建筑信息模型技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用探究

王本啟 簡(jiǎn)染豪 武延濤

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

建筑信息模型技術(shù)是信息化視域下衍生的主要工程技術(shù)之一，使用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行建筑工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)開發(fā)與設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑空間內(nèi)幾何信息的高精度描述，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑構(gòu)件性能及其在建筑結(jié)構(gòu)中位置的精準(zhǔn)概括。此項(xiàng)技術(shù)在建筑領(lǐng)域內(nèi)的盛行，使建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展與建設(shè)發(fā)生了革命性的變化，建筑設(shè)計(jì)作為建筑相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的重要分支，不僅需要具有外形藝術(shù)性的優(yōu)勢(shì)，還需要具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑設(shè)計(jì)作業(yè)的優(yōu)化，下述將結(jié)合建筑信息模型技術(shù)的合理性應(yīng)用，展開詳細(xì)的設(shè)計(jì)研究。

1 工程概況

為確保此次設(shè)計(jì)的方法可以滿足建筑行業(yè)發(fā)展的真實(shí)性需求，以某辦公樓建筑項(xiàng)目作為建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用的研究對(duì)象，對(duì)此建筑的設(shè)計(jì)概況進(jìn)行獲取。相關(guān)信息見表1。

表1 某辦公樓建筑設(shè)計(jì)概況

在此基礎(chǔ)上，對(duì)建筑工程項(xiàng)目所在地的人文環(huán)境進(jìn)行勘查。通過與工程方的交涉可知，該項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域具有光照條件較好的優(yōu)勢(shì)，但光照輻射性較強(qiáng)，全年日照統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)約為1250h～1600h；根據(jù)地區(qū)氣象臺(tái)反饋信息，該項(xiàng)目所在地的年均降雨量在750mm～1100mm范圍內(nèi)。此外，建筑周邊生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，具有水資源豐富、山體環(huán)繞等特點(diǎn)。掌握此工程項(xiàng)目的相關(guān)概況信息后，下文將結(jié)合建筑信息模型技術(shù)，展開詳細(xì)的設(shè)計(jì)研究。

2 建筑信息模型技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

2.1 基于建筑信息模型技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)模型建立

針對(duì)上述辦公樓建筑項(xiàng)目，為實(shí)現(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，引入建筑信息模型技術(shù)。首先完成對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型的建立。利用Revit軟件生成結(jié)構(gòu)幾何模型，并在生成過程中，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行自動(dòng)連接[1]。結(jié)合模型的創(chuàng)建，按照上述辦公樓建筑工程項(xiàng)目實(shí)際，以從低到高的順序逐層完成[2]。應(yīng)用建筑信息模型技術(shù)，對(duì)構(gòu)件族、類、圖元等屬性信息模型建立，在建模時(shí)，按照下述步驟進(jìn)行：

步驟一：在眾多結(jié)構(gòu)樣板文件當(dāng)中挑選符合本文所述辦公樓建筑工程項(xiàng)目的樣板文件；

步驟二：在Revit軟件當(dāng)中創(chuàng)建建筑專業(yè)BIM模型鏈接；

步驟三：創(chuàng)建軸網(wǎng)結(jié)構(gòu)及標(biāo)高；

步驟四：選擇符合建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的族樣板文件并制作相關(guān)構(gòu)件族；

步驟五：布置混凝土柱和梁結(jié)構(gòu)；

步驟六：創(chuàng)建混凝土樓結(jié)構(gòu)板；

步驟七：對(duì)模型檢查。

按照上述七個(gè)步驟完成對(duì)建筑信息模型的構(gòu)建后，通過調(diào)節(jié)視圖顯示樣式的方式，完成對(duì)模板圖的初步生成[3]。在Revit軟件當(dāng)中，紅色表示為梁結(jié)構(gòu)終點(diǎn)；綠色表示為梁結(jié)構(gòu)起點(diǎn)；橙色表示為整個(gè)梁結(jié)構(gòu)。在模型當(dāng)中，按照其默認(rèn)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定梁結(jié)構(gòu)頂面中心位置，在實(shí)際開展工程時(shí)可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況對(duì)其參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2.2 Revit中添加建筑結(jié)構(gòu)荷載

在完成對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型的建立后，為模型中的各個(gè)結(jié)構(gòu)賦予屬性，在各個(gè)分型模型當(dāng)中對(duì)相應(yīng)荷載進(jìn)行添加。添加過程中嚴(yán)格按照建筑結(jié)構(gòu)的荷載設(shè)計(jì)規(guī)范要求執(zhí)行[5]。在確定荷載類型時(shí)，結(jié)合Revit軟件中的屬性框，添加荷載的類型以及大小，并給出明確的荷載工況、定向、投影荷載、力、力矩等參數(shù)[6]。在Revit軟件當(dāng)中，根據(jù)本文所述辦公樓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，給出八種荷載工況，如表2所示。

表2 辦公樓建筑結(jié)構(gòu)八種荷載工況及定義

結(jié)合荷載設(shè)計(jì)規(guī)范，在添加荷載時(shí)確定荷載標(biāo)準(zhǔn)組合效應(yīng)設(shè)計(jì)值，可按照公式（1）計(jì)算得出：

式中Sd-為荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值；

SG-為按照永久荷載效應(yīng)數(shù)值；

SQ-為按照可變荷載效應(yīng)數(shù)值；

ψ-為可變荷載的組合值系數(shù)；

m-為可變荷載具體數(shù)值；

n-表示為永久荷載具體數(shù)值。

在添加荷載時(shí)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響時(shí)，可通過可變荷載效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制[7]。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值超過4kN/m2的辦公樓樓面結(jié)構(gòu)的活荷載，其可變荷載m的取值為1.23，其他情況下可變荷載m的取值為1.36。為了確保設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)具備更高的安全性，針對(duì)可能同時(shí)出現(xiàn)的各類荷載設(shè)計(jì)值進(jìn)行組合，利用Revit軟件當(dāng)中提供的可編輯荷載實(shí)現(xiàn)自由組合。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)施工圖紙繪制

添加建筑結(jié)構(gòu)的荷載后，在建筑信息模型技術(shù)的應(yīng)用下，完成對(duì)建筑結(jié)構(gòu)施工圖紙的繪制。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析軟件生成的鋼筋混凝土構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)，確定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)[8]。在對(duì)不同材料屬性的建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算時(shí)，默認(rèn)混凝土采用C30強(qiáng)度等級(jí)，將其強(qiáng)度特征設(shè)定為20.30，容重設(shè)置為24kN/m3，徐變系數(shù)設(shè)置為2。結(jié)合其他相似建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

結(jié)合平法在模型當(dāng)中完成對(duì)鋼筋信息的表達(dá)，在Revit軟件當(dāng)中，在進(jìn)行參數(shù)共享前，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)上完成對(duì)Revit_CHSRebar字體的安裝，利用其完成對(duì)平法圖中鋼筋符號(hào)的表示。不同規(guī)格鋼筋的輸入符號(hào)和輸出顯示不同按照“輸入符號(hào)+代表鋼筋+輸出顯示”的格式確定四種規(guī)格鋼筋：$+HPB235+Φ；%+HRB335+Γ；&+HRB400+Λ；#+HRB500+?。在Revit軟件當(dāng)中自行創(chuàng)建一個(gè)格式為.txt的文件，將設(shè)置好的共享參數(shù)復(fù)制到該文件當(dāng)中，再將文件格式改為.csv，以此確保文件能夠在Excel中打開，以此為用戶提供更直觀的建筑結(jié)構(gòu)參考。在繪制的建筑結(jié)構(gòu)施工圖像上，為實(shí)現(xiàn)對(duì)更多信息的展示，還可完成對(duì)標(biāo)注族的創(chuàng)建。

3 設(shè)計(jì)成果檢驗(yàn)

參照上文設(shè)計(jì)的方法，對(duì)所選的工程項(xiàng)目進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)建模。建模前，需要在計(jì)算機(jī)設(shè)備中，使用Revit軟件，創(chuàng)建一個(gè)建筑空間結(jié)構(gòu)文件。基于Revit軟件的創(chuàng)建類型界面見圖1。

圖1 基于Revit軟件的創(chuàng)建類型界面

根據(jù)設(shè)計(jì)中的實(shí)際需求，按照?qǐng)D2所示的流程，設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)建模流程。

圖2 建筑結(jié)構(gòu)建模流程

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在Revit軟件中導(dǎo)入建筑模型結(jié)構(gòu)相關(guān)信息，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)化的模型，利用建模工具具有的可視化優(yōu)勢(shì)，將模型以直接導(dǎo)入或鏈接的方式，與結(jié)構(gòu)項(xiàng)目進(jìn)行匹配。在此過程中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行鏈接設(shè)計(jì)的過程見圖3。

圖3 在Revit軟件中連接建筑模型類型操作界面

在此基礎(chǔ)上，新建一個(gè)工程項(xiàng)目樣本，建立一個(gè)與本文研究項(xiàng)目匹配的設(shè)計(jì)模板，將“項(xiàng)目傳遞標(biāo)準(zhǔn)”作為支撐，對(duì)設(shè)計(jì)的建筑項(xiàng)目在建模軟件中進(jìn)行傳遞。

盡管建筑空間結(jié)構(gòu)在Revit軟件中是以立體化方式呈現(xiàn)的，但結(jié)構(gòu)的整體布局仍需要在二維平面視圖界面中創(chuàng)建。在設(shè)計(jì)中，一旦其中一個(gè)平面視圖中的結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了變化，三維結(jié)構(gòu)視圖中的參數(shù)勢(shì)必也會(huì)發(fā)生變化。因此，要在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)不同構(gòu)件的可見性進(jìn)行調(diào)試，操作界面見圖4。

圖4 建筑不同構(gòu)件的可見性調(diào)試

在此基礎(chǔ)上，操作可視化編輯界面，生成針對(duì)此建筑的平面視圖布置模式，結(jié)合建筑類別，生成針對(duì)此建筑的三維空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，見圖5。

將建筑細(xì)部節(jié)點(diǎn)參數(shù)信息導(dǎo)入建筑三維空間結(jié)構(gòu)中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的精細(xì)化設(shè)計(jì)。為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的成果是否能夠滿足業(yè)主方需求，在設(shè)計(jì)建筑過程中，對(duì)多項(xiàng)評(píng)估設(shè)計(jì)過程的指標(biāo)信息進(jìn)行獲取，通過此種方式，分析本文此次研究方法的可行性。對(duì)本文方法的實(shí)用價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，見表3。

圖5 建筑三維空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖生成

表3 本文方法的實(shí)用價(jià)值評(píng)估結(jié)果

通過表3評(píng)價(jià)結(jié)果可知，本文方法可以在保證設(shè)計(jì)后各個(gè)結(jié)構(gòu)層出錯(cuò)構(gòu)件數(shù)量為“0”的條件下，縮短設(shè)計(jì)出圖的時(shí)長(zhǎng)、降低建筑設(shè)計(jì)成本與各個(gè)結(jié)構(gòu)層管線碰撞數(shù)量。通過此種方式，降低建筑設(shè)計(jì)變更的額外成本支出，總而言之，此方法在實(shí)際應(yīng)用中是十分可行的。

4 結(jié)語

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)，本文將在此次研究中，引進(jìn)BIM技術(shù)，利用此項(xiàng)技術(shù)，構(gòu)建建筑工程信息模型，利用BIM技術(shù)的可視化、參數(shù)化、協(xié)同化優(yōu)勢(shì)，合理布設(shè)建筑結(jié)構(gòu)與細(xì)部構(gòu)件。現(xiàn)如今，BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域內(nèi)正呈現(xiàn)一種蓬勃發(fā)展趨勢(shì)，相關(guān)此項(xiàng)技術(shù)的研究已經(jīng)滲透到建筑行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，并在實(shí)踐中逐步取得了相對(duì)優(yōu)異的成果。但對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，大部分施工方還沒有精準(zhǔn)把握建筑結(jié)構(gòu)精細(xì)化的設(shè)計(jì)方法，甚至?xí)捎谠O(shè)計(jì)施工方案不當(dāng)，出現(xiàn)設(shè)計(jì)成果無法達(dá)到預(yù)期效果的問題。因此，本文開展了此次研究，并結(jié)合實(shí)例證明了此方法的真實(shí)、可行。