市政裝配式結構BIM 智能審查關鍵技術研究

季鑫宇

（重慶市設計院有限公司，重慶 400015）

引言

近些年，我國預制裝配式事業步入快速發展時期，從城市橋梁、立交向城市隧道、軌道交通、綜合管廊等專業拓展，從裝配式構造物的部分或上部結構向裝配式構造物的全部或上、下部結構發展[1]。

BIM 技術在裝配式結構建設過程中占據著重要地位[2]，本文選取“BIM”“建筑信息模型”“裝配式”“工業化”等關鍵詞為主題在中國知網中進行檢索、梳理，共檢索出中英文5 812篇，其中市政領域只有38篇左右，如圖1 所示。通過文獻調研與分析可以得出，BIM 技術在裝配式技術中的應用與研究很廣泛，但是在市政領域中的研究相對匱乏。

為促進市政工程的智能化發展與數字化轉型，我國多地（包括上海、深圳、廣州及雄安新區等）出臺了BIM 智能審查相關文件，以及推出了BIM 智能審查系統平臺。目前，湖南、深圳、廈門、廣州、南京等多個省市開展了BIM 智能審查相關工作。自2021 年3月1 日起，南京市新建工程中推廣應用南京市在工程建設項目BIM 智能審查系統，進行BIM 規劃報建、施工圖報審和竣工驗收管理[3]。近年來，BIM 模型的智能化、自動化審查成為了行業關注的熱點，也是多個地方行政管理機構進行試點研究的熱門領域。

本文選取“BIM”“建筑信息模型”“設計審查”“自動審查”“智能審查”等關鍵詞為主題，在中國知網檢索出中英文文獻107 篇，其中80%的研究成果發表于近5 年，成果總量如圖2 所示。

圖2 “BIM 審查”文獻分析

基于文獻調研與分析，結合實際應用情況得出：BIM 智能化、自動化審查的研究與應用越來越受關注，是工程項目規劃報建、施工圖報審、竣工驗收等數字化轉型的重要抓手。由于市政工程項目專業分項多、空間結構復雜、橫斷面形式多樣等特點，BIM 智能化、自動化審查方面的研究應用比較匱乏，并且模型的完整性及有效性是自動設計審查的基礎[4]，因此本文主要研究市政裝配式結構的BIM 模型完整性智能審查，以期能夠填補該方面研究的空白，為后續其他研究提供參考。

1 標準化構件族

裝配式結構設計時會使用標準化、模塊化的方式，契合BIM 技術中的參數化設計、“族”、“族庫”的概念。在裝配式項目中，預制構件的數量繁多，且同類型構件的形式統一，參數化模型顯得尤為重要[5]。BIM 模型中“族”、“族庫”的概念比較契合裝配式結構模塊化設計的理念，不同的預制構件通過參數化建模形成族，不同的構件族形成標準化族庫。

1.1 建模原則

標準化構件族創建需要滿足以下幾個原則：

（1）標準構件族的建立需要滿足不同要求，例如《中國市政行業BIM 實施指南》等國家標準規范對模型精度等級的要求，以及項目所在地發布的BIM 相關標準、規范；

（2）標準構件族需要根據《建筑信息模型分類和編碼標準》[6]等國家、地方分類編碼標準以及行業、企業內的工程系統分解結構編碼（EBS）標準[7]等對構件進行拆分建模，并對每個構件賦予分類編碼，以便于項目的精細管理、工程量統計等，以及為后續的BIM 智能審查提供支撐；

（3）標準構件族需要根據模型單元分類體系、模型參數分類體系[8]等原則進行參數化建模，對每個構件的尺寸參數進行約束，以便于進行標準化、模塊化的設計。

1.2 建模流程

標準化構件族建模流程如下：

（1）公制輪廓族創建。利用Revit 中的公制輪廓族，創建箱梁輪廓，對常用的控制參數標注尺寸，并添加約束和參數標簽，使其能夠通過改變尺寸參數驅使截面輪廓進行聯動變化[9]，如圖3（a）～（b)所示；同樣的方法創建剪力鍵輪廓、錨固橫梁輪廓和轉向塊輪廓等，完成參數化輪廓族的建立；

圖3 箱梁輪廓族

（2）標準化構件創建。在Revit 公制框架模型——梁和支撐族、公制常規模型族等族樣板中分別載入之前創建好的參數化輪廓族，并利用族編輯器里拉伸、放樣、放樣融合等命令生成標準構件族；除此之外，需要在族里面創建共享參數，并將其與輪廓族參數相關聯，實現參數化驅動標準構件族；

楊武亮等[15]以半楓荷根的醇提物為研究試劑，采用熱板法、毛細血管通透性法及大鼠足趾腫脹法開展實驗，研究其鎮痛及抗炎作用，發現半楓荷根的醇提物只具有輕度鎮痛作用，但具有明顯的對抗由醋酸所致的毛細血管通透性增高的作用以及顯著對抗由蛋清所致的腳腫，說明半楓荷醇提取物同時具有很好的抗炎功效。

（3）構件拼裝。將剪力鍵族載入到箱梁族中，并添加定位參數，約束定位尺寸，以及將相關參數與共享參數相關聯，實現參數化控制，完成標準段創建，如圖4 所示；

圖4 箱梁跨中標準段標準構件族

（4）標準化構件族庫創建。通過以上介紹的創建方法，建立錨固橫梁節段、漸變節段、轉向塊節段等標準構件族，完成標準構件族庫的建立，為后續模塊化設計提供有力支撐，如圖5 所示；

圖5 標準化構件族庫

（5）整體模型拼裝。通過調用標準構件族庫中的構件族，在Revit 項目文件中按照設計目標調節參數，并利用陣列、編組等方式實現不同跨徑、不同模數的整體模型拼裝，如圖6 所示。

圖6 全橋整體模型

2 模型編碼標準

模型編碼是為了標識模型構件對象而創建出來的一組有規則的并易于計算機識別的符號[10]。模型編碼應當遵循唯一性、合理性、擴充性、簡明性、適應性和規范性原則[11]。模型編碼主要是為了儲存模型構件最基本的信息，模型編碼需要在創建標準化構件族時寫入到模型構件中儲存，以便于在整體模型拼裝中使不同構件都有唯一的標識。

目前，市政行業還沒有統一的編碼標準，需要參考國際上通用的ISO 12006-2 框架、OmniClass 標準、Uniclass 標準、國標《建筑信息模型和分類編碼標準》（GB/T51269-2017）以及上海市地方標準《市政道路橋梁信息模型應用標準》（“DG ∕TJ 08-2204-2016）等。根據以上標準，本文提出一種適用于市政裝配式結構的編碼標準結構，如圖7 所示。

圖7 模型編碼結構

該編碼結構由三部分組成，每部分編碼之間用“+”連接，符號“/”連接同一層級中并列的編碼，分類編碼中用“_”連接表代碼和分類對象編碼，編碼中各大小層級用“.”連接。空間編碼由數字和字母組合組成，主要用于表征項目名稱、專業代碼、位置等項目空間信息。分類編碼采用層次碼的編碼規則進行編寫，與國標《建筑信息模型和分類編碼標準》（GB/T51269-2017）相一致。順序碼由一串數字組成，主要用于相同構件編號使其具有唯一編碼，裝配式結構中相同構件的數量眾多，順序碼就顯得很有必要。

3 BIM 智能審查

標準化構件族庫創建和模型編碼標準是為了給BIM 智能審查提供支撐。模型編碼會直接在標準化構件族中添加，避免相同構件重復編碼造成的工作量增大、編碼錯誤與遺漏等問題。最終利用標準化構件族和模型編碼標準實現智能化審查BIM 模型。

3.1 BIM 智能審查技術路線

參考分析《重慶市市政工程施工圖設計文件技術審查要點（2022 年版）》的要求，截取部分審查要點，如表1 所示。

表1 BIM 審查要點（橋梁）

BIM 智能審查路線以表1 第13 條為例說明：“13.支座系統、支座墊石是否表達”，支座系統分類編碼參考《市政道路橋梁信息模型應用標準》為“14-02.10.09.12.00”[12]，通過編程遍歷BIM 模型中是否含有該編碼的構件，如果有則表明符合審查要點，如果沒有則報錯提醒該模型深度不符要求，建議人工復核。BIM 智能審查系統中將所有條文以編碼的形式存儲，形成審查要點數據庫，從而實現BIM 智能審查，BIM智能審查技術路線如圖8 所示。

3.2 智能審查插件開發

智能審查插件是基于Autodesk Revit 軟件，利用開發工具Microsoft Visual Studio 開發。在Visual Studio 中引用接口裝配文件RevitAPI.dll 和RevitAPIUI.dll，并添加相應的數據庫命名空間，如Autodesk.Revit.UI;Autodesk.Revit.DB;Autodesk.Revit.ApplicationServices 等。

引用完數據庫命名空間后，利用RevitAPI 中的FilteredElementCollector 元素收集器獲取模型中的所有構件元素，接著利用DataTable 函數獲取審查要點數據庫中的數據，然后利用foreach 函數遍歷已收集構件元素獲取名稱為“模型編碼”的編碼數據，再利用if 函數將該編碼數據與獲取的審查要點數據進行逐條比對，最后根據比對數據輸出審查結果，若模型中有構件未表達則輸出警告提醒“該模型未表達某構件。”，反之則不輸出警告提醒，部分主要代碼如圖9 所示。

圖9 部分主要代碼

圖中語句描述了智能審查插件的主要開發思路，后續開發中可以增加審查條文選擇、模型審查專業選擇等功能，以及規范完善審查條文數據庫等，以此將其封裝成一個完善的BIM 模型智能審查軟件。

4 應用案例

本文介紹的BIM 智能審查應用案例為某橋梁工程，橋梁跨徑35m，頂板寬度9m，底板寬度6m，高度1.8m。

本文結合重慶市市政工程施工圖設計文件技術審查要點（2022 年版）》的要求和《市政道路橋梁信息模型應用標準》，創建了BIM 審查條文編碼數據庫，如表2 所示。

表2 BIM 審查條文編碼（ 部分示例）

為了完成BIM 智能審查的驗證，本文在BIM 模型中未放置支座墊石以進行錯誤設置，如圖10 所示。

圖10 BIM 審查模型

選取需要審查的BIM 模型，運行該插件將模型與BIM 審查要點數據庫進行比對，運行完成后智能審查插件提醒該模型未放置14-02.10.09.12.00 支座墊石，不符合模型深度審查要求，如圖11 所示。

圖11 BIM 智能審查結果提醒

該BIM 智能審查插件除了能在裝配式結構中應用，本文還介紹了其在全橋非裝配式結構中的應用。該案例為非裝配式全橋BIM 模型，含有上部結構、下部結構、附屬設施、橋臺和交通等構件，如圖12 所示。

圖12 橋梁BIM 模型

由于該案例不是裝配式結構，且橋梁中心線為曲線，利用標準化參數化族庫建立全橋模型有一定難度，因此模型編碼不能直接從族庫中獲取，需要逐個構件在模型屬性中手動添加模型編碼。為了對BIM 智能審查的驗證，該模型設置了兩處錯誤，將欄桿與伸縮縫構件移除。Revit 中選取該模型，添加審查要點，運行該插件，運行后該插件輸出警告“該模型未表達14_02.10.09.06.00 欄桿；該模型未表達14_02.10.09.09.00 伸縮縫”，如圖13 所示。

圖13 橋梁BIM 智能審查結果提醒

由于裝配式結構具有標準化、模塊化等特點，在BIM 模型中便于進行標準化參數化建模及對各構件賦予模型編碼，為BIM 智能審查提供了有力支撐。市政工程中其他專業或其他非標準結構，存在空間結構復雜、異形曲面等特點，不便于進行標準化參數化建模，對各構件元素進行編碼存在工作量大、易出錯等問題，因此該智能審查插件審查后，可針對重要構件元素進行人工復核。

因此，通過標準化建模以及正確的模型編碼，該智能審查插件基本能夠完成重慶市BIM 審查要點的審查內容。但是，條文中類似“地形、周邊重要建（構）筑物等重要因素是否表達”的語句，由于對地形等元素不便于在Revit 中編碼，需要進行人工復核。

5 總結

BIM 智能審查是設計審查數字化轉型的重要手段，能夠提高設計審查的效率與準確率，具有較大的價值。本文利用市政裝配式結構標準化、模塊化等特點，研究市政工程的BIM 智能審查，得出如下結論：

（1）標準化構件族的參數化建模契合裝配式結構標準化、模塊化設計的理念，BIM 技術與裝配式市政工程具有高度的互補融合性，兩者相輔相成；

（2）模型編碼標準是裝配式結構精細管理的需要，同樣也是實現BIM 智能審查的重要基礎條件；

（3）根據重慶市市政工程信息模型的審查要點，說明了BIM 智能審查的技術流程，開發了BIM 智能審查插件，能夠完成BIM 模型細度、構件完整性的審查；

（4）繼續研究BIM 模型的一致性、合規性等審查。