裝配式PC構(gòu)件的BIM參數(shù)化族庫(kù)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

徐 曠 張桂雄 蔣陳兵

(廈門中建東北設(shè)計(jì)院有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

裝配式建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一直存在拆分圖紙量巨大的問(wèn)題。此外，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行拆分之后，碰撞檢查無(wú)法直觀準(zhǔn)確進(jìn)行。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，解決了碰撞檢查的問(wèn)題，但是建模的工作量之大令人望而卻步。利用BIM中族的制作，將各規(guī)范與圖集中的參數(shù)關(guān)聯(lián)通過(guò)公式寫入族中，形成可以快速生成構(gòu)件的族庫(kù)，可極大的提高裝配式構(gòu)件在BIM建模時(shí)的效率，并直接生成圖紙，指導(dǎo)工廠生產(chǎn)，從而大大提高裝配式PC構(gòu)件的深化圖紙?jiān)O(shè)計(jì)效率，和構(gòu)件生產(chǎn)的準(zhǔn)確率。

REVIT軟件的每個(gè)族文件包含一定的參數(shù)和信息，族參數(shù)的合理設(shè)定，可以高效地管理數(shù)據(jù)以及修改為不同參數(shù)的相似模型。在PC構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，常用的族包括預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制柱、預(yù)制樓梯等。本文重點(diǎn)剖析如何將PC構(gòu)件各規(guī)范圖集中的參數(shù)關(guān)聯(lián)寫入族中，以及形成的模型如何生成滿足生產(chǎn)的二維圖紙。

由于各地區(qū)政策及裝配式混凝土構(gòu)件生產(chǎn)廠家存在差異，裝配式PC構(gòu)件的設(shè)計(jì)方式也各不相同。但各PC構(gòu)件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)都有其依據(jù)的規(guī)范與圖集。本文著重介紹參數(shù)寫入的方法，為各種不同情況下的參數(shù)關(guān)聯(lián)寫入提供參考。

1 零件子族的建立

在使用REVIT創(chuàng)建族的過(guò)程中，大部分的族可以一次創(chuàng)建完成。但是涉及到復(fù)雜、參數(shù)多的族文件，往往會(huì)通過(guò)嵌套族的方式來(lái)減少單個(gè)族中的參數(shù)，從而更好地控制族進(jìn)行參數(shù)變化。

裝配式PC構(gòu)件族，無(wú)論從復(fù)雜程度和參數(shù)數(shù)量上，都不適合一次性創(chuàng)建完成，所以需要將構(gòu)件拆分，先建立各類型構(gòu)件中相對(duì)簡(jiǎn)單的零件，包括各種形狀的鋼筋、埋件等。

以疊合梁為例，基本的疊合梁需要用的零件，如圖1所示，包括混凝土部分、底部鋼筋、腰筋、箍筋、拉結(jié)筋、吊鉤等。預(yù)制柱與預(yù)制疊合板的零件如圖2～圖3所示。根據(jù)構(gòu)件的不同設(shè)計(jì)，零件參數(shù)及樣式可進(jìn)行相應(yīng)的修改。將這些零件建立參數(shù)化的子族備用，在制作疊合梁參數(shù)化族時(shí)，將各零件子族根據(jù)不同參數(shù)和定位嵌套進(jìn)最終的參數(shù)化族中，在制作構(gòu)件族時(shí)對(duì)嵌入零件族設(shè)定定位相關(guān)的參數(shù)，加上零件族制作時(shí)設(shè)置的相應(yīng)尺寸和信息參數(shù)，通過(guò)參數(shù)輸入，即可完成零件的準(zhǔn)確定義和放置。

圖3 裝配式疊合板拆分零件子族

2 族關(guān)聯(lián)參數(shù)的寫入

Revit中，公式支持基本運(yùn)算操作、三角函數(shù)運(yùn)算和條件語(yǔ)句的運(yùn)用?；具\(yùn)算操作包括加、減、乘、除、指數(shù)、對(duì)數(shù)、平方根、圓周率等等。而條件語(yǔ)句在參數(shù)化族的設(shè)計(jì)過(guò)程中非常有用，適用于參數(shù)不連續(xù)變化等情況[1]。

2.1 可變參數(shù)的定義與設(shè)定

在族的制作過(guò)程中，通過(guò)輔助線與三維實(shí)體的邊緣鎖定，再賦予輔助線尺寸定位，可以將構(gòu)件的各項(xiàng)尺寸參數(shù)進(jìn)行定義，如圖4所示。其中可變參數(shù)可直接定義，如梁高、梁寬等。這樣，在族的參數(shù)中根據(jù)受力計(jì)算的結(jié)果，輸入相應(yīng)的值，構(gòu)件相關(guān)三維模型的尺寸就會(huì)根據(jù)輸入的參數(shù)變化。

圖4 參數(shù)的定義與設(shè)定

2.2關(guān)聯(lián)參數(shù)的設(shè)置方法

(1)基本運(yùn)算操作關(guān)聯(lián)

比較簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)參數(shù)，可直接通過(guò)在族中設(shè)置基本的四則運(yùn)算關(guān)系進(jìn)行。例如在設(shè)置好梁高、現(xiàn)澆層厚度兩個(gè)可變參數(shù)后，疊合梁預(yù)制部分的高度可設(shè)置為=梁高-現(xiàn)澆層厚度，輸入梁高和現(xiàn)澆層厚度的參數(shù)后，可自動(dòng)生成相應(yīng)高度的預(yù)制部分混凝土。

通過(guò)繪制輔助線，定位該輔助線與梁邊距離等于保護(hù)層厚度，同時(shí)將箍筋構(gòu)件的邊緣鎖定于該輔助線上，四個(gè)方向同理設(shè)置，能準(zhǔn)確定位箍筋，并且箍筋的尺寸將隨著梁的高寬而改變，符合實(shí)際中箍筋跟隨梁高梁寬變化的情況。通過(guò)相同或類似方法，可將所有的箍筋、腰筋、埋件等構(gòu)件在疊合梁中進(jìn)行定位。

(2)通過(guò)設(shè)置中間參數(shù)運(yùn)算關(guān)聯(lián)

可以利用設(shè)置一些中間參數(shù)，來(lái)確定構(gòu)件的位置及數(shù)量。例如設(shè)置鋼筋間距參數(shù)，設(shè)置計(jì)算公式：X向鋼筋間距=(柱寬度-2×套筒邊距)/(X向鋼筋根數(shù)-1)來(lái)根據(jù)輸入的可變參數(shù)計(jì)算得到，然后通過(guò)鋼筋間距，定位角筋以外的直筋和套筒位置。

還可以利用一些中間參數(shù)協(xié)助不同情況下的參數(shù)關(guān)聯(lián)運(yùn)算。如圖5所示，通過(guò)設(shè)置抗震的“是/否”參數(shù)作為中間參數(shù)，再根據(jù)改參數(shù)計(jì)算不同情況下的彎鉤長(zhǎng)度。在勾起抗震選項(xiàng)后，彎鉤長(zhǎng)度根據(jù)規(guī)范中抗震要求生成；取消抗震選項(xiàng)后，彎鉤的長(zhǎng)度根據(jù)規(guī)范中非抗震的長(zhǎng)度要求生成。

圖5 設(shè)置中間參數(shù)協(xié)助參數(shù)計(jì)算

(3)通過(guò)條件語(yǔ)句公式完成非線性關(guān)聯(lián)參數(shù)

有些規(guī)范圖集中的參數(shù)關(guān)聯(lián)，并沒有直接的運(yùn)算規(guī)律。這時(shí)，可通過(guò)REVIT族計(jì)算公式中的相關(guān)函數(shù)來(lái)處理計(jì)算。如圖6中截取一組圖集中套筒的相關(guān)參數(shù)，其中參數(shù)與鋼筋直徑關(guān)聯(lián)但又不是簡(jiǎn)單運(yùn)算就可以完成。人們可以通過(guò)條件語(yǔ)句，判斷不同的鋼筋規(guī)格值賦予圖集中相應(yīng)參數(shù)，完成相應(yīng)的參數(shù)與可變參數(shù)的關(guān)聯(lián)。條件語(yǔ)句的基本格式為：if(<條件>,<條件為真時(shí)的結(jié)果1>,<條件為假時(shí)的結(jié)果2>[1]。

我們?cè)O(shè)置條件語(yǔ)句公式：套筒外徑=if(縱筋直徑<15 mm,38 mm,if(縱筋直徑<17 mm,42 mm,if(縱筋直徑<21 mm,45 mm,if(縱筋直徑<23 mm,51 mm,57 mm))))；相同的原理：套筒長(zhǎng)度=if(縱筋直徑<13 mm,250 mm,if(縱筋直徑<15 mm,280 mm,if(縱筋直徑<17 mm,310 mm,if(縱筋直徑<19 mm,350 mm,if(縱筋直徑<21 mm,370 mm,if(縱筋直徑<25 mm,410 mm,480 mm))))))；軟件通過(guò)條件語(yǔ)句對(duì)鋼筋直徑的數(shù)值進(jìn)行判斷，然后讀取對(duì)應(yīng)數(shù)值來(lái)生成套筒長(zhǎng)度的值、插入鋼筋長(zhǎng)度的值、套筒外徑的值等，并直接生成相應(yīng)尺寸的構(gòu)件模型，可以更高效準(zhǔn)確建立滿足圖集參數(shù)關(guān)聯(lián)的構(gòu)件族。

圖6 套筒規(guī)格參數(shù)表(截取部分)

3 族庫(kù)的形成與應(yīng)用

3.1 族庫(kù)的形成

通過(guò)上述族的參數(shù)設(shè)置與關(guān)聯(lián)方法，基本可以滿足所有裝配式PC構(gòu)件族中所需的參數(shù)寫入。根據(jù)不同廠家和各地方裝配式設(shè)計(jì)規(guī)范圖集，可以創(chuàng)建形成各裝配式PC構(gòu)件的通用族，如圖7所示。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，建立了裝配式疊合梁、裝配式預(yù)制柱、裝配式疊合板的通用基礎(chǔ)族。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)不同項(xiàng)目的實(shí)際情況以及不同生產(chǎn)廠家的差異，進(jìn)行針對(duì)性的修改，形成項(xiàng)目專屬的裝配式構(gòu)件通用族庫(kù)。例如在某項(xiàng)目中需要用到裝配式疊合板，但有多種情況，角部靠柱需要切角，板中需要預(yù)留洞口等，就可以根據(jù)需求，用基礎(chǔ)的疊合板族增加開洞的空心剪切，并對(duì)其剪切的長(zhǎng)寬及位置設(shè)置參數(shù)，形成需要開洞情況下可以通用的疊合板族。選取適合的通用族賦予計(jì)算后的參數(shù)，就形成了項(xiàng)目的構(gòu)件族庫(kù)。

圖7 裝配式疊合梁與裝配式預(yù)制柱通用族

在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)設(shè)計(jì)需求輸入不同的可變參數(shù)，形成整個(gè)項(xiàng)目的裝配式PC構(gòu)件族庫(kù)。例如裝配式疊合梁，根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料以及受力計(jì)算的結(jié)果，在通用的裝配式疊合梁族中輸入梁高、梁寬、梁長(zhǎng)、保護(hù)層厚度、材質(zhì)等可變參數(shù)?？梢宰詣?dòng)計(jì)算得出加密區(qū)長(zhǎng)度、加密區(qū)間距、箍筋長(zhǎng)寬、拉筋直徑和長(zhǎng)度等一系列關(guān)聯(lián)參數(shù)，并將各零件根據(jù)規(guī)范在相應(yīng)的位置上生成實(shí)體。對(duì)可變參數(shù)的修改，相關(guān)的參數(shù)及模型都會(huì)隨之更改形成新的構(gòu)件，如更改X向與Y向的鋼筋根數(shù)參數(shù)，相應(yīng)的套筒數(shù)量、鋼筋間距等參數(shù)及實(shí)體模型都隨之更改。可以利用該實(shí)體模型，進(jìn)行預(yù)組裝，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，及鋼筋交匯處進(jìn)行碰撞檢查。

建立族庫(kù)的主要目的，在于實(shí)現(xiàn)族的共享和高效利用，減低設(shè)計(jì)人員重復(fù)勞作，避免浪費(fèi)資源，提高設(shè)計(jì)效率。在裝配式構(gòu)件生產(chǎn)廠家不一，構(gòu)件類型多樣化的環(huán)境下，PC構(gòu)件族庫(kù)建設(shè)的作用不容小覷[2]。

3.2 裝配式構(gòu)件族模型出圖

BIM設(shè)計(jì)中導(dǎo)出二維圖紙平法表達(dá)的關(guān)鍵步驟，是通過(guò)插件和相關(guān)軟件，設(shè)置形成一個(gè)出圖樣板。將設(shè)計(jì)完成的相應(yīng)構(gòu)件導(dǎo)入至模板中，利用共享參數(shù)將標(biāo)注內(nèi)容與構(gòu)件族模型信息建立聯(lián)系，通過(guò)軟件定義相應(yīng)的標(biāo)記族進(jìn)行平法標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)標(biāo)注文本與PC構(gòu)件模型中的信息統(tǒng)一和聯(lián)動(dòng)[3]。

通過(guò)建立對(duì)應(yīng)的可見性及圖形，替換設(shè)置出圖線性線寬等，使裝配式PC構(gòu)件的三維模型在視圖中的二維顯示滿足出圖的要求，并將該視圖設(shè)置形成視圖樣板文件，如圖8所示。

圖8 完善相關(guān)設(shè)置形成樣板文件

利用REVIT軟件自帶的明細(xì)表功能，可以自動(dòng)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)鋼筋、埋件及混凝土用量等數(shù)據(jù)，并形成明細(xì)表，并為明細(xì)表配上相關(guān)簡(jiǎn)圖，放置到最終圖紙中，如圖9所示。

圖9 生成明細(xì)表并設(shè)置簡(jiǎn)圖

然后提取所需的視圖及標(biāo)注放置到圖紙中，形成滿足出圖要求的二維深化圖紙，如圖10～圖11所示。

圖10 裝配式預(yù)制柱模型生成二維深化圖

圖11 裝配式疊合梁模型生成二維深化圖

4 結(jié)論

總結(jié)和分析裝配式PC構(gòu)件族的參數(shù)化過(guò)程，利用軟件中的有效公式縮寫、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)語(yǔ)法、限制條件語(yǔ)句等編寫相關(guān)公式，以滿足其復(fù)雜的參數(shù)關(guān)聯(lián)。得到了一種將裝配式規(guī)范和圖集寫入REVIT族的方法，形成可以通過(guò)輸入可變參數(shù)快速生成相關(guān)構(gòu)件三維模型的族庫(kù)。將完成受力計(jì)算后得出的參數(shù)，以及結(jié)合設(shè)備專業(yè)預(yù)埋構(gòu)件定位的參數(shù)，輸入到合適的通用族后形成相應(yīng)設(shè)計(jì)編號(hào)的一個(gè)個(gè)構(gòu)件族，之后利用構(gòu)件三維模型在軟件中預(yù)組裝進(jìn)行碰撞檢查和輸出二維深化圖紙，可以極大的提高裝配式設(shè)計(jì)人員的出圖效率和準(zhǔn)確率。

目前，在瑞仕國(guó)際潛力少年綜合中心項(xiàng)目，裝配式疊合板族庫(kù)已投入到設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，使用了其中四種通用疊合板族，擴(kuò)展至200余種不同的疊合板構(gòu)件族形成項(xiàng)目構(gòu)件族庫(kù)，共計(jì)1484塊疊合板。按以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，原計(jì)劃投入3名設(shè)計(jì)人員，用時(shí)21個(gè)工作日，改用該族庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)后，實(shí)際投入2名設(shè)計(jì)人員，12個(gè)工作日完成。極大縮減了圖紙繪制和校對(duì)修改的工作量，使裝配式疊合板深化的設(shè)計(jì)效率提高了約60%。