基于BIM和PDST的快速配筋技術(shù)應(yīng)用

李金云 何 博 徐麗豪

(北京科技大學(xué)天津?qū)W院土木工程系， 天津 301830)

傳統(tǒng)的設(shè)計模式是首先進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后再完成建筑設(shè)計。在確定結(jié)構(gòu)體系并完成結(jié)構(gòu)選型后，依據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖來完成結(jié)構(gòu)模塊的布置；通過結(jié)構(gòu)分析軟件建立模型分析，對模型的整體結(jié)構(gòu)進行安全性計算、空間受力分析以及結(jié)構(gòu)變形分析；然后運用二維表達方法將設(shè)計要求表現(xiàn)在平面施工圖中。整個過程相對比較獨立[1-2]。BIM技術(shù)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)做法的信息孤島問題，有效地將結(jié)構(gòu)設(shè)計和建筑設(shè)計緊密結(jié)合，并且能夠使各方設(shè)計信息實時共享。在運用BIM技術(shù)進行相關(guān)設(shè)計時，設(shè)計師不需要重復(fù)建立模型，也無需擔(dān)心BIM模型會因結(jié)構(gòu)分析的變化而產(chǎn)生偏差，它會隨之同步更新，從而極大地提高模型的利用率，且還能根據(jù)建筑的相關(guān)信息快速生成施工圖。

1 BIM基于PDST快速配筋的技術(shù)運用

BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，對于鋼筋的表達是建立在三維空間的基礎(chǔ)上的。其通過配筋數(shù)據(jù)和三維鋼筋模型建立的聯(lián)動性實現(xiàn)鋼筋的智能化表達[2]。將鋼筋的三維立體模型展現(xiàn)給參與者，同時使得設(shè)計者在三維立體結(jié)構(gòu)中進行設(shè)計，能夠充分發(fā)揮設(shè)計能力。BIM技術(shù)智能化、參數(shù)化以及三維可視化的特性能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動性修改，提前發(fā)現(xiàn)錯誤，在很大程度上減少因設(shè)計失誤導(dǎo)致的返工次數(shù)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計效率。建立鋼筋三維模型的同時，軟件能智能化生成鋼筋信息數(shù)據(jù)明細表，實現(xiàn)了在設(shè)計過程中對工程造價的控制。

1.1 配筋方式

在Revit建模軟件中提供了直接配筋方式。此方法配筋效率較低?？梢酝ㄟ^安裝PDST(structure draft in plant design)、速博等相關(guān)插件進行快速配筋。在此主要介紹PDST智能化配筋，其精度和效率高。

1.2 PDST快速配筋

PDST是基于結(jié)構(gòu)三維模型的鋼混結(jié)構(gòu)自動配筋出圖系統(tǒng)。它能夠讀取和分析多種結(jié)構(gòu)計算軟件的輸出結(jié)果，并將其附加到結(jié)構(gòu)建模軟件中的結(jié)構(gòu)三維模型上，并隨時依據(jù)三維模型生成平面施工圖。

PDST的優(yōu)點體現(xiàn)在4個方面：

(1) 操作簡單。PDST提供的功能操作簡單明了，可根據(jù)設(shè)計要求對相關(guān)構(gòu)件進行批量化配筋。一般，應(yīng)用其他軟件配筋時操作復(fù)雜，效率低下。

(2) 模塊化設(shè)計易擴展和維護。PDST采用插件模式的模塊化軟件設(shè)計，擴張支持結(jié)構(gòu)計算軟件只需要增加相應(yīng)的插件；PDST目前可以直接嵌入 Revit，后續(xù)開發(fā)將支持嵌入AutoCAD、PDMS等，其操作可以不受軟件平臺限制。

(3) 界面美觀，表達靈活。PDST采用最新的WPF技術(shù)構(gòu)建交互界面，界面美觀風(fēng)格統(tǒng)一。同一個PDST鋼筋屬性對話框卻可以為梁、柱、板分別展示不同的圖形化屬性界面，在其他軟件中很難實現(xiàn)如此功能。

(4) PDST的目標(biāo)多樣化。能減少維護結(jié)構(gòu)模型與計算模型同步成本；能提供計算模型與結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換；能自動將分析計算結(jié)果附加到結(jié)構(gòu)模型上；能減少三維模型多專業(yè)間的溝通成本；能提供管理系統(tǒng)協(xié)助專業(yè)間的無紙化溝通；能提高結(jié)構(gòu)專業(yè)的效率；能根據(jù)三維模型隨時抽圖、統(tǒng)計用量，能實時、自動規(guī)范校核和審查。

1.3 PDST配筋步驟

1.3.1 創(chuàng)建鋼筋相關(guān)注釋族

(1) 運用智能化進行鋼筋字體符號的創(chuàng)建。目前國內(nèi)鋼筋型號有HPB300、HRB335、HRB400、HRB500，其各自對應(yīng)的符號分別為Φ、%、&、&R。由于Revit Structure依據(jù)國外規(guī)范擬定的鋼筋符號，因此首先要對軟件中的注釋字體進行創(chuàng)建。在后期的設(shè)計繪圖階段，可按照表1實現(xiàn)鋼筋符號與鍵盤符號之間的切換。

表1 熱軋鋼筋型號及符號輸入輸出對照表

注：fy— 普通鋼筋抗拉強度設(shè)計值；fy′ — 普通鋼筋抗壓強度設(shè)計值。

(2) 創(chuàng)建標(biāo)注族。根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求對柱標(biāo)注族文件進行創(chuàng)建。將創(chuàng)建完成的族文件載入至項目中，完成柱結(jié)構(gòu)施工圖的標(biāo)注。

1.3.2 PDST模型導(dǎo)入

支持SAP2000、PKPM 模型向RVT模型的轉(zhuǎn)換。單擊PDST菜單欄模型導(dǎo)入命令，彈出結(jié)構(gòu)模型的導(dǎo)入對話框，選擇對應(yīng)的結(jié)構(gòu)。常用YJK、PKPM、SAP2000等結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入相關(guān)數(shù)據(jù)模型。其主要特點有自動樓板合并， 自動桿件合并，自動生成和匹配RVT 截面族，自動樓板、梁面對齊，能迅速完成模型轉(zhuǎn)換。

1.3.3 結(jié)構(gòu)自動配筋

在自動讀取計算結(jié)果后，軟件能自動多跨桿件識別、配筋并附加到Revit 結(jié)構(gòu)三維模型上。在Revit 三維模型上維護好配筋信息后能隨時生成梁、柱、樓板施工圖。

該步驟的主要特點：能直接在三維模型上查看和維護配筋，能夠快速自動生成施工圖；能進行鋼筋的文字及尺寸的批量化定位標(biāo)注，能智能化添加圖框，提供 DWG、RVT格式的自動出圖；可通過PDST在Revit中查看、維護構(gòu)件的配筋信息。

2 工程實例分析

天津財經(jīng)大學(xué)珠江學(xué)院校園總建筑面積24 132 m2，建筑物耐火等級為二級，抗震設(shè)防裂度為七級，屬于5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為獨立基礎(chǔ)形式。該棟建筑主要用于教學(xué)辦公，其包含了1個圓形報告廳和1個藏書室。鋼筋混凝土構(gòu)件的一般規(guī)定包括縱筋保護層厚度和混凝土構(gòu)件強度等級。

2.1 梁、柱配筋

若梁在柱的全長上搭接，繪制構(gòu)件時需要注意繪制的先后順序，一定要在柱繪制完成并添加鋼筋后才能繪制梁。如果在柱添加鋼筋之前就繪制相交梁，用PDST配筋時系統(tǒng)會自動識別該柱底部到柱與梁相交處，這意味著柱與梁相交處以上部分的柱沒有實現(xiàn)鋼筋的配置。因此在梁柱配筋時一定要嚴格按照順序進行，以減少后期的修改量。

從PKPM中導(dǎo)入已經(jīng)建立好的相關(guān)結(jié)構(gòu)模型到Revit中。單擊PDST菜單欄“配筋選項”命令，彈出配筋出圖選項對話框。

項目參數(shù)從結(jié)構(gòu)分析軟件讀取導(dǎo)入。配筋選項關(guān)于梁、板、柱、墻的選筋方案設(shè)置關(guān)系著PDST軟件自動配筋的結(jié)果。根據(jù)規(guī)范和項目要求對本項目的梁、板、墻的配筋選項進行相應(yīng)的設(shè)置。設(shè)置界面如圖1所示。

圖1 配筋選項出圖對話框

2.2 鋼筋明細表的建立

工程項目中普遍存在鋼筋數(shù)量大、規(guī)格型號多的問題，然而運用Revit中PDST插件繪制完成的鋼筋，可以創(chuàng)建鋼筋明細表，自動分類統(tǒng)計鋼筋的數(shù)量、規(guī)格、型號甚至包括其材質(zhì)、長度、鋼筋面積等，極大地體現(xiàn)出明細表的高度智能化，方便材料部門統(tǒng)計和預(yù)算部門的成本控制。后期對明細表作變更調(diào)整時，無需一一修改，軟件即可自動變更升級，有效地縮短了設(shè)計周期，避免了不必要的返工。鋼筋明細表中的鋼筋信息可與結(jié)構(gòu)模型中的鋼筋實現(xiàn)關(guān)聯(lián)性修改[3]。

2.3 快速鋼筋配筋技巧總結(jié)

由于Revit軟件內(nèi)存大于普通軟件，且設(shè)計繪制的模型一般是工程量較大的項目。如鋼筋的實體建模，其鋼筋數(shù)量多，型號復(fù)雜。在建模時要有效組織[4]，才能達到快速建模的目的。因此該軟件對電腦的配置有較高的要求。

為盡量降低鋼筋模型對電腦配置的要求，同時提高建模效率與軟件的運行速度[5]，依據(jù)建模相關(guān)經(jīng)驗，提供5點技巧：

(1) 充分利用過濾器功能。由于工程信息量龐大，在建模過程中可以通過過濾器只顯示相關(guān)構(gòu)件，提高軟件操作速度。

(2) 盡量避免使用渲染功能。將模型進行渲染后會使電腦運行速度變慢。

(3) 善于利用視圖工具。盡可能地在線框模式下進行繪制，僅在模型完成時，才顯示出真實模型。

(4) 在建模時盡量減少使用成組命令，只有在確定后期項目不需要進行修改時才進行成組操作。

(5) 模型中各構(gòu)件的命名要按照命名規(guī)范進行，可以有效地對構(gòu)件進行過濾。

3 結(jié) 語

應(yīng)用PDST插件對構(gòu)件進行配筋，實現(xiàn)了對鋼筋的智能化設(shè)計，降低了鋼筋數(shù)據(jù)失誤的概率。利用BIM技術(shù)能有效提高工程項目的設(shè)計效率和質(zhì)量，并將設(shè)計過程中各階段的參與人員和相關(guān)信息緊密聯(lián)系，縮短了設(shè)計周期，避免了部分復(fù)雜節(jié)點由于沒有模型而產(chǎn)生的設(shè)計錯誤和返工。

[1] 姜宏國，孫澄. 基于Revit的BIM技術(shù)課程探討[C]∥ 全國高校建筑學(xué)學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)工作委員會.建筑設(shè)計信息流 —— 2011年全國高等學(xué)校建筑院系建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)研討會論文集.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2011:172-175.

[2] 程韻琛. BIM技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].吉林：長春工程學(xué)院，2016:12.

[3] 袁明偉.基于BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究[D].錦州:遼寧工業(yè)大學(xué)，2017:3.

[4] 毛路，榮慕寧，姜義. Revit在建立建筑信息模型中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù),2012,43(11)：1009-1011.

[5] 徐迪,潘東嬰,謝步瀛.基于BIM的結(jié)構(gòu)平面簡圖三維重建[J].結(jié)構(gòu)工程師,2011(5):17-21.