最終在YJK結構設計計算軟件中形成梁、板、柱、基礎的施工圖數(shù)據(jù)。

1.3 基于BIM的模型數(shù)據(jù)交互應用優(yōu)化

通過REVIT-YJKS 將計算好的結構模型（圖3）導入Revit，形成Revit結構模型（圖4）、和鋼筋模型（圖5），在REVIT-YJKS 軟件之中可以直接進入盈建科的上部結構計算模塊，實現(xiàn)盈建科嵌入Revit的操作，對于需要后期優(yōu)化的結構能夠直接在Revit之中直接進行，避免回到YJK 軟件之中重新計算，保證結構計算數(shù)據(jù)和Revit 的無縫鏈接，主要包括構件截面信息、鋼筋信息、材料信息等信息，如圖2結構柱信息。

圖2 結構柱信息

圖3 YJK結構模型

圖4 Revit結構模型

圖5 Revit鋼筋模型

相對于傳統(tǒng)的逆向設計（一般不建立鋼筋模型），在本項目之中，鋼筋與結構模型為一個整體，結構信息得到了完整的轉化，消除逆向設計之中的分別建立模型、合模產(chǎn)生的錯誤，最大程度上保證模型的準確性，充分體現(xiàn)正向設計流程一體化的優(yōu)點。

2 BIM的應用點

在Revit 結構模型基礎之上，利用HIBIM 完成機電模型（圖6）、土建模型（圖7）的建立，形成全專業(yè)BIM 模型（圖8），從而達到以結構信息為主線，集成其它專業(yè)信息的機制[3]，便于后期模型優(yōu)化處理。

圖6 Revit機電模型

圖7 Revit土建模型

圖8 Revit全專業(yè)模型

2.1 凈高分析

《民用建筑設計統(tǒng)一標準》GB50352-2019[4]第2.4.30 條規(guī)定，室內凈高是指從樓、地面面層（完成面）至吊頂或樓蓋、屋蓋底面之間的有效使用空間的垂直距離?！睹裼媒ㄖO計統(tǒng)一標準》GB50352-2019[4]第6.3.3 條規(guī)定建筑用房的室內凈高應符合國家現(xiàn)行相關建筑標準的規(guī)定，地下室、局部夾層、走道等有人員正?；顒拥淖畹吞幉粦∮?.0 m。第6.8.6條規(guī)定樓梯平臺上部及下部過道處的凈高不應小于2.0 m，梯段不應小于2.2 m。綜合考慮之后，本項目凈高最小值設置為2.2 m，地下室取2 m。進入HIBIM的凈高分析模塊，輸入檢查信息，運行檢查功能，模型最終的凈高分析檢查結果都滿足要求。

2.2 碰撞檢查

2.2.1 土建專業(yè)碰撞

通過HIBIM的碰撞檢查功能對模型進行碰撞檢查，首先是土建專業(yè)碰撞，發(fā)現(xiàn)柱子與梁發(fā)生了碰撞，定位圖元查看之后（圖9），首先判斷其是否是由于YJK 建模以及計算錯誤所導致的。進入YJK查看之后發(fā)現(xiàn)計算無誤且梁鋼筋布置與Revit的三維鋼筋一樣，在其梁施工圖之中發(fā)現(xiàn)該梁顯示為懸挑梁，說明其數(shù)據(jù)轉化未發(fā)生錯誤。綜合分析下是由于在盈建科軟件計算當中，該梁一端與柱子相連，一端與橫梁相連，軟件默認橫梁為該梁的支座。該梁為懸挑梁，施工圖按照懸挑梁配筋，人工修改支座之后其施工圖發(fā)生改變（圖10）。

圖9 修改支座前

圖10 修改制作后

2.2.2 機電專業(yè)碰撞

進行機電專業(yè)碰撞，查看碰撞結果，定位圖元查看之后，發(fā)現(xiàn)本項目給水管與風管發(fā)生了碰撞（圖11），結合《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》GB50289-2016[5]以及設計要求，以“整體在先、局部在后”和“不能違背各專業(yè)系統(tǒng)設計原理，保證各系統(tǒng)的使用功能”為主要修改原則。通過給水管道的避讓解決二者發(fā)生碰撞沖突，從而優(yōu)化模型（圖12）。

圖11 碰撞修改前

圖12 碰撞修改后

2.2.3 全專業(yè)碰撞

將土建模型和機電模型合并，形成全專業(yè)的BIM模型，選擇碰撞的項目類別，形成全專業(yè)碰撞結果，在本項目之中，半地下室的斜梁與噴淋管道發(fā)生了碰撞（圖13）。我們針對本項目半地下室的噴淋管道進行了優(yōu)化，根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50084-2017[6]，把半地下室錯層樓板處下的噴淋管做成斜噴淋。

圖13 斜梁與噴淋管碰撞

2.3 用量明細表

點擊新建明細表功能，選擇新建明細表的字段，形成明細表之中可以統(tǒng)計項目各類構件鋼筋的用量、混凝土用量等材料用量。在柱明細表、梁明細表、板明細表、基礎明細表、混凝土明細表之中，可以查看具體部位所用鋼筋的類型、數(shù)量、直徑等信息，以便為施工人員提供一定的參考[7]。

2.4 結構施工圖

在梁施工圖模塊里面形成梁施工圖，利用其鋼筋校審功能對配筋結果進行審核，可以顯示梁的鋼筋的縱筋、箍筋等配筋面積相關信息，以便設計人員獲取，對于構件不滿足或者不合理的地方進行修改，重新在REVIT-YJKS里面修改計算之后，更新Revit里面的數(shù)據(jù)，形成了數(shù)據(jù)的雙向流動。在梁施工圖模塊的自定義選筋表格當中，可以修改鋼筋的型號規(guī)格，便于設計人員進行修改選筋。

在板施工圖模塊里面形成板施工圖，點擊配筋面積可以查看板的配筋面積，可以形成樓板鋼筋表，便于施工人員查看。對于復雜區(qū)域可以采取詳細標注的方式，簡單區(qū)域采取簡化標注。并且軟件可以提供平法、準平法、傳統(tǒng)畫法三種方式進行繪制，設計人員根據(jù)要求進行選用，同時可以修改鋼筋標注。

在柱子施工圖模塊里面形成柱子施工圖，軟件提供截面表達和柱表達兩種方式，供設計人員選用，可以進行柱子的雙偏壓驗算，對于不滿足的柱子進行調整，同步數(shù)據(jù)到模型之中。輸出的施工圖在鋼筋標注、軸網(wǎng)、構建符號等表達方面與傳統(tǒng)的表達沒有太大的區(qū)別，符合傳統(tǒng)結構施工圖的要求，如圖14柱子結構施工圖。

圖14 柱子施工圖

2.5 模型渲染

在渲染過程中，利用了Sketchup 與Lumion 聯(lián)動進行，Lumion 是按照不同的材質貼圖或不同色塊進行物體區(qū)分，Sketchup可以賦予不同的材質貼圖或不同色塊，從而區(qū)分相同構件不同面的渲染問題。將Revit 全專業(yè)模型（圖15）導入到Sketchup（圖16），賦予構件不同的色塊，再轉化為Dae 格式的文件到Lumion 之中進行渲染（圖17 和圖18），極大程度上解決了直接導入Lumion 渲染出現(xiàn)的細節(jié)渲染不足的問題，最終得到BIM 全專業(yè)渲染模型與視頻。從單調的二維圖紙到三維空間模型，再到真實豐富的二維圖像，最終符合人的認知感覺，實現(xiàn)真正的三維可視化。

圖15 Revit全專業(yè)模型

圖16 草圖大師模型

圖17 Lumion渲染外觀圖

圖18 Lumion渲染內部圖

3 結論

本次BIM正向結構設計與全專業(yè)的模型的優(yōu)化具有以下優(yōu)勢：

Revit與YJK 相結合，做到結構全三維設計，適應設計不斷修改優(yōu)化的過程，達到YJK?Revit的雙向機制。

YJK 結構模型相對獨立，既可以獨立設計計算，也可以嵌入Revit，進而以Revit 模型為主導，機電、建筑方案為輔助，集所有信息于一體，利用HIBIM 進行檢查優(yōu)化，提供多種結構優(yōu)化方向，達到模型的輕量化，做到項目整體方案優(yōu)化。

結構設計信息在Revit里面集成，結構施工圖采用Revit輸出，但是沒有改變結構施工圖的原有表達，結構信息等都是伴隨YJK，經(jīng)過Revit 優(yōu)化分析之后，設計成果更加豐富，結構施工圖更加準確，完成簡單的BIM正向結構設計。

相對于“翻模”的逆向設計，正向設計可以從項目方案設計階段就可以采用三維建模，BIM 信息不斷傳遞，模型可以表達圖形，也可以傳遞屬性，不僅提高BIM技術應用效率和質量，還能為施工階段提供更全面的依據(jù)。隨著BIM 技術廣泛推進，基于結構的多專業(yè)正向協(xié)同設計模式是面向未來的趨勢。不同專業(yè)的人員共享所有設計信息，能夠更好達到快速、準確的設計效果，節(jié)省設計時間，提高設計質量。