基于Revit的軟件二次開發在地鐵結構BIM正向設計中的應用研究

桑 沖

(中鐵四院集團西南勘察設計有限公司，昆明 652000)

引言

隨著城市的快速發展，地鐵建設在我國城市建設發展中正在加快，截止目前全國已有37個城市已有在建城市軌道交通項目，地鐵通車總里程達到約4 600km。

BIM作為最近越來越實用的技術已廣泛應用于住宅和商業項目當中[1-5]，但作為地鐵項目，大規模采用BIM進行正向設計的工程實例卻不多[6-10]，由于地鐵結構設計本身和民用建筑設計存在較大不同[11-12]，就導致在地鐵結構設計中采用BIM設計技術就更加的困難。

為解決以上問題，本項目組委托北京盈建科軟件公司基于Revit和軟件Revit-YJK開發出一套針對地鐵結構設計軟件，并通過項目實例分析和介紹，闡述本次二次開發軟件在地鐵結構設計的適用性和可行性，可為其他地鐵結構設計提供一定的工程參考。

1 軟件概況

軟件是基于盈建科軟件Revit-YJK開發出的一款針對地鐵結構設計的軟件，Revit-YJK軟件本身已自帶一部分BIM結構專業通用性的軟件建模功能和模型轉換功能及一些后處理功能，但對于地鐵結構不太適用，本次針對地鐵結構設計主要開發以下幾個功能：

1)創建剖面功能；

2)自動生成結構平面布置圖和標注功能；

3)自動生成板、梁、墻柱施工圖；

4)自動生成三維鋼筋功能。

圖1 軟件操作界面

2 軟件功能介紹

2.1 軟件二次開發原理和方法

軟件基于Revit平臺進行二次開發，使用C#作為開發語言，Visual Studio 2013(VS2013)作為開發工具，通過調用revitapi獲得.rvt文件中的元素(包括視圖，構件等)信息，使用YJK平臺的接口獲得YJK工程的信息，來實現以下功能：

2.1.1 剖面

通過調用YJK平臺接口來獲得整體工程的位置信息，配合創建剖面的revitapi來生成相應的剖面。

2.1.2 平面布置圖

通過調用YJK平臺接口獲得YJK工程的樓層信息，配合創建平面的revitapi來生成平面視圖，通過調用調整元素屬性的revitapi來改變視圖中元素的顯示，達到預期的平面布置圖效果。

2.1.3 施工圖

通過調用YJK平臺接口獲得YJK計算結果，與.rvt文件中的元素進行匹配，將匹配成功的元素進行相應屬性的賦值，在平面圖中通過調用revitapi進行繪制線條、文字、圖形等元素，達到預期的出圖標準。

2.1.4 三維鋼筋

通過調用YJK平臺接口獲得YJK中的三維鋼筋信息，在Revit中進行繪制實體三維鋼筋，通過Revitapi繪制出不同形狀的鋼筋，在Revit中展示不同構件中的鋼筋分布和布置情況。

軟件操作主界面如圖1所示，本軟件在Revit操作界面創建“YJK-地鐵”的結構設計菜單，軟件開發的功能均列在“YJK-地鐵”的菜單內。圖1中可以看出，以YJK作為首字母的均為盈建科軟件YJK-Revit相應的功能菜單，其余菜單均為Revit軟件自帶菜單功能。

2.2 創建剖面菜單

自動生成剖面菜單如圖2所示，主要有以下幾個功能：1)連接構件； 2)創建縱向剖面； 3)創建橫向剖面； 4)修改剖面。通過創建剖面功能可以生成適用于地鐵的橫剖面和縱剖面，而且軟件開發可以自動標注構件的名稱和尺寸，可以大大提高設計人員的工作效率，避免了手工標注的繁瑣。如果遇到方案的修改和變更，軟件可實現自動修改相應標注和尺寸，避免重復性的工作。

圖2 創建剖面功能

2.3 自動生成結構各層平面布置圖

自動生成平面布置圖菜單如圖3所示，主要有以下幾個功能：1)新建底圖； 2)修改標注； 3)鋼筋標注；4)添加標注。通過自動生成結構平面布置圖的功能可以生成適用于地鐵的各層結構平面布置圖，而且軟件可以自動標注構件的名稱和尺寸，可以大大提高設計人員的工作效率，避免了手工標注的繁瑣。如果遇到方案的修改和變更，軟件可實現自動相應修改標注和尺寸，避免重復性的工作。

2.4 板配筋施工圖

自動生成板配筋圖菜單如圖4所示，主要有以下幾個功能：1)板區域鋼筋拉通； 2)墻鋼筋拉通； 3)柱配筋圖。

通過本菜單可以進行板鋼筋的計算和繪制，可實現生成地鐵結構板的BIM施工圖。并且針對于地鐵結構，增加了板筋拉通和添加鋼筋的功能，添加鋼筋主要針對地鐵中特有的互錨鋼筋而設置的； 針對地鐵結構中經常使用的雙層雙向鋼筋，程序還增加了自動選擇區域設置為雙層雙向鋼筋的功能，并且實現快速修改鋼筋型號的功能。

圖4 自動生成板配筋圖

2.5 墻配筋施工圖

自動生成墻配筋圖菜單如圖5所示，主要有以下幾個功能：1)繪新圖； 2)清理圖面； 3)墻鋼筋拉通； 4)添加鋼筋。

通過本菜單可以進行墻鋼筋的繪制，可實現生成地鐵結構墻的BIM施工圖。并且針對于地鐵結構，增加了墻筋拉通和添加鋼筋的功能，添加鋼筋主要針對地鐵中特有的互錨鋼筋而設置的； 針對地鐵結構中經常使用的雙層雙向鋼筋，程序還增加了自動選擇區域設置為雙層雙向鋼筋的功能，而且程序還可以生成墻鋼筋的立面圖，墻鋼筋的立面圖是地鐵結構中獨有的，程序還可以實現快速修改鋼筋型號的功能。

圖5 自動生成墻配筋圖

2.6 自動生成梁配筋施工圖

自動生成梁配筋圖菜單如圖6所示，主要有以下幾個功能：1)繪新圖； 2)局部繪圖； 3)清理圖面； 4)詳圖。

通過本菜單可以進行梁鋼筋的繪制，可實現生成地鐵結構梁的BIM施工圖。

圖6 自動生成墻配筋圖

2.7 自動生成柱配筋施工圖

自動生成柱配筋圖菜單如圖7所示，主要有以下幾個功能：1)繪新圖； 2)局部繪圖； 3)清理圖面； 4)詳圖。

通過本菜單可以進行柱鋼筋的繪制，程序可生成地鐵車站結構柱的BIM施工圖。

圖7 自動生成柱配筋圖

2.8 自動生成三維鋼筋

自動生成三維鋼筋菜單如圖8所示，主要有以下幾個功能：1)繪新圖； 2)局部繪圖； 3)清理圖面； 4)詳圖。

通過本菜單可以進行各構件三維鋼筋的繪制，程序可生成地鐵車站三維鋼筋的BIM施工圖。此功能是程序特有的功能，利用此功能生成的三維鋼筋可用于統計鋼筋量并指導現場鋼筋節點的施工。

圖8 自動生成三維鋼筋圖

3 工程實例應用分析

3.1 車站概況

本次以昆明市軌道交通5號線工程河尾村地鐵站(已出具CAD結構施工圖)為工程依托，使用該軟件建立了BIM模型。

該車站為標準地下二層地鐵車站，車站總高度為12.31m，其中站廳層高度為5.75m，站臺層和底板層高度為6.56m； 結構頂板、中板和底板的厚度分別為0.9m、0.4m和1.0m； 結構側墻厚度為0.7m(標準段)和0.8m(盾構段)。車站結構采用鋼筋混凝土框架結構體系，車站總長度185m，總寬度為19.7m(標準段)—23.2m(盾構段)。

3.2 生成BIM模型

首先使用計算軟件YJK2.0建立車站結構的計算模型，模型各項參數需滿足持久和抗震工況的參數要求，結構模型需經過軟件計算調整后計算結果滿足規范各項要求并生成施工圖模型，軟件生成的結構計算模型如圖9所示。

打開Revit-YJKS軟件直接進入了Revit軟件界面，軟件Revit-YJKS的功能均被集成在Revit的菜單里。

利用Revit-YJKS軟件自帶的菜單功能，可將盈建科模型轉換為BIM模型，如圖10所示。

圖9 車站結構計算模型

圖10 車站BIM模型

3.3 生成BIM施工圖

利用本公司開發的BIM地鐵施工圖軟件的“BIM地鐵結構模塊”，可進行地鐵結構施工圖的后處理設計工作。

首先是生成橫剖面圖，橫剖面圖是地鐵車站結構一項重要的表達內容，可用來反映構件的標高關系和構件的相互連接關系。利用軟件可自動選擇剖面所在位置，選擇剖切位置后即可自動生成橫剖面圖，并且程序可實現自動標注構件名稱及尺寸，圖紙的外側尺寸標注均可自動標注一鍵生成，無需多余的人工干預。采用軟件生成的橫剖面結果如圖11所示。

圖11 車站橫剖面圖

其次是生成各層結構平面布置圖，包括結構頂板、中板和底板結構平面布置圖。軟件此處的功能也是一鍵自動生成，圖紙生成前軟件采取用戶交互方式輸入構件的編號排列規則，軟件對話框如圖12所示。根據各自的習慣，可選擇不同的編號順序，可以先豎向再橫向，也可以先橫向編號再豎向編號，采用軟件生成的平面布置圖如圖13所示。

圖12 平面布置圖生成交互式窗口

通過軟件可生成結構梁、板、墻柱等構件的平法施工圖，平法施工圖的表達符合地鐵設計單位的表達習慣，同樣也可以根據習慣不同采取民建項目的平法表達方式。采用軟件生成的梁板柱平法施工圖如圖14所示。

圖13 車站結構平面布置圖

圖14 車站梁板柱施工

3.4 生成BIM三維鋼筋和局部三維施工圖

采用軟件的三維鋼筋功能可按照指定的部位生成結構的三維鋼筋或生成整個項目的三維鋼筋。采用軟件生成的局部部位的三維鋼筋圖如圖15所示，可生成結構梁、板、墻柱等構件的三維施工圖，使用本功能可直觀指導現場鋼筋的綁扎并方便鋼筋量的統計工作。

采用軟件的局部三維剖面功能，可生成結構局部三維圖，利用此功能可以生成結構局部的三維效果。對于局部空間關系復雜的節點采用此功能比較實用，避免整體模型的干擾且避免在三維視圖里局部拖動的繁瑣操作。施工單位和設計人員通過此功能，可快速識別復雜的三維關系，并方便操作，生成的局部三維圖如圖16所示。

圖15 車站局部三維圖

圖16 車站三維鋼筋圖

3.5 與傳統設計方法的對比情況

通過軟件二次開發，對正向設計進行了探索，并與傳統設計二維方法進行了對比分析。

采用二次開發軟件功能，可實現與傳統二維軟件基本相同的圖紙成果，但從表達效果以及給業主后期項目管理、造價管理和運營管理帶來的效益來看，BIM成果是遠好于傳統二維設計成果。

從設計效率上比較，在第一遍設計階段采用二次開發后的軟件進行地鐵BIM結構正向設計的時間相較傳統CAD二維設計時間仍略多20%左右，主要在于BIM正向設計時在模型細節修改上較耗費時間。但在方案修改及變更階段，由于BIM信息化的優勢，方案修改階段可將模型和圖紙聯動編輯和批量修改，此時設計效率較傳統二維設計修改提高約70%，且修改后成果不會出現傳統二維設計中錯改、漏改、多張圖紙不對應不匹配的情況。綜合考慮第一遍設計和方案修改，采用二次開發后的軟件進行地鐵BIM結構正向設計的效率較傳統二維設計可提高約15%。

4 結論

(1)對于地鐵車站結構采用BIM進行設計時，可通過盈建科軟件建立結構模型并導入到Revit-YJKS軟件進行施工圖的后處理工作；

(2)通過軟件二次開發可實現地下車站結構設計利用BIM進行正向設計并實現采用BIM軟件出具全套結構施工圖；

(3)對于BIM項目中采用翻模出圖或有正向設計需求的地鐵車站項目，可采用二次開發軟件功能或借鑒本實例的思路進行BIM設計的出圖工作，以實現地鐵車站結構能夠采用BIM進行正向設計并出圖，同時可提高約15%的設計效率。