正向設(shè)計BIM模型鋼筋信息快速提取與傳遞的研究

林冠宏，唐 萍

（1．廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007；2．南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

0 引言

BIM模型是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，而模型承載著各種數(shù)據(jù)貫穿了項目的整個生命周期。模型數(shù)據(jù)信息的傳遞是BIM理念在項目整個壽命期最核心的價值。在項目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過各種BIM軟件提取、導(dǎo)入、更新和修改工程模型信息來完成各自的交互作業(yè)，才能實現(xiàn)BIM真正意義上的數(shù)據(jù)信息傳遞。但在模型整合的時候，不同的軟件或者不同系列的軟件之間的交互并沒有那么順利，尤其是指定給各個圖元的數(shù)據(jù)信息，軟件環(huán)境的改變可能會導(dǎo)致這些數(shù)據(jù)丟失或者進行錯誤的識別。BIM軟件互操作性是衡量數(shù)據(jù)信息能否在軟件間進行完整傳遞的標準，BIM軟件間進行數(shù)據(jù)信息的交互和共享時需要相互協(xié)同配合，但由于不同的BIM軟件采用不同的數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)致各個軟件間的數(shù)據(jù)傳遞會存在信息丟失的現(xiàn)象[1]。從BIM軟件間的數(shù)據(jù)傳遞方式研究，主要有利用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換完成信息傳遞和通過插件進行信息傳遞兩種方式[1]。利用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換完成信息傳遞是指通過轉(zhuǎn)換模型的儲存格式進行軟件間信息數(shù)據(jù)的互通，在一定范圍內(nèi)完成軟件間信息的傳遞與共享，但在過程中仍存在數(shù)據(jù)信息丟失的問題，無法真正實現(xiàn)BIM全生命周期的信息管理。通過插件進行信息傳遞是指針對軟件自身的特點開發(fā)相對應(yīng)的插件，進行軟件間的信息互導(dǎo)或提取傳遞，由于針對性強，完成度一般都是非常高的。本文利用插件Dynamo進行研究提取傳遞鋼筋數(shù)據(jù)信息，并將相應(yīng)信息匹配到晨曦Revit-BIM鋼筋算量軟件中，可以顯著提升在Revit中計算鋼筋工程量的效率。

1 正向設(shè)計BIM模型配筋信息提取

在Revit中按照圖紙上的平法標注輸入鋼筋信息計算統(tǒng)計鋼筋量的模式有諸多優(yōu)點，不但符合傳統(tǒng)鋼筋建模的習(xí)慣，而且可利用現(xiàn)成的土建模型，不需要重新輸入構(gòu)件尺寸信息，同時方便查看和修改三維實體鋼筋。但是，輸入鋼筋信息的過程是煩瑣且耗時的，故提取正向設(shè)計BIM模型的配筋信息是非常必要的。隨著BIM正向設(shè)計的逐步實現(xiàn)，為開展基于BIM模型的深入應(yīng)用創(chuàng)造了更好的條件，特別是YJK等結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件開發(fā)的Revit數(shù)據(jù)插件，對外開放數(shù)據(jù)庫并支持模型導(dǎo)入Revit，實現(xiàn)了YJK模型和Revit模型數(shù)據(jù)雙向互通，通過內(nèi)置的與結(jié)構(gòu)計算模型截面一致的Revit參數(shù)族，接口在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時自動匹配族類型， 智能處理連接關(guān)系[2]，在Revit Structure 2012版本就能夠通過YJK結(jié)構(gòu)分析模型建立Revit模型，為在Revit中計算混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋工程量并實現(xiàn)更多應(yīng)用提供了更多途徑。Dynamo是基于Revit的參數(shù)化設(shè)計的輔助工具，可以實現(xiàn)Revit自身無法實現(xiàn)的功能，用于定義關(guān)系和創(chuàng)建算法，可以在3D空間中生成幾何圖形和處理數(shù)據(jù)[3]。基于YJK對外開放數(shù)據(jù)庫和支持結(jié)構(gòu)分析模型導(dǎo)入Revit的特點，將 YJK-Revit 結(jié)構(gòu)模型的鋼筋信息傳遞到二次開發(fā)軟件進行鋼筋工程量的計算，既可避免人工輸入鋼筋信息的煩瑣過程，又可利用專業(yè)算量軟件的精準計算功能。

1.1 配筋信息提取傳遞流程

晨曦 Revit-BIM 鋼筋算量插件是基于已有 Revit 模型，先構(gòu)件映射[4]，再錄入鋼筋信息，才能計算鋼筋量。手動錄入鋼筋信息需要大量時間，而在正向設(shè)計中，Revit 模型出的結(jié)構(gòu)施工圖有完整的配筋信息，如能將圖紙配筋信息自動匹配到算量模型中即可大幅提高計算鋼筋工程量的效率。因此，本文通過 YJK 結(jié)構(gòu)計算軟件得到的 wpj 文件，扣入 Revit 為底圖，人為進行歸并，并把編號輸入到具體柱和梁構(gòu)件中，過程中利用 Revit 明細表功能進行輔助處理，配筋信息提取傳遞處理具體流程如圖1所示。

圖1 配筋信息提取傳遞處理流程

1.2 通過 Dynamo 獲取 Revit 圖元

根據(jù)模型結(jié)構(gòu)的不同，主要有按類別獲取、按族類型獲取和按族實例獲取3種獲取方式。按類別獲取時，先在Dynamo 找到 Categories 節(jié)點，比如想獲取 Revit 中所有的墻，那么就通過下拉框找到墻類別，然后通過 All Elements of Category 節(jié)點找到所有的墻圖元，這些圖元獲取到之后需要使用 Element．Geometry 節(jié)點將它們轉(zhuǎn)化成可以在Dynamo 中顯示的幾何形體并對其進行操作。

通過族類型獲取 Revit 的圖元時，首先需要確認所要查找的圖元的類別，比如以結(jié)構(gòu)柱為例，要獲取結(jié)構(gòu)柱的某個族類型的所有圖元，那就需要 Structural Column Types 節(jié)點，在下拉框中選擇對應(yīng)的族類型。然后使用 All Elements of Family Type 節(jié)點獲取相應(yīng)的圖元。

按族實例獲取則是直接在 Revit 模型界面中點選或框選族實例來完成模型獲取，可以選擇到特定的、多種類型的實例。經(jīng)過封裝的元素都繼承自Revit Elements命名空間中的Revit Elements Element類的實例，可以引用 Revit API中低層元素的公共屬性Internal Element。此外，Dynamo還提供了一個函數(shù)Unwrap Element（element）用來接受傳遞進來的元素。如果傳遞的不是元素，則不會有任何修改。

1.3 將構(gòu)件信息導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中

在做標準化時，將YJK-Revit 結(jié)構(gòu)模型配筋信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。按前述方法獲取 Revit 圖元后，創(chuàng)建 Mysql 文件傳遞到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中進行讀取配筋信息，編程連接數(shù)據(jù)庫并將數(shù)據(jù)流傳入得到前端代碼，具體編程如下：

完成上述兩個程序后，便可以將數(shù)據(jù)提取進行利用，但是前端 datagrid 可能會出現(xiàn)空行或者空列，因此需要設(shè)置一下參數(shù) dataGridView1．AllowUserToAddRows = false；將值改為false即可。

2 將配筋信息傳遞匹配到晨曦Revit-BIM鋼筋算量插件

2.1 Auto Lisp編程處理歸并配筋信息

Revit環(huán)境下處理歸并配筋信息需先處理構(gòu)件的特殊屬性，首先為柱、梁和板構(gòu)件標高，將抗震等級、混凝土強度等級等信息綜合考慮。在進行歸并工作時，按全樓歸并考慮，不按分層單獨歸并，先對截面及標高范圍等幾何方面的因素進行分類，如柱則用KZ數(shù)字表示，再根據(jù)計算結(jié)果對第一次的歸并結(jié)果繼續(xù)分類，附加代碼為字母。完成分類后通過計算軟件得到wpj文件，扣入Revit底圖，人為進行歸并，把編號輸入到具體柱、梁和板構(gòu)件中，并注意在讀取配筋文件過程中，需把對應(yīng)結(jié)構(gòu)柱、梁和板的ID號也讀出來，再將Dynamo和Revit進行交互，利用Auto Lisp編程處理歸并配筋信息到excel表格中[5]。

2.2 配筋信息匹配到算量模型并匯總計算

在晨曦Revit-BIM鋼筋算量插件中對模型完成樓層設(shè)置等工程設(shè)置，并檢查構(gòu)件分類確保將實體模型與算量模型進行關(guān)聯(lián)后再進行鋼筋定義，定義時即可將提取的信息按照圖紙和平法規(guī)范輸入匹配到算量模型相應(yīng)信息位置，以柱為例，既可以按“全部縱筋+箍筋”的形式定義，也可以按“角筋+側(cè)筋+箍筋”的形式定義，這與傳統(tǒng)算量平臺的輸入習(xí)慣完全一致。另外，板的配筋方式也與傳統(tǒng)平臺類似，在板構(gòu)件定義部分只能設(shè)置板厚、混凝土標號等，而板受力筋要單獨布置，這一點與傳統(tǒng)平臺操作方式一致，檢查確認全部配筋信息輸入完整后匯總計算后生成報表。

3 工程應(yīng)用并對比分析鋼筋量

3.1 工程概況

某公司辦公大樓工程位于南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)，地上3層，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，框架和剪力墻震等級分別為三級和二級，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年。工程包含獨立基礎(chǔ)、有梁式筏板基礎(chǔ)、剪力墻、框架柱（矩形、圓形、“L”形）、端柱、暗柱、框架梁、弧形梁、折梁和現(xiàn)澆板等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，涉及各種常見鋼筋類型。

3.2 鋼筋量對比分析

在晨曦Revit-BIM鋼筋算量插件中將辦公大樓的模型依次按照“模型導(dǎo)入→樓層設(shè)置→構(gòu)件分類比重設(shè)置→基本錨固設(shè)置→連接設(shè)置→保護層厚度設(shè)置→定尺長度設(shè)置→彎鉤長度設(shè)置→其他計算設(shè)置→節(jié)點設(shè)置”的順序流程完成基本設(shè)置后，在進行鋼筋定義時，即可將YJK模型帶過來的鋼筋信息按文中闡述的方法按平法規(guī)范傳遞輸入到算量模型相應(yīng)的信息框中，檢查核對并進行鋼筋布置后，匯總計算可查看構(gòu)件的鋼筋量。為驗證準確性，在廣聯(lián)達BIM土建計量平臺（GTJ2021）重新建模算量，分類對比兩種軟件算的鋼筋量。

3.2.1 基礎(chǔ)鋼筋量對比分析

將基礎(chǔ)的主要構(gòu)件的鋼筋量進行對比分析，兩種軟件算獨立基礎(chǔ)、筏板馬凳筋的鋼筋量是相等的，基礎(chǔ)梁的量差也很小，而筏板基礎(chǔ)主筋的量差為1．82%，在可接受偏差范圍內(nèi)（表1）。

表1 基礎(chǔ)構(gòu)件鋼筋量對比

3.2.2 剪力墻、柱的鋼筋量對比分析

將剪力墻和柱的鋼筋量進行對比分析可知，剪力墻的量差略大，主要是因為兩種軟件在墻身插筋錨固設(shè)置不同引起的。框架柱和墻柱的截面形狀雖然是不規(guī)則的，并且箍筋類型多變，但是對比發(fā)現(xiàn)量差很小，均小于1．0%，在可接受偏差范圍內(nèi)（表2）。

表2 剪力墻、柱的鋼筋量對比

3.2.3 梁、板的鋼筋量對比分析

將梁、連梁、過梁和板的鋼筋量進行對比發(fā)現(xiàn)，由于在晨曦Revit-BIM算量插件中可以從正向設(shè)計BIM模型提取和傳遞過來梁的原位標注，因此相比在廣聯(lián)達BIM算量軟件中重新輸入更為高效。而梁、板的鋼筋主要為平面方向布置，所以計算精確度較高，量差均小于1．0%，在可接受偏差范圍內(nèi)（表3）。

表3 梁、板的鋼筋量對比

將表1至表3的計算結(jié)果匯總，廣聯(lián)達BIM算的鋼筋總量為161 697．795 kg，晨曦Revit-BIM算的鋼筋總量為 162 467．662 kg，相差 769．867 kg，量差率僅為0．476%，在允許偏差范圍內(nèi)。綜上所述，本文對于正向設(shè)計BIM模型鋼筋信息的提取和傳遞所采用的方法的準確率是比較高的。

4 結(jié)語

BIM技術(shù)落地應(yīng)用過程中，為滿足項目各參與方提出的多樣化需求和愿景，會嘗試采用不同軟件商開發(fā)的BIM軟件，因此經(jīng)常需要在不同的BIM軟件之間進行數(shù)據(jù)交互傳遞。模型數(shù)據(jù)信息在不同軟件之間交互傳遞，基本條件是需要支持共有的格式，關(guān)鍵在于避免數(shù)據(jù)丟失與錯誤，確保交互傳遞過程中數(shù)據(jù)的完整性和準確性。文中通過利用可視化編程工具Dynamo編程提取正向設(shè)計BIM模型的鋼筋信息，建立數(shù)據(jù)庫與BIM模型中的信息相關(guān)聯(lián)，在Revit中實現(xiàn)可視化提取建筑信息并具備生成鋼筋信息表的功能，再借助YJK-Revit軟件開放的API接口將數(shù)據(jù)傳遞，匹配到晨曦Revit-BIM鋼筋算量插件的鋼筋信息輸入框，實現(xiàn)在Revit軟件中快速計算基礎(chǔ)、柱、梁、板的鋼筋工程量，對工程前期測算鋼筋成本或編制概算有較大的幫助。該方法略有不足的是不能快速提取傳遞非常規(guī)鋼筋，如洞口加強筋、加腋鋼筋等，只有手動建模并輸入信息才能計算其鋼筋量，課題組將會進一步研究解決該問題。