某消防值班樓框架結構Revit正向設計的應用

嚴 旭，郝 健，江賽雄

(1.中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021；2.中國人民解放軍78131部隊，四川 成都 610011)

0 引言

自2000年起，BIM技術在建筑業逐漸得到了廣泛的應用，但主要是介于設計—施工之間的碰撞檢測、管線綜合、凈高分析、施工模擬、施工交底等。在設計階段，BIM技術應用水平較低，主流方式還是根據二維圖紙創建BIM模型，有一定的滯后時間，也會增加一定的工作量。

為實現結構專業的BIM設計，許多學者進行了研究[1-10]，提出關鍵在于BIM軟件和結構分析軟件之間的數據轉換，并實現了Revit和結構分析軟件的多種傳導方式。TSZ、YJK和PDST實現了讀入結構分析模型后一鍵成圖，GSRevit則在Revit中完成前處理工作，讀取Revit三維模型并寫入廣廈結構進行計算[11]。董愛平[12]、李志文等[13]還通過Revit共享參數實現了平法配筋圖。郝國龍[14]根據SATWE計算結果創建Revit模型，采用鋼筋標記族形成Revit配筋圖。但這些方式都不能同時提高BIM設計的效率和質量，難以應對設計過程中和圖紙出版后的修改。

不借助插件，直接使用Revit軟件進行BIM正向設計，完成全部的結構設計工作，效果到底如何，值得研究。以某±500 kV換流站消防駐站值班樓的結構設計為例，采用Revit完成布置設計，人工導入PKPM后處理模塊生成的柱、梁、板二維配筋圖，人工創建樓梯圖紙，人工完成二維詳圖。可供BIM結構設計參考，也為結構插件開發商指明了需要二次開發的方向和內容。

1 項目概況

德陽某±500 kV換流站消防改造項目中，業主要求提供全部BIM模型。項目的消防值班樓，位于消防水池的頂板上，結構形式為鋼筋混凝土框架結構，柱腳嵌固于消防水池頂板。首層標高3.850 m，二層標高6.850 m，屋頂標高9.850 m，樓梯間屋頂標高12.900 m(圖1)。

圖1 項目值班樓三維視圖(m)

此值班樓體型不大，荷載、孔洞、桿件數量不多，柱腳嵌固于地下室頂板。研究后確定采用Revit進行正向設計，直接在Revit建模并完成全部施工圖，完成工程量統計，Revit模型直接提交給業主。

2 Revit正向設計

2.1 Revit樣板準備

Revit自帶的結構樣板不滿足國內制圖規范的要求，需要進一步完善。為了保證對Revit樣板的理解與控制，基于Revit自帶的結構樣板進行了樣板文件定制，具體有：圖紙目錄、圖框、標題欄、會簽欄、字體、軸網標頭、尺寸標注樣式、線寬設置、比例、箭頭、線樣式、線型圖案、標高標頭、剖面標頭、詳圖索引、指北針等。

對于柱、梁等可載入族，在Revit中添加截面的操作較為繁瑣。為了方便使用，對于此類可載入族，創建與族文件相同存放位置且同名的txt文件，在txt中列出常用的截面尺寸，載入族時就能直接選擇擬使用的類型(圖2)。

圖2 加載矩形混凝土梁的族文件

當需要添加特定的截面時，則直接在txt文件中編輯即可。對于墻、樓梯等系統族，可以事先在族樣板文件中修改，也可以在具體使用時根據實際情況添加和修改。此外，還創建了埋件族、孔洞族，為標記的方便，專門創建了配套的標記族(圖3)。

圖3 形孔洞及配套的標記族(mm)

2.2 Revit布置設計

選擇之前完成的結構樣板，根據建筑和機電專業的DWG二維提資圖，在Revit中可先創建控制性的標高、軸網、柱網，然后逐層進行布置設計:布置框架梁、樓板、次梁、樓梯板、梯柱、梯梁、孔洞和埋件等結構圖元。然后繼續添加各定位尺寸、構件的的截面標記、定位尺寸、孔洞標記等，即能完成結構布置圖(圖4)。建模和標記可以同步進行，以結構工程師的方便為準，但為減少圖面修改的工作量，標記的工作可以比建模稍微滯后一些。

圖4 6.850 m層結構布置圖

在Revit中切換到南立面和東立面(圖5)，可以看到從南、東方向對整個結構進行剖視的效果。因本結構不出立面圖，故不再進一步進行立面圖的加工。

圖5 南立面和東立面視圖

通過這樣建模和標記的反復迭代，可以完成最終的施工圖，也能完成將來的升版圖、竣工圖。

2.3 柱、梁、板配筋圖

2.3.1 Revit柱平法配筋圖

柱平法配筋圖包括柱編號圖和配筋詳圖。在平法圖集16G1010-1中，將柱平法平法圖分為截面注寫和列表注寫方式兩種。在PKPM的砼結構施工圖模塊中，進一步將柱的平法分為原位截面注寫、集中截面注寫、平法列表注寫三種。原位截面注寫是將每個柱的配筋詳圖直接疊放在柱編號圖上，但可能遮擋旁邊的柱，需要人工調整配筋詳圖的位置。平法列表注寫則是將配筋詳圖以表格的形式進行標示，缺點是不直觀、不便于理解和校核，優點是便于施工統計下料。集中截面注寫則是在平面圖中對柱進行編號，將柱的截面配筋圖放置在一起，特點是柱編號圖和配筋詳圖互不干擾。

在Revit中，柱編號圖可利用結構平面，在可見性中設置僅顯示軸網和柱、墻構件，添加編號后即可完成。柱截面配筋圖則先可利用PKPM生成的T文件轉為DWG，然后在Revit中導入該DWG文件。可見，采用原位截面注寫不夠方便。考慮到柱配筋的直觀性，本次采用集中截面注寫的方式(圖6)。

圖6 柱平法配筋圖

在Revit中導入DWG格式的柱配筋詳圖時，不宜直接導入到由Revit結構平面形成的柱編號圖中，為圖面排版的方便，宜導入到Revit的繪圖視圖中，然后在圖紙空間中拼裝。

2.3.2 Revit梁平法配筋圖

平法圖集16G1010-1，將梁平法配筋圖分為平面注寫和截面注寫方式兩種。梁截面注寫的方式是在平面圖上標示出梁的剖面號，然后繪制該剖面對應的梁截面配筋詳圖。當連續梁各跨截面或配筋不同時，相應地需增加各跨梁的截面配筋詳圖；任意一跨梁，當梁支座與跨中配筋不一致時，則需采用2個截面配筋詳圖表示。梁截面注寫的方式需要繪制多個梁截面配筋詳圖，操作繁瑣，故梁平法配筋圖通常采用平面注寫的方式。

梁平法配筋圖的內容包括樓層平面圖和梁的配筋文字。在Revit中，可復制結構平面形成各樓層平面圖。梁的配筋文字則可先將PKPM生成的T文件轉為DWG，僅保留梁的配筋文字，然后導入到Revit與樓層平面圖疊合在一起，調整文字避讓，即可形成平法配筋圖(圖7)。

圖7 梁平法配筋圖

2.3.3 Revit板配筋圖

平法圖集16G1010-1還制定了板的平法規則，以文字方式明確板配筋，但需要對每跨板進行編號并歸并，當板支座鋼筋非通長時，還需要以傳統的板配筋方式繪制支座鋼筋。板平法不夠直觀，樓板修改后對板的重新編號和歸并也比較繁瑣，故我院的習慣是仍舊采用傳統的方式繪制板配筋圖。

板配筋圖的內容包括樓層平面圖、板鋼筋外形、配筋文字。

與前面梁配筋圖的操作類似，還是在Revit中利用結構平面形成各層平面圖，將PKPM形成的T文件轉為DWG后，僅保留板鋼筋外形和配筋文字，導入到Revit與各層平面圖疊合在一起，調整文字避讓，即形成板配筋圖(圖8)。

圖8 板配筋圖

2.4 Revit樓梯

平法圖集16G1010-2制定了板式樓梯的平法規則，以文字注寫的方式表示樓梯板的厚度、梯板上下縱筋和分布筋。梯板的文字注寫可以放在平面圖上，也可以放在樓梯剖面圖上。

在Revit中，生成樓梯剖面圖非常方便，故采用此方式以平法注寫的方式表示梯板的配筋。為進一步表示樓梯與梯梁、梯柱的關系，還提供了樓梯三維視圖(圖9)。

圖9 樓梯配筋圖

2.5 Revit詳圖

在結構施工圖中，詳圖通常分為兩種。一種是直接在模型中剖出并放大的詳圖(圖10)，另一種是繪圖視圖中以二維方式繪制的詳圖(圖11)。前者通常是與實際的模型有關，從模型中剖出更為方便；后者則需要以族或二維繪圖視圖的方式保存，以便其它Revit模型需要時進行復制。

圖10 樓梯節點詳圖

圖11 梯柱TZ1截面配筋圖

2.6 Revit圖紙出版

在本結構的設計中，全程未使用AutoCAD，故不考慮將Revit圖紙導出為DWG格式。而是直接在Revit中將圖紙打印為PDF文件，用于繪制藍圖。

專業之間配合、提交給業主的圖紙，可使用PDF文件，也可直接在Revit中導出DWG圖紙，根據對方的需求而定。

3 Revit正向設計體會

在此設計過程中可以看出，Revit擅長于布置設計[15-16]，可以在模型中直接剖出節點詳圖，但不擅長于繪制二維詳圖(包括截面配筋圖)。所以，有必要在BIM設計的過程中，逐步積累Revit二維詳圖，并將其標準化，達到易于復用的地步。

在導入各PKPM形成的配筋圖時，人工操作的方式也比較繁瑣，而且以二維文字表示的平法鋼筋，也不便于進一步統計鋼筋的工程量。此步驟有必要利用插件來完成。現有商業軟件的技術路線是讀取PKPM結果，一鍵形成布置圖和配筋圖[11]，其中配筋模塊在修改為僅讀入PKPM配筋結果并形成Revit配筋圖后即可在本結構的設計中予以使用。

Revit軟件中，柱、梁、板之間的默認剪切關系雖與圖紙表達一致，但與技經專業工程量統計規則不一致。Revit默認是柱剪切梁、板剪切柱、板剪切梁，故在統計工程量時，總量是對的，但柱、梁、板的分項統計量有變化。若在Revit中修改剪切關系來解決，會造成圖紙虛線、實線的顯示錯誤，比如用梁剪切板后，梁與板交接的邊就由虛線變為實線；用柱剪切板后，后續模型修改中新增的柱默認還是柱剪切板，需要再次核實其剪切關系；梁剪切板后，其交線在三維透視的規則下就是實線，Revit能否方便地實現將此交線自動地顯示為虛線，尚需進一步研究。為了不影響已完成的圖紙，目前可考慮在統計工程量之前，用插件統一修改構件的剪切關系，將來則可考慮由Revit開發方增加選項設置默認的剪切關系，技經專業統計工程量的規則也可以作一些讓步。

BIM正向設計所形成的BIM模型是真實模型，有100%正確的幾何形體，可隨時向建筑和MEP專業提供結構模型，還讓結構專業進一步利用BIM模型變為可能[17]。

4 結論

本項目采用Revit以BIM正向設計的方式，完成了平、立、剖的布置設計，導入PKPM生成的柱、梁、板二維配筋圖，并在繪圖視圖中補充二維詳圖，完成結構施工圖。全過程均人工操作Revit和PKPM形成全套施工圖，未使用基于Revit的插件，也未使用AutoCAD軟件。可以得出如下結論：

1)Revit正向設計是可行的。直接采用Revit就能完成結構的布置設計，即各平、立、剖布置圖和樓梯外形圖。

2)在Revit中新建二維詳圖不夠簡便，應盡量避免在設計過程中新建節點詳圖。有必要在Revit中積累標準化和易于復用的二維詳圖，甚至形成通用節點詳圖。

3)有必要開發插件，讀取PKPM等分析軟件的配筋結果，在Revit中快速形成柱、梁、板等配筋圖。進一步的，將后處理模塊嵌入在Revit中，直接對接 Etabs、Sap2000、STAAD等沒有出圖模塊的分析軟件。

4)考慮到出圖的需要、以及設計過程中模型的反復修改，不建議修改Revit設計模型中梁、板、柱之間的默認剪切關系，此時統計出的材料總量是可用的。當需要分項統計材料時，可開發插件修改剪切關系后再提取工程量，但修改了剪切關系的模型不宜在Revit設計模型中保存。