基于BIM的鋼筋混凝土框架結構的虛擬現實表現

趙志平 賈俊禮 張現林

(河北工業職業技術學院，石家莊 050091)

1 引言

建筑結構施工圖平面整體設計方法(平法)對混凝土結構施工圖的傳統設計表達方法作了重大改革，它將結構構件的尺寸和配筋等，整體直接表達在各類構件在結構平面布置圖上，使用時需與標準構造詳圖配合。目前，G101－X、G901－X國家建筑標準設計已成系列。

平法的核心是表達鋼筋信息，平法改變了傳統的將各個構件逐個繪制詳圖的繁瑣方法，使單張圖紙的信息量高而集中，提高了設計效率。但平法施工圖表達不直觀，有歧義;鋼筋定位信息不全，不可以直接指導施工;必須借助第三方軟件才可以進行鋼筋、混凝土的算量。

鑒于此，我們利用先進的計算機技術，進行了三維建筑結構的數字化研究，以真實建筑結構為藍本，以數字化三維技術，構建了建筑信息模型，以三維形式展現了建筑結構細部真實的情況:用實體詳圖表達鋼筋，鋼筋尺寸和定位準確，鋼筋位置發生沖突時的避讓與實際情況完全一致;使隱蔽工程可視化，可身臨其境地感受建筑結構信息;可直接進行各類混凝土、任意等級、任意直徑鋼筋的算量，滿足工程需要。

2 基礎部分的實現

2．1 混凝土部分的實現

依據基礎結構施工圖紙，創建獨立基礎和雙柱普通獨立基礎的混凝土部分，在創建前需提前設置混凝土的屬性，包括強度等級、名稱、截面、位置、現澆還是預制、編號設置等。已創建完整的混凝土部分見圖1。

圖1 基礎混凝土部分的實現

2．2 鋼筋部分的實現

依據施工圖紙和國家建筑標準設計圖集06G101－6混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖(獨立基礎、條形基礎、樁基承臺)，創建基礎的鋼筋部分，鋼筋的配置要滿足結構設計和構造要求。在鋼筋的創建過程中，也需提前輸入鋼筋的系列參數，包括鋼筋的種類、直徑、名稱、分類等級(用于控制顯示和顏色等)、編號屬性等。

所有鋼筋的混凝土保護層厚度;縱向鋼筋(插筋)的布置與長度、錨固長度、彎鉤內直徑、連接接頭的相互錯開、鋼筋機械連接區段長度、位于同一連接區段內的縱向鋼筋接頭百分率、負筋的接長位置等等;箍筋在基礎內的設置包括數量、肢數;在柱內、梁內箍筋的加密區與非加密區布置;柱復合箍筋采用的大箍套小箍的組合方式、柱封閉箍筋彎鉤位置沿柱豎向按順時針方向(或逆時針方向)順序排布等等，凡是涉及鋼筋的任何細部構造要求，都務求做到與規范或國家標準圖集相一致，能全真模擬鋼筋混凝土框架結構的施工細節，以便自動算量時能得到所需材料的準確數據，所導出的下料清單能直接指導施工。

已經創建好的基礎鋼筋部分見圖2，該工程的實際施工現場見圖3。

3 主體部分的實現

3．1 總體實現

主體部分包括柱、梁、板、樓梯、雨棚等，依據工程圖紙和國家標準系列圖集G101－X、G901－X，創建其混凝土部分與鋼筋部分，見圖4和圖5。

3．2 細部處理

通過細部處理，可以利用計算機準確實現鋼筋的精準排布，做到與實際完全一致。以圖6為例，它顯示了一角柱附近的鋼筋布置的情況。圖6中某些混凝土已設置為透明，從中可看到柱子變截面的情況、縱筋的接長;梁鋼筋在柱內的錨固、梁負彎矩鋼筋(兩層)的截斷、梁箍筋及其加密區情況、梁側的抗扭鋼筋、拉結筋;次梁與框架梁節點處的縱筋錨固(非抗震)、吊筋、附加箍筋;板的扣筋、分布鋼筋等等。柱子鋼筋的局部放大圖見圖7，從圖中可看到復合箍筋各彎鉤位置的相互錯開、柱箍筋的加密區與非加密區情況。

4 自動算量的實現

數字化的建筑結構就是一個強大的數據庫，它包含所有項目中需要的數據。而平、立、剖、鋼筋的下料單等視圖只是模型的副產品，是各種數據的組織。模型中所有的設計數據與信息都是相互關聯與依賴的，改變模型中的一個參數，所有與其相關的內容都會發生相應地改變。我們可以輕易導出需要的任何材料用量的清單，這些清單都是軟件自動導出的。能提供海量數據:可以是基礎、第一層、第二層……所需不同規格混凝土的清單，不同直徑、不同強度等級鋼筋的清單，去除耗損，這是建筑施工材料用量的最精準數據。

5 結論

只有回歸三維，才能使我們的設計達到盡善盡美。在我們的BIM研究中，我們惟妙惟肖地創建了鋼筋混凝土結構。

1)實現了平面施工圖紙回歸三維實體表達，用實體詳圖表達鋼筋，鋼筋尺寸和定位準確，可以直接指導施工;可以對復雜鋼筋節點進行鋼筋碰撞校對;可以直接進行混凝土、鋼筋算量，方便快捷。

2)隱蔽工程可見化。真實的鋼筋混凝土建筑，混凝土一旦澆筑，鋼筋的信息即成為隱蔽的。但我們可通過更改建筑信息模型中混凝土的透明度設置，使埋入其中的鋼筋顯露出來，在可見的情形下，任意更改、瀏覽鋼筋的設計信息。

3)虛擬現實超越現實。數字化建筑結構，還具有可操作性，可以任意旋轉、平移、設置剪切面，這遠比圖片和視頻形象、生動，我們可以虛擬深入鋼筋籠、鋼筋網內，查看每根鋼筋的細部及與相鄰鋼筋的排布關系，因此，這種數字化建筑結構特別適于施工中的技術交底和土木類院校對廣大學生進行建筑結構、構造知識的教學。

［1］GB 50010—2002，混凝土結構設計規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2002．

［2］國家建筑標準設計系列圖集G101－X．北京:中國計劃出版社．

［3］國家建筑標準設計圖集08G101－11G101．北京:中國計劃出版社，2008．

［4］國家建筑標準設計系列圖集G901－X．北京:中國計劃出版社．

［5］陳青來．鋼筋混凝土結構平法設計與施工規則．中國建筑工業出版社，2007．

［6］趙志平，常建立，尹素花．碳纖維復合材加固T梁的三維設計．工程三維模型與虛擬現實表現——第二屆工程建設計算機應用創新論壇論文集，2009．

［7］趙志平．鋼筋混凝土梁抗彎性能的數值模擬［J］．力學與實踐，2007，(3)．

［8］龍輝元．結構施工圖平法與BIM［J］．土木建筑工程信息技術，2011，3(1):26-30．