基于BIM的框架結構模型合規檢查系統研究

林祥杰 史玉峰

摘 要：模型合規檢查旨在幫助設計人員自動完成對結構設計的規范檢查，減少結構設計階段的不規范，提高建模的準確性。本文通過對框架結構設計規范進行分析梳理，整理得到結構化可編譯的規范條文;基于BIM平臺和Visual Studio軟件，研發合規檢查系統，實現框架結構模型的規范檢查;該系統具有屬性參數提取、參數計算、對比檢查、結果輸出等功能。

關鍵詞：BIM; 框架結構; 合規檢查; 二次開發

中圖分類號：TU201.4? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-3315（2020）12-162-002

1.引言

基于BIM技術的模型合規檢查受到許多設計、研究人員的關注。研究主要分為兩類，其一，BIM建筑模型的合規檢查，主要涉及建筑規范驗證算法、建筑技術規則檢查技術、用于檢查疏散規則的“InSight-BIM”系統[1-5]。其二，規范的結構化，是將人類語言轉換為電腦可以處理的形式，分為基于邏輯的方法、基于本體的方法、基于語言開發的方法]和本體推理機的方法[6-9]。以往研究的合規檢查，對建筑模型的檢查較多，結構模型、結構設計的檢查涉及較少，雖然國外有Solibri Model Checker、SMARTcodes等合規檢查軟件，但由于國內外規范存在差異，軟件不能開放使用，并且SMC和SMARTcodes在國內應用較少，只是簡單的測試應用，對實際工程應用存在較大的約束。

針對上述問題，本文從BIM原理，現階段存在的問題出發，使用基于邏輯的方法和二次開發技術，將規范條文轉化為結構化的形式，并與BIM模型信息相關聯，實現框架結構模型的規范檢查。

2.合規檢查系統研發

利用BIM檢查框架結構設計的合規性，其實質是在框架結構設計過程中，將相關的設計規范轉化為計算機能夠處理的邏輯形式，實現規范的結構化，其技術方法如圖1所示。

2.1規范的結構化

規范結構化是指設計規范按照一定規則轉化為結構化表達的形式，本研究使用基于邏輯的方法，將書面的規范條文編譯成計算機能夠處理的邏輯形式，該表達式是規范條文的否定表達，只要邏輯表達式的返回值為真，則判斷該構件出現設計問題，編譯規則邏輯如表1所示。

依據編譯規則邏輯表制定合規性檢查規則，部分檢查規則如表2所示。

2.2BIM模型信息提取

基于Revit研發平臺，使用Revit API和C#語言進行二次開發，實現構件的參數提取[14]、參數計算、賦值對比、結果輸出等功能，將制定的結構化規則與BIM模型信息相關聯，輸出不滿足規范的構件id、實際設計值、檢查條件、邏輯表達式到可視化界面。信息提取步驟過程如下：

2.2.1基礎參數提取。框架結構的基礎屬性參數分為混凝土參數和尺寸參數兩類，包括混凝土強度、幾何尺寸、保護層厚度等參數信息。RevitAPI的Parameter（）類提供FamilyInstance.get_Parameter（“參數”）方法，有string、BuiltInParameter、Definition和Guid參數四種表達方式，能夠提取構件的混凝土強度、保護層厚度等參數，若提取的數據單位為英尺，要乘以304.8轉換為毫米單位。創建幾何選項Option（），設置ComputerReferences為True，DetaiLevel為Fine，構件元素的尺寸提取方法如下：

①使用Geometry（）得到GeometryElement（）實體，得到Solid（實體）、Point（點）、Curve（線）、Face（面）等。

②通過遍歷GeometryInstance（）獲取實體的Face（面）、Edge（邊）以及XYZ（空間坐標）。

③然后從獲取的幾何元素中取到實體，遍歷實體中的所有面和邊，把面轉換為網格后，對網格的頂點進行坐標變換，得到框架梁和框架柱的頂點坐標。

④再對各面和各邊的頂點坐標進行計算，得構件的幾何參數。

2.2.2鋼筋參數提取。鋼筋的屬性參數可使用Element.get_Parameter（BuiltInParameter.”參數”）方法提取，RevitAPI中包含了大量的內置參數，這些參數在Revit.Parameters.BuiltInParameter（）枚舉中定義，通過Element.Parameter（）訪問。

2.3工程概況參數

在winform內創建工程概況界面，輸入的參數將直接賦值給合規檢查規則中的ET（環境等級）、ER（抗震烈度）、YEARUSE（使用年限）等常量，輸入概況參數后會立即執行主程序代碼。

2.4賦值對比

整理的設計規范按照編譯規則邏輯表寫到主程序中，提取的屬性參數賦值給邏輯表達式中的變量，如果返回值為真，表明該構件出現設計錯誤，并在數組中儲存不符設計規范構件的id值、提取值、檢查條件和邏輯表達式，直到該集合遍歷結束為止。

元素集合中所有元素遍歷結束后，將儲存檢查結果的數組與DataGridView（）的數據源綁定，DataGridView（）的界面標題設置為ID、實際設計值、檢查條件和邏輯表達式，在相應的標題下輸出數組中所對應的數據。

3.實例分析

某鋼筋混凝土框架結構辦公樓，層高均為3.3m，建筑總高度10.35m（室外地坪至結構層），室內外高差0.45m，總建筑面積1537.6，其抗震設防烈度為7度（0.15g），建筑耐火等級為二級，屋面防水等級為II級，環境等級為I級，設計合理使用年限為50年。

運行合規檢查系統，輸入工程概況參數后，系統將會運行合規檢查系統，部分檢查結果如圖2所示。

檢查的223根構件中，有19根存在問題均為梁柱構件，共包含38處錯誤，其中因結構設計引起的有33處，包括基礎參數13處和鋼筋參數20處;因建模不準確引起的有5處。

4.結論

本文研究結果表明，基于BIM的框架結構模型合規性檢查系統能夠發現框架構件在結構設計和模型繪制時的錯誤，返回引起該錯誤的原因，給出相應的規范要求，在初級階段幫助設計人員及時發現設計中的各種違規，輔助企業開展設計審核與質量管控工作。

國家自然科學基金：大場景機載點云建筑語義建模（No.41971415）

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