基于廣廈結構的BIM2.0 結構設計

李亞飛，劉小惠

（漳州科技職業學院，福建 漳州 363202）

1 概述

BIM 技術對于結構工程有著特殊的意義，一般來說，結構BIM 技術打破了傳統的基于Autocad 及其衍生軟件的二維設計方法，直接表達了設計者的意圖，減少了通信重復時間，有助于設計者輕松地發現問題。

BIM 結構設計一般有2 種模式。一是設計分離于BIM 的模式，即“后BIM 模式”和“BIM1.0”；二是在模型設計中運用BIM 技術，即“前 BIM 模式”“BIM2.0”。前者設計與建模相對獨立，易于實現，對設計周期影響小，對BIM 圖面表達要求較低。后者要求設計師掌握BIM 軟件并采用BIM 方式來實現傳統的二維表達地圖習慣的要求，較難實現，這種模式設計企業使用較少。

2 前BIM 模式結構設計應用困境

2.1 BIM 軟件的局限性

設計人員需要接受專業培訓，軟件學習門檻高；對計算機硬件要求高，企業硬件投資增加；不能完全滿足圖紙表達的要求，有些表達需要手工處理，甚至抵消了BIM 設計的效率優勢，軟件不具備完善的本地圖庫，許多結構體需要臨時制作，但結構體族生產要求設計人員具有較高的軟件操作能力，軟件部分操作效率不高，如新建結構板操作效率遠遠低于天正軟件。就BIM 技術的應用而言，結構模型的力學分析與計算是整個信息集成鏈中的一個不相交的環節。

2.2 設計過程的約束

早期的工作量大，影響效率，雖然后期的方便可以扭轉前期時間的滯后，但設計師需要時間和實踐來適應，如基于BIM的三維協同設計效果是顯著的，但設計師習慣于“一步一步”地沖突解決，而“BIM2.0”在設計早期需要大量的輸入，當BIM模型暴露出專業的沖突時，反而不知如何處理。

3 結構BIM 設計技術分析

BIM 技術是一個完整的數據庫模型，在理論上實現BIM物理模型與結構分析模型、物理模型與二維施工文檔的雙向鏈接是可行的【1】。本文以結構設計軟件GSSAP 為例進行介紹。

通過作者在工具軟件GSSAP（廣廈結構）中的應用實踐經驗和體會，結合具體的幼兒園結構設計案例，探討和分析建筑結構設計中應用BIM 技術的路徑和方法，旨在為建筑結構設計工具和結構設計分析軟件的開發和應用提供一些啟示【2】。

4 基于GSSAP 的BIM 結構設計對策

直接在Revit 中建造結構模型，工作量大，成本高。將通用結構設計軟件中的三維模型快速轉換為Revit 模型，通過Revit 模型轉換接口軟件將結構計算模型和Revit 模型相互轉換，大大提高了建模效率。

4.1 計算模型轉換為Revit 模型

廣廈模型導入Revit 的步驟如下：打開廣廈主菜單→將工程路徑設置為轉換項目所在路徑→點擊“Revit 轉換”打開Revit→新建“結構樣板”→“廣廈數據接口”選項卡→修改參數或選擇導入樓層→點擊轉換按鈕→完成轉換。

結構模型的雙向轉換可以實現建模技術在結構設計階段的優勢，無需重新建立計算模型，增加設計人員的工作量。

4.2 Revit 模型轉換為計算模型

打開廣廈主菜單→點擊新建工程→選擇文件夾新建工程項目→點擊“Revit 轉換”打開Revit→點擊“廣廈數據接口”選項卡→點擊“生成廣廈模型”按鈕→點擊“導出選項卡”中選擇導出構件類型，刪除不必要樓層→點擊“截面匹配”檢查截面匹配情況→點擊轉換，完成轉換。

打開主菜單，點擊新項目，選擇新項目文件夾，點擊Revit轉換，打開 Revit，點擊廣廈數據界面標簽，點擊創建廣廈模型按鈕，點擊導出命令，選擇導出構件類型，刪除不必要的樓層，點擊“截面匹配”檢查截面匹配→點擊轉換，完成轉換。

5 工程項目GSSAP 應用

5.1 項目概況

泰順縣新鵬幼兒園，層高4 層，高11.95m，總建筑面積5 993m2，占地面積1 564m2，鋼筋混凝土框架結構，柱下獨立基礎，設計使用年限50a，建筑工程等級為3 級，基本烈度為6度，第一組，地震加速度為0.05g，Ⅰ類場地類別，b 類場地粗糙度，基本風壓0.6kN/m2，乙類抗震設防，抗震設防烈度為6度，結合總高度和場地類型，工程抗震等級為3 級。

樓面均布荷載：室內2.5kN/m2，走廊、樓梯間3.5kN/m2、不上人屋面0.5kN/m2，外梁均布線荷載14.4kN/m，內梁均布線荷載13.2kN/m，衛生間隔間梁均勻布線負荷7.92kN/m。

5.2 項目建模

啟動廣廈結構CAD →點擊新項目，選擇項目文件夾，輸入新項目名稱→點擊[圖形錄入]并根據項目簡介更改一般信息、地震信息、調整信息和材料信息。

根據施工圖布置軸線網，估計柱子的截面大小，排列框架柱。點擊橫梁菜單，設置板厚，放置現澆板，改變樓梯板厚度為0。點擊板荷載菜單，根據工程概況和建筑物功能記錄板荷載→點擊梁荷載菜單，根據工程概況和建筑物功能記錄梁線荷載→點擊保存創建第二標準層，修改第二標準層板面荷載和梁線載荷→點擊產生GSSAP，生成計算數據，退出圖形輸入。

5.3 項目結構模型計算分析

在主控菜單點擊[樓板磚混計算]→點擊[通用計算GSSAP]→點擊[文本文件]審核樓層控制指標，如位移角、周期比、柱梁超筋驗算等→出現超筋、超限警告，結合結構專業知識，重回結構模型進行修改，重新計算，直至滿足要求。

5.4 AutoCAD 自動成圖

在主控菜單點擊[平法配筋]→點擊[GSSAP]→點擊[生成施工圖]→點擊[AutoCAD 自動成圖]→點擊[生成 DWG]，根據“平法警告”進行修改→根據“校核審查修改”→點擊[分存DWG]，生成鋼筋算量依據和鋼筋施工圖、計算配筋圖。

Revit 三維鋼筋建模與平面整體表示方法的不兼容給結構專業使用Revit 出施工圖帶來了很大的難度【3】，利用二次開發插件實現廣廈模型平法配筋后的AutoCAD 自動繪制施工圖，并根據需要進行修改、同步繪圖和模型修改，以避免繪圖錯誤和泄漏。

5.5 BIM 技術優化建筑結構設計

綜上所述，建筑結構計算模型包含了大量的信息，可以轉化為Revit 模型進行結構優化設計。

利用Revit 鏈接和碰撞分析功能，可以直接使用 Revit 結構模型分析建筑物的結構模型和機電模型，沖突報告可以直接以文件形式輸出，用于指導不同專業設計人員進行設計工作的自動生成。同時，將制造商、成本等信息填充到“管理”選項中，可以估算出原始成本。從統計數據中，可以計算出成本和加固量。實踐表明，盡管BIM 技術不夠精確，無法準確估算工程造價，但其對結構設計的指導意義無可爭議。

6 總結與展望

結構設計過程中最重要的環節是結構模型的力學計算和分析。 這個環節的結果是結構施工圖的主要依據，將產生大量的數據信息。為了整個結構設計階段與其他上游或下游學科之間的數據和信息的整合和共享，實現建筑信息模擬技術的支持是非常重要的。

應用結果表明，BIM 技術在提高設計效率、質量和降低設計成本方面發揮了重要作用。然而，在實際應用中，如何實現雙向連接的BIM 物理模型、結構分析模型還有待解決，一旦這個問題得到解決，結構設計人員就可以更多地關注模型分析。BIM 技術無疑具有很大的價值。在這方面，本文提出3 點建議: 一是重視人才培養； 二是建立完善的適合國內使用的BIM技術標準；三是理論聯系實際，建立符合國情的應用模式。只有這樣，BIM 技術才能被推向競爭性的建筑設計領域，從而實現我國建筑信息技術的更高水平【4】。