基于BIM的裝配整體式混凝土梁的拆分研究

馮 青 陸小龍 汪德江 李 珂

(1.上海大學土木工程系,上海 200072;2.國網上海市電力公司經濟技術研究院,上海 200122)

基于BIM的裝配整體式混凝土梁的拆分研究

馮 青1陸小龍2汪德江1李 珂1

(1.上海大學土木工程系,上海 200072;2.國網上海市電力公司經濟技術研究院,上海 200122)

針對裝配整體式建筑深化設計工作量較大的問題，本文采用BIM二次開發技術，提出了基于BIM技術梁的拆分系統的架構，通過讀取裝配整體式混凝土建筑的BIM模型，依據梁柱的各種交匯情況，分別建立與選擇與結構相對應的節點族，從而獲得預制梁的長度、規格與節點的型式與尺寸，實現了裝配整體式建筑中混凝土梁的自動拆分功能。

建筑信息模型； 裝配式建筑； 構件拆分

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.15

引言

裝配整體式混凝土建筑為解決當前人工成本過高以及建筑施工造成的污染問題，提供了一種可行的解決方法。裝配整體式混凝土建筑與現澆建筑相比，具有以下特點：施工進度快，施工現場勞動力減少，現場用料少，濕作業少，有利于環境保護，模板工程用量大幅度減少，外飾面與外墻板可同時在工廠完成，現場可以一步達到粗裝修水平，節省水電消耗從而達到節能減排的效果[1]。

在我國上世紀80 年代，預制混凝土結構因施工速度快，得到廣泛應用。但20世紀90 年代以后，由于當時的技術水平限制，預制裝配結構與現澆結構相比，存在著抗震性能弱以及因加工精度低而造成的建筑質量差等問題。隨著商品混凝土技術的廣泛應用，預制結構逐漸退出市場[2]。

隨著社會發展的需要與技術的創新，預制混凝土加工精度與質量得到提高，裝配整體式結構的施工技術已解決以往預制結構所存在的問題。采用裝配整體式結構的條件、技術均已成熟，而且裝配整體式結構的特點也切合當前的社會發展需要，因此裝配整體式結構當前得到各級政府的大力推廣。

裝配整體式建筑與現澆式建筑不同。

在施工圖完成后，需要對施工圖紙進行深化設計，即對其中的預制柱、梁、樓板、墻板等進行拆分，拆分完成后，才能進行工廠的預制構件生產。但由于建筑體型復雜，構件的長度、型號種類較多，如果依靠手工劃分，則其工作量是非常大的。

使用計算機來完成預制構件的自動劃分，無疑將解決該問題。但是，計算機劃分預制構件，必須將該建筑的三維信息、構件特性等完整輸入計算機。傳統的CAD技術僅僅是圖形，無法得到完整的構件信息。而BIM技術的最大特征，就是建筑信息的三維數字化，為計算機處理建筑模型提供了數字化的基礎，這就為計算機對預制建筑構件的劃分提供了可能。

Rafael Sacks于2005年，提出了三維模型應用與PC建筑的模式，指出三維模型應用于預制裝配式建筑，相比于現澆建筑，由于預制構件的特殊性，易于使用BIM進行管理，且BIM模型更易用于預制裝配式建筑中[3]。李浩等于2011年針對預制構件的深化設計中綜合管線排布問題，提出了比較合理的疊合板的拆分原則[4]。張德海等于2014年提出了適用于裝配式建筑的基于BIM的模塊化設計方法，以期將原施工圖設計與拆分深化設計進行合并，優化設計流程[5]。

2 拆分系統的架構

采用BIM二次開發技術實現預制梁的拆分，首先需建立裝配整體式該建筑的BIM模型，然后采用二次開發技術讀取BIM模型中的數據。同時依據預先建立的各種梁柱節點的BIM模型族，依據每個節點的連接情況，選擇不同的節點族。在BIM模型中獲得梁的種類與坐標，在節點族依據節點狀況設定族參數，即可進行預制梁的拆分，其系統架構見圖1。

圖1 基于BIM的預制梁的拆分系統的架構

3 梁的建模與信息的讀取

實現梁的自動拆分，首先需要保證梁的BIM模型符合統一標準，方可使用BIM二次開發技術，讀取梁的信息，包含位置、尺寸、混凝土編號、鋼筋種類與數量等。

(1)BIM中模型的建模標準

要實現BIM信息的讀取，則必須保證模型有足夠的精度，且梁的模型均需符合統一的命名標準與參數標準。BIM的模型精細程度有LOD 100、200、300、400、500五個等級，用于預制梁的構件劃分的BIM模型應達到LOD 300層次，即達到傳統的施工圖程度。對于構件的命名應具有統一的命名標準，且命名標準應符合工程習慣。不同人員的BIM建模，其所采用的Revit族可能是不同的，易于造成混淆。因此，必須對BIM的精細程度與標準進行統一的規定。只有BIM模型符合制定的標準，方可實現后續的預制梁的自動劃分功能。

(2)BIM中梁的信息讀取

本文的BIM建模采用Autodesk Revit 2014軟件，在該軟件中，實現了混凝土梁的參數化。同時，該軟件還提供了強大的二次開發接口，即Revit API。使用Revit API作為接口模塊，編程軟件使用Visual Studio 2010，編程語言采用C#，可以實現深化設計所需的各種參數的讀取。

在梁的Revit API中，主要的參數為梁的型號、尺寸、位置等信息。其中，梁的型號可由梁模型中的族類型(FamilySymbol)中讀取，而梁的標高則可以由參數Host讀取，見圖2。

圖2 Revit中梁的內部參數

梁的位置與長度信息，在Revit API中是由一根基準線(Line)定義的。因此，可以通過讀取該線的起點與終點坐標，即讀取Start Point和End Point的三維坐標點獲得，見圖3。在Revit API中，其程序內部單位是英制單位，而國內的單位均為公制單位，因此需要在本部分識別程序中，將BIM模型的所有英制轉換為公制單位。

圖3 梁的基線的起始與終點坐標參數

4 梁拆分的實現方法

因建筑形態復雜，所以裝配整體式梁的連接節點種類較多。為解決該問題，可將當前常用的連接方式在Revit中定義為族，并對該族實現參數化。在拆分時，通過選擇不同的族，實現不同的梁的連接節點。裝配式梁柱節點的BIM模型示例見圖4。

圖4 裝配整體式梁柱節點BIM模型

每種節點族可定義與梁的拆分相關的參數，表征該節點在梁的方向上距離軸線的長度。然后編程讀取梁的三維坐標，計算梁的長度。則可依據各種節點族的特點，獲得該族的節點長度，則總的梁的長度與節點族長度相減，即為預制梁的長度。同時，鋼筋也可依據節點族的型式，獲得節點處與梁相關的鋼筋長度，并依據梁鋼筋的搭接型式，計算梁內的鋼筋長度。

在該部分編程中，首先需考慮梁的方向性問題，即梁可能沿X軸方向，也可能沿Y軸方向，也可能為斜向布置的。因此程序需依據梁的三維坐標，判斷梁的方向，從而選擇不同的節點族。對于斜向布置的梁，則需在在節點族中添加角度參數，依據梁的角度定義該節點族的角度參數的值。

其次，因梁柱節點處可能有多根梁交匯，可以依據梁的交匯情況定義不同的節點族，并在各個族

中，使用族參數演化生成符合不同交匯形式的族類型，從而減少族類型的類別，并降低編程的復雜性。

在單根梁劃分完成后，考慮相鄰梁的劃分方向、同一節點構件劃分的相互關系，處理該層所有梁的協調關系，完成整層的梁劃分。最終逐層進行劃分，完成整個建筑的梁的劃分。

5 結論

本文提出了通過讀取建筑的BIM模型信息，進行裝配整體式混凝土梁自動拆分的方法。通過讀取BIM模型中的梁的類別、位置、三維坐標等信息，自動選擇不同種類的梁柱節點的BIM模型族，實現了裝配整體式混凝土梁的自動拆分功能，為裝配整體式建筑的深化設計提供了可行的快速實現方法。

[1]王長虹，楊興富.節能-結構一體化產業化住宅研究[J]，施工技術， 2011, 345(40): 52-55.

[2]栗新. 工業化預制裝配式(PC)住宅建筑的設計研究與應用[J].建筑施工， 2008, 30(3): 201-202.

[3]R.Sacks，C.M.Eastman.A Target Benchmark of the Impact of Three-Dimensional Parametric Modeling in Precast Construction[J].PCI journal：Prestressed Concrete Institute Journal[J].2005(4)： 126-139.

[4]李浩， 李永敢.工業化住宅預制構件深化設計流程及要點分析[J].施工技術.2011(10)： 111-114.

[5]張德海， 陳娜，韓進宇.基于BIM的模塊化設計方法在裝配式建筑中的應用[J].土木建筑工程信息技術， 2014(6)： 81-85.

Study on the Split of the Assembly Integral Concrete Beam based on BIM

Feng Qing1, Lu Xiaolong2, Wang Dejiang1, Li Ke1

(1.TheCivilEngineeringDepartmentofShanghaiUniversity,Shanghai200072，China；2.EconomicandTechnicalResearchInstituteoftheStatenetworkShanghaiElectricPowerCompany,Shanghai200122,China)

Aiming at the problem of increasing workload of the assembly integral construction design, this paper adopts BIM two development technology and puts forward the structure of the split system based on BIM technology. Through the BIM model of prefabricated concrete buildings, respectively establish corresponding node group selection and structure, according to the beam column intersection, in order to obtain the type and size of length, node specifications and precast beam． Finally, the automatic split function of the concrete beam in the whole building is realized.

Building Information Model; Assembly Building; Structural Member Split

馮青(1982- )，女，碩士研究生。主要研究方向：BIM。

TU17

A

1674-7461(2016)05-0083-03