BIM技術在建筑結構設計中的應用

肖 輝

（湖北文理學院理工學院，湖北 襄陽 441000）

BIM技術在現今建筑行業中應用越來越廣泛，在建筑行業各領域的應用也越來越深入。但在結構設計方面，BIM的應用并不很完善，存在多次建立模型、模型使用不充分、逆向翻模的現象，往往初步設計時繪制一遍模板圖，結構計算時建立一個計算模型，施工圖設計時深化初步設計，碰撞檢查時按照施工圖重新建立三維精確模型。整個結構設計過程重復建了4次模型，雖然個別階段模型能重復使用，但總體工作效率比較低。為實現BIM技術的結構正向設計一體化，特以廣廈結構BIM正向設計系統GSRevit軟件來說明。

1 結構建模和荷載輸入

進行結構BIM正向設計，打開GSRevit軟件界面，點擊Revit建模，以此打開Revit軟件（注意在后面的操作過程中GSRevit軟件界面始終處于打開狀態，請勿關閉），選擇“結構樣板”，在Revit軟件的界面功能菜單上多了幾個GS軟件插件圖標，這幾個插件在結構設計時要用。

1.1 模型總體信息

點擊“結構信息”，輸入各層信息及總體信息，注意標高信息輸入中以建筑標高為準。用于計算的混凝土強度等級取得是各層信息里的，并不是在建模中自行設置的構件的混凝土等級，當具體布置時，某些特殊構件混凝土等級可單獨設置。關于地震信息中的振型數不是一次就可以確定的，要在結構計算中以參與振型的質量百分比進行調整，不斷增加，直到參與振型的質量均達到90%以上。

1.2 模型初建

導入已給定的建筑圖紙，以此作為底圖進行軸網和構件布置。構件布置時，注意軟件建模的習慣，考慮到BIM系統中Revit的設計習慣是以建筑標高為準，結構0層為建筑1層，某層的結構樓層涉及到兩層的建筑樓層，豎向構件以視圖平面向下一層布置，比如選擇視圖平面為2F，布置的柱或墻為1樓的構件，布置的梁或板為2樓的構件。

1.3 荷載輸入

依照規范和實際情況進行荷載輸入。對于建筑圖上的非結構構件，可以荷載的形式加載在結構構件上，此種做法僅針對結構模型建模。在BIM系統應用中應首先引用建筑模型，在建筑模型的基礎上輸入結構模型，這樣結構模型上的荷載更貼近真實情況，并且建筑模型中的非結構構件雖然理論上不受力，對結構受力不提供幫助，但是，非結構構件還是有一定的強度和剛度，或多或少會對結構的剛度和強度有一定的影響。以真實構件模型進行加載，計算分析的結果更具有真實性。對于樓梯荷載的布置，軟件中沒有給出明確的布置方式，暫以虛板的方式布置荷載。

1.4 定義預制構件

點擊“裝配式設計”，在初建模型中指定預制構件，為后期施工模型深化設計、構件深化設計做好準備工作。

1.5 導出模型，驗證模型的正確性

點擊“模型導出”，導出廣廈錄入模型。在廣廈軟件界面選擇“圖形錄入”，檢查模型中是否有藍色圖框，即為模型錯誤，也可通過功能菜單中的“數據檢查”，查找模型中的錯誤進行改正。注意，此項工作一定要在層間拷貝前完成，否則在修改時可能要進行多層修改，造成麻煩。

1.6 層間拷貝

高層建筑中往往存在多個樓層的結構布局完全相同，可只建最低一個樓層的模型，其他樓層不需要在Revit中建立，可采用層間拷貝的功能拷貝到新的樓層后進行修改。

2 結構模型分析和調整

依次選擇“樓板、次梁、磚混計算”“通用計算GSSAP”進行結構計算分析，檢查超限問題。混凝土結構關心的主要結構整體指標有質心、剛心和偏心率、側向剛度比、結構位移、位移比、位移角、周期比、剪重比、傾覆力矩、剛重比、軸壓比等。常見的超限問題有軸壓比超限、扭轉不規則、連梁剪力超限等。

2.1 軸壓比超限

2.2 扭轉不規則

扭轉不規則的本質是質心和剛心不重合，導致位移比＞1.2，周期比＞90%，扭轉周期不是第三周期或更后。因此，當出現扭轉不規則時，最簡單有效的辦法就是調整結構構件的布局，盡量使結構對稱、均勻，適當弱化中間，加強四周，盡量使質心與剛心重合。

2.3 連梁剪力超限

計算中往往會出現連梁剪力超限問題。具體調整辦法：（1）降低連梁的剛度：加長、減小高度。（2）減小兩側剪力墻的長度。（3）適當降低連梁剛度折減系數。對于連梁剪力超限時，盡量不要采用增大連梁截面的方法，因為截面增大了，必然會導致剛度增大，分配的剪力也會增大，對控制剪力超限作用甚微。選擇“平法配筋”對計算模型進行計算配筋，然后選擇“AutoCAD自動成圖”，進入AutoCAD界面。首先設置出圖習慣，然后依次完成“生成DWG圖”“平法警告”“校核審查”“分存DWG”。當配筋圖中有修改需要時，比如超筋超限警告、裂縫超限警告，可直接在AutoCAD中修改，此修改內容與Revit中的模型關聯。

3 裝配式深化設計

3.1 結構模型預處理

Revit中生成施工圖后，會將之前空缺的樓層補全。為了實現一模多用，進行裝配式深化設計時仍只用這一個模型，在需要進行深化設計的樓層復制視圖，在復制后的視圖中進行施工深化設計，并且在ViewCube上點鼠標右鍵，在彈出的下拉框中選擇要定位的3D視圖。在視圖中隱藏之前指定的裝配式構件，重新布置預制構件。布置預制構件時，為保證預制構件種類少，實現預制構件模板的通用性，應允許對建筑圖紙（或建筑模型）進行微調，盡量使預制構件種類少，規格統一，因此，這需要多專業的協同。

3.2 構件拆分

按照拼裝方便、構件統一的原則進行拆分，保證足夠的現澆接縫寬度和伸出鋼筋長度。導入相應的預制構件族，找到要用的族，路徑為“族—常規模型—GS—疊合底板可拖動”，鼠標右鍵點“創建實例”，將預制構件放到指定位置，尺寸大小可直接拖動，也可在屬性中設置。添加完預制構件后，應按規定對構件命名。考慮到現澆層表面的標高，布置預制構件時應注意調整標高。

3.3 構件布筋

點擊菜單“裝配式設計—排布板筋”，彈出預制構件配筋排布參數對話框，根據模型整體計算中的配筋信息對彈出對話框進行設置，注意鋼筋的搭接長度和鋼筋間距。注意最上面的“√”一定要去掉。然后選取需要深化的構件，顯示出外觀圖。

3.4 構件處理

對于一些需要特殊處理的構件，比如樓板開洞、主次梁設置牛擔板等，除混凝土體形需要修改外，其中的配筋也應相應改變。

3.5 碰撞檢查

碰撞檢查是結構設計中非常重要的一環，將影響到后期的施工環節。碰撞問題經常發生在預制構件之間或預制構件內部，需要認真處理。在預制構件布置完后，點擊“鋼筋碰撞”，圖中顯示紅色表示出現了碰撞，則拖動錯開。如果發現拖動不了，一般是Revit自動對保護層位置做了鎖定，解鎖就可以拖動了。

4 預制構件加工圖

對于施工模型中的預制構件應進行詳細的預制構件深化設計。為使施工模型干凈整潔，新建項目后，將預制構件復制到新的結構樣板中生成預制構件加工圖。同樣選擇“排布板筋”，此時最上面的應勾選，然后選擇預制構件，將自動生成構件的配筋三視圖、配筋三維圖和材料表。生成的圖紙有三處需要修改的地方：（1）在圖紙中移動每個視圖說明到視圖正下方。（2）在模板圖中打斷剖切線。（3）修改明細表，取消表頭后的空行和增加重量統計。預制構件還需要進行脫模計算和吊裝計算，以確定吊點個數和吊點位置，保證構件制作安全性。

5 還需解決的問題

GSRevit軟件解決了Revit中結構模型輸入和直接計算的問題，保證了結構BIM正向設計的實現，但仍有些問題需要解決：（1）AutoCAD自動成圖及Revit中的生成施工圖耗時較多，特別是Revit中的生成施工圖需要等很久才可以完成，希望以后可以加快圖紙生成速度。（2）對于樓梯荷載的布置方式需要更明確化。（3）預制構件加工圖與施工模型沒有關聯性，需要進行多處修改。（4）缺少模具加工圖紙，希望能根據模板圖和配筋圖自動生成模具加工圖，以方便預制廠的加工，保證模具的可靠性。