基于BIM鋼筋三維模型的傳統鋼筋混凝土結構教改研究

胡佳星 王世龍 蔣治虹 湯 利 曾金嬋

（湖南科技學院土木與環境工程學院 湖南·永州 425199）

0 引言

鋼筋混凝土結構具有強度高、防火性能好、整體性能突出等優點，已成熟應用于房屋建筑梁、柱、板等受力結構當中。近年來，隨著裝配式建筑的快速興起與發展，傳統現澆鋼筋混凝土結構逐漸被預制鋼筋混凝土構件所替代，而BIM作為一項新興的技術，在預制鋼筋混凝土構件提高了設計和制作的效率和件質量，降低了項目成本[1-5]。在鋼筋混凝土結構的教學當中，教師普遍以鋼筋混凝土結構理論知識為主，CAD工具為輔，通過繪制平面圖的方式來指導房屋建筑和結構施工，用以滿足學生對未來工作中基本繪圖技能的需求。傳統教學模式，一方面學生需要較好的 CAD識圖能力和想象能力才能得到鋼筋布置三維圖示；另一方面傳統教學模式較難的激發學生對鋼筋混凝土本構關系探索的興趣。綜上，BIM技術有助于學生能更好學習鋼筋混凝土施工具體流程和配筋空間圖，對基于BIM技術鋼筋混凝土結構教學改革的研究是勢在必行的。

1 BIM對傳統CAD教學模式沖擊

BIM（Building Information Modeling）作為一種新興的多維度模擬信息集成技術，普遍應用于房屋建筑中對整體房屋建模與裝配式預制構件的設計、制作環節。近年BIM技術應用較成熟、普遍，使得掌握BIM技術已成為土木工程專業畢業生必不可少的專業技能之一。CAD作為一種傳統的繪圖工具，利用點、線、面的搭配組合出傳統的施工圖紙，在對傳統圖紙的繪制以及對圖紙賦予參數化功能上，相對于BIM技術又能夠極大的滿足工程方的要求，被廣泛應用于各類項目中的繪圖設計環節。BIM 技術擁有可視化，協調性和可塑造性等優點，能較好彌補了CAD分析三維模型方面的缺陷。

圖1為參數化混凝土結構模型（未配筋）及其可變參數化標簽（長、寬、高）；在工程項目中，對不同位置的標準矩體結構的長、寬、高要求并不一樣，如果進行傳統CAD繪圖，需要進行多次長、寬、高等參數的改動，但在BIM軟件中，僅需要在第一次建模當中賦予可變參數的標簽，便可輕易在原有模型實現參數變更，提高了建模繪圖的效率。圖2為 CAD鋼筋混凝土結構平面圖紙，展示了傳統的CAD圖紙在構件參數上較BIM模型更加精細、直觀，在操作水平上也僅需要較低的專業繪圖水平。此外，在完成配筋的混凝土結構當中，當混凝土結構參數改變時，鋼筋的數量，長度等參數也會隨之改變。從參數化方面來看，CAD圖紙所反映的數據，雖然BIM更加精細和嚴謹，但并不能夠讓專業知識水平較低的非專業人員看懂，而BIM模型所具有的數據可視化不僅很直觀的反映了鋼筋混凝土構件所包含的數據，還能更好的滿足建筑結構多樣化的未來趨勢。

圖1：BIM模型

圖2：鋼筋混凝土構件BIM模塊

2 BIM與CAD繪制鋼筋的應用對比

在土木工程專業圖紙設計、繪制過程中，BIM與CAD軟件在理論知識和應用上存在著明顯的差異。

（1）CAD作為一項傳統的繪圖軟件，如圖2a）、b）所示，CAD圖紙能夠直觀的、詳細的向專業人員展示鋼筋混凝土構件的所有參數信息。而圖2a）、b）為BIM導出的圖紙中，僅僅是模型的360°視圖展示，其所表達的參數數據并不詳細，需要打開模型進行相對應的構件參數表格進行查找，而且大部分施工人員并不能直接的獲取BIM模型圖紙，使得施工人員并不能更快、更好的掌握構件中鋼筋的詳細數據。

（2）CAD作為一項基于二維模型的繪圖軟件，改動數據需要重新在原有圖紙上進行修改，混凝土結構尺寸設計編號必然會影響鋼筋的布置，而BIM模型（圖2 c）中所包含的數據簡單易懂，且全部整合到了一個界面，僅需要在相對應表格中輸入改選的數據，模型便會自動修改。BIM賦予模型可變化參數后，僅需要輸入數據，鋼筋的相對應參數也會進行自我修正，極大的提高了修改圖紙的效率。

（3）在實際的應用層次當中，BIM與CAD在方案設計、圖紙繪制、模型創建時，需要不同專業人員的技術操作。傳統的CAD圖紙仍是施工人員了解詳細構件的主要途徑，而BIM作為一項建模技術，主要目的在于讓初學者有效直觀的了解到模型的結構形狀的同時，激發對鋼筋混凝土建模的學習興趣。盡管CAD繪制圖紙的難度門檻較BIM更低，但其參數化分析以及參數化賦予方面仍不及BIM技術的方便和徹底。

3 Revit創建鋼筋模型思路及案例

3.1 Revit創建鋼筋模型的思路

基于土木工程專業在第一學年完成了 Auto-CAD的學習，本課程采用同一公司的Revit軟件。建鋼筋模型思維流程見圖3。

圖3：思維流程圖

如圖3所示，首先創建混凝土構件的族文件，賦予并鎖定相對應參數環節最為重要，可變參數一旦鎖定并命名后，即可實現在項目當中隨意更改構件模型。其次，在第三步中放置好的鋼筋也會隨著構件參數的更改而更改，最后，學生對自己建好的參數化鋼筋混凝土構件進行參數化更改的檢驗，對于初學者來說，參數的賦予最容易出錯，應加強學生對該方面的練習，更好的掌握這一重點。

3.2 Revit創建鋼筋模型的案例

以土木工程專業10余人教學為例，授課以5人為一組。在前部分課程當中，在講述怎樣看懂鋼筋混凝土圖紙的同時抽出部分時間學習BIM Revit建模操作步驟，經過幾節課后，將現有圖紙分發給各小組，布置根據上圖思維流程圖制作鋼筋混凝土構件模型的任務，所建模型如下：

圖4展示了學生在老師指導后，對現有圖紙的鋼筋混凝土結構的建模，經過教師的檢驗，以上展示模型，所配鋼筋均可隨著混凝土構件參數的變更而變更，實現了參數化鋼筋混凝土模型的構建。

圖4：學生鋼筋混凝土模型

4 結論

在未來裝配式混凝土建筑興起和政府大力推廣的背景下，預制鋼筋混凝土構件會越來越普遍，尤其在BIM技術的參數化處理、數據分析等功能的不斷完善下，將使得預制鋼筋混凝土構件的設計和制作等流程更加的便捷。同時一項新技術的推廣，必然帶來更多的挑戰，所以必須要對新技術進行深度學習和改革。本文基于BIM技術對鋼筋混凝土結構教學的改革，讓學生更好的投入到鋼筋混凝土結構的學習當中，使學生不局限于CAD圖紙與課本知識，能夠更好的應用到實際的建模應用當中。