基于Revit的鋼筋混凝土結構設計軟件應用與比較

嚴 旭 周 進2 蔣貴豐

(1.中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，成都 610021； 2.長沙恩為軟件有限公司，長沙 410010)

1 引言

作為一種先進的數字化設計技術，BIM是建筑行業繼“甩圖板”后的設計技術手段革命[1]，必將影響整個建筑產業鏈，并運用到建筑的全生命周期中。與傳統的二維圖紙不同，BIM 可以說是[三維]、[四維](空間+時間)甚至更多[維度]的設計，可以構建三維模型，同時加入時間、成本的維度，這對于業主、設計方和施工方來講，都將發揮重大的作用[2]。BIM技術在設計三維可視化、建造虛擬化、成本透明化、質量可追溯化、成果精細化、綜合協調優化等方面優勢顯著，極大提升工程決策、規劃、設計、施工和運營的管理及信息化水平。

Autodesk Revit是我國建筑業體系中使用最廣泛的軟件，采用了全三維的模型表述，可以使用戶更加直觀準確地觀察結構的細部特征，為準確地判斷結構設計的準確性提供了數據基礎。同時又可以高效地結合三維模型和二維平面，利用共享屬性信息實現二維標注的關聯，實現了模型平面、立面、剖面的信息高效聯動，減少了工程師大量的重復勞動，提高了工作的效率和準確性。與AutoCAD一樣，使用Revit進行結構設計，離不開第三方插件的支撐。

為提高結構BIM設計的效率，國外多家公司開發了Revit與結構分析軟件的接口，例如Autodesk開發的Revit與Robot的雙向接口，CSI的CSiXRevit實現了Revit與Etabs/SAP2000的雙向連接，SI的Xchange實現了Revit與STAAD.Pro的雙向接口。國內許多學者對BIM模型和結構分析軟件的數據轉換進行了深入的研究[3-12]，探索和實踐BIM設計和出圖[13-16]，軟件商也開發了PKPM、YJK、MIDAS、STAAD、Etabs、SAP2000等各個結構軟件的接口軟件，主要實現了各結構分析軟件傳遞到Revit中。解決了數據交換的問題后，如何進一步實現快速BIM出圖成為了國內結構軟件商關注的首要問題。

文獻[17]對“BIM設計”的定義為：運用 BIM 建模軟件或 BIM 專業應用軟件，構建符合《建筑信息模型應用統一標準》規定的建筑、結構及機電設施/系統三維信息化模型，且可自動/半自動生成及導出符合《建筑工程設計文件編制深度規定》要求的傳統二維工程設計圖。在Revit平臺上能實現結構專業“BIM設計”的輔助設計軟件，目前只有盈建科、探索者、長沙恩為、廣廈結構。對這4家公司所開發的Revit的輔助設計插件進行使用與比較，并簡要介紹目前國內其它相關軟件公司的情況，供結構BIM設計工程師作為選擇和使用的參考。

2 盈建科軟件

盈建科軟件公司成立于2010年，開發了著名的YJK結構分析軟件，是PKPM的直接競爭對手。為了解決結構設計信息在 Revit 中傳遞的技術瓶頸，實現 YJK 結構模型信息和Revit模型信息的實時共享，實現結構專業的BIM設計，盈建科推出了基于 Revit的結構設計軟件REVIT-YJKS，包括3個模塊：建模助手、結構模型、施工圖，實現了模型幾何定位、結構計算信息、鋼筋信息、施工圖繪制以及三維實體鋼筋等信息在Revit 軟件和結構計算軟件之間的傳遞，其核心模塊是“結構模型”和“施工圖”。

REVIT-YJK的結構模型(圖1)，實現了YJK結構模型和Revit三維模型的互導，實現了YJK基礎模型單向導入到Revit當中，提供了模型更新功能，還提供了族庫管理、平面標注、計算信息導入、施工模擬等和結構信息相關的內容。

REVIT-YJK的施工圖模塊(圖2)，實現了墻、梁、板、柱的多種畫法的平法圖，并且提供了改筋、鋼筋統計、三維鋼筋等功能。

3 探索者軟件

探索者軟件公司成立于1999年，長期致力于AutoCAD平臺結構專業輔助設計工具的開發，其產品TSSD等被國內為數眾多的設計院所采用。在一些公司的招聘條件中，甚至要求工程師能熟練使用探索者，其實力可見一斑。

探索者于2008年開始介入Revit平臺開發，于2016年形成全專業BIM設計的技術路線(圖3)，目前主要基于結構專業進行開發。其核心模塊為數據中心，該模塊實現了與計算軟件、與多個BIM平臺之間的雙向互導及增量更新。在完成自動出圖的基礎上，還配套有真實鋼筋、三維節點等深入應用插件，具體為混凝土施工圖、鋼結構施工圖、三維鋼筋、鋼筋算量、建筑&MEP二維表達模塊。此外，還自主研發BIM平臺“數字化工廠”，以及基于Revit開發的單層廠房、族庫管理、三維協同管理等模塊。

圖1 YJK_結構模型的界面

圖2 YJK_施工圖的界面

圖3 探索者BIM技術路線

圖4 PDST軟件界面

4 長沙恩為軟件

長沙恩為軟件成立于2008年，最初是基于PDMS進行工藝專業的二次開發。2011年起，長沙恩為基于Revit平臺開發混凝土結構配筋出圖軟件PDST。自此，長沙恩為逐漸將公司的絕大部分精力投入到PDST的開發與完善中。PDST的主要功能有3個：模型導入、模型輸出、混凝土結構出圖(圖4)。

模型導入主要是讀入Midas、PKPM、Sap2000、STAAD、Etabs等分析軟件的模型，此外還能讀入Tekla模型，以及基于XML格式的數據交換文件*.PDST。對于模型的改動，該模塊同樣提供了增量更新功能。

模型輸出是將模型輸出為長沙恩為公司自主格式的數據交換文件*.PDST、及天正建筑交換文件。長沙恩為在PDMS中開發了插件，能夠讀入Revit輸出的數據交換文件*.PDST。通過在不同的BIM軟件平臺之間讀入和輸出*.PDST文件的方式，實現不同BIM平臺之間三維模型的協同。由于IFC格式的文件過于龐大，長沙恩為未采用IFC格式。

PDST軟件的核心功能是混凝土結構出圖，包括模板圖、梁配筋、墻柱配筋、板配筋。值得注意的是除了平法配筋圖，該軟件還能出傳統的梁、柱配筋圖，并支持單根構件配筋方式和整榀框架配筋的方式。

5 廣廈科技GSRevit

廣廈科技有限公司成立于2003年，主要致力于結構計算軟件廣廈建筑結構CAD的開發。2018年3月，在與廣東省建筑設計研究院歷經4年深入研究BIM正向設計方法后，廣廈推出了GSRevit(圖5)。

圖5 廣廈結構GSRevit的主界面

從GSRevit主菜單可以看出技術路線，是在Revit中直接建立三維模型，然后上調用AutoCAD自動繪制模板圖，添加荷載(圖6、圖7)和設計屬性即可用于結構計算，添加鋼筋信息后即可調用AutoCAD繪制施工圖。三維模型可用于碰撞檢查，最后把模型給算量、施工和運營維護。

圖6 GSRevit創建的樓板荷載

圖7 GSRevit創建的梁上線荷載

GSRevit創建的Revit模型可以與GSSAP、SATWE、YJK和ETABS計算模型互導，接力GSSAP、SATWE和YJK計算結果生成Revit結構施工圖或者DWG圖紙，最后可以導入廣聯達實現混凝土和鋼筋的算量。

6 應用與比較

盈建科、探索者、長沙恩為的BIM技術路線都相似，都是先在結構分析軟件中完成結構計算，然后在Revit中導入計算模型，再一鍵生成模板圖、配筋圖，創建三維鋼筋，計算工程量。如果計算模型有修改，一一對比Revit和計算模型數據的差異，將有計算模型修改的地方在Revit中進行相應的修改，即所謂的增量更新。此外，探索者和長沙恩為公司還分別和工業設計院合作，開發了荷載、孔洞、埋件提資及其出圖。

由于計算模型是點、線、面構成的簡化模型，故而導入Revit時必然遇到以下問題：

1)計算模型導入Revit時，需要工程師事先進行選擇，例如是否要將梁降低半個高度以使得梁頂面標高平齊、是將混凝土樓板升至鋼梁頂面還是將鋼梁降到樓板底面、垂直支撐是否對齊至梁的中心線、是否屏蔽虛梁等等。

2)工程師不可避免會在Revit對模型作進一步的完善。那么，當再次將計算模型導入Revit時，是固定地以計算模型為準，還是對比二者不同之處由工程師人工確定？若采用前者的方式，Revit中已作的修改總會有被覆蓋掉的，需要工程師在每次導入后人工調整； 采用后者的方式，則勢必會出現一堆不同之處需要工程師一一選擇。

可以看出，將計算模型導入Revit的方式很繁瑣。當能保證很少修改計算模型時，或者僅僅需要向建筑和工藝專業提供用于碰撞檢測的3D模型時(結構工程師通?？梢圆恍枰赗evit中修改模型)，尚可以在設計中使用。若要創建精準的BIM模型，以便結構專業自身進一步利用，因很難保證不改動計算模型，故導致此方式無法被結構工程師所采納。

廣廈GSRevit的獨特之處是，將結構分析軟件的前處理功能嵌入了Revit中，即用Revit替代了自己的前處理圖形界面。用戶創建模型都必須要使用GSRevit提供的菜單，對于初學者而言，界面簡單友好，哪怕不會使用Revit都可以立即開始使用。但這是一個雙刃劍，雖然Revit提供了較為完善的命令和功能，但是GSRevit只提供了常規的計算軟件前處理建模的界面在三維模型中進行操作，故而工程師直接使用Revit提供的功能很可能不會被GSRevit識別，使用將會受到極大限制。若GSRevit創建全面的人機界面供工程師使用，基本上要模仿Revit STRUCTURE的全部功能，這是一個很大的工作量。所以建議GSRevit應該修改技術路線，實現對Revit結構模型的識別，充分利用Revit已有的功能，只對Revit沒有的功能才開發輸入界面。

這4款結構插件都能生成模板圖和配筋圖，生成三維鋼筋，統計混凝土和鋼筋的工程量。探索者軟件還能處理鋼結構，一鍵生成節點詳圖，使得結構設計可以在一個軟件平臺內完成。限于上述問題的存在，目前所自動成圖的質量不夠，尤其是各平、立、剖的結構布置圖(模板圖)難以達到設計精度的要求。

7 國內其它相關軟件公司

PKPM目前基于自主平臺開發了裝配式建筑設計軟件PKPM-PC，開發了Revit數據轉換插件，但并未介入Revit結構輔助設計軟件的開發。

自主開發了結構分析和設計軟件STRAT的上海佳構軟件科技有限公司，正在計劃基于自主平臺增加結構BIM設計功能，沒有介入Revi結構輔助設計軟件的開發。

理正軟件長期致力于巖土計算軟件的開發，其產品理正巖土為眾多設計院所采用。在BIM方面，理正軟件基于P-BIM開發了巖土類軟件，也開發了基于Revit的建筑設計插件、水暖設計插件及輔助建模工具等，但沒有介入結構輔助設計軟件的開發。

天正軟件開發了結構建模工具，鴻業軟件只有建筑和MEP的BIM產品，都沒有介入結構輔助設計軟件的開發。

世紀旗云公司主要致力于自主平臺的水池、煙囪、管廊計算，尚無Revit插件開發計劃。

8 結論

在設計收費不變的情況下，只有實現BIM設計效率和質量不低于傳統的二維設計方式，使得結構專業能從繁瑣的“畫圖”工作中解放出來并專注于“設計”本身，才能實現結構BIM設計的全面應用。

國內外多家公司開發了Revit和計算模型的數據轉換插件，盈建科、探索者、長沙恩為、廣廈GSRevit還進一步推出了輔助設計軟件。盡管和工程師人工操作額外創建BIM模型的方式相比能節省一定的工作量，但是均沒有能同時解決設計效率和質量的問題，故而難以被結構工程師廣泛采用。目前的軟件，只能在已有結構分析模型的情況下快速形成3D模型配合建筑和機電專業BIM應用，或者用于較為簡單規則結構的BIM設計。