基于BI M的框架結構設計建模及碰撞檢查探究

周威

（河北軌道運輸職業技術學院，石家莊050051)

1 引言

伴隨著現代信息科技的發展，工程項目日益增多，建筑信息模型得到了人們的廣泛關注[1]。2002 年，BIM 技術由Autodesk 公司提出，可以將建筑的設計、施工、運行等信息集成在一個3D 模型信息庫。設計、施工等各方人員可以共同工作，有效地提高了設計、施工效率，實現了透明溝通、節約成本。

目前，除了國家強制使用BIM 技術的工程，BIM 技術在其他工程中應用并不廣泛。國內BIM 應用仍存在應用率偏低、BIM 績效不良等問題[2]。我國的建筑結構設計，通常采用CAD、PKPM 等軟件，存在一定的問題，包括設計圖紙可視化程度較低，與業主溝通困難；難以生成建筑效果圖；設計持續時間較長；各專業溝通不到位，出現各專業系統的碰撞問題。采用BIM 技術進行建筑結構設計，可以避免以上問題。

2 BI M技術簡介

2.1 BI M概述

BIM 全稱為建筑信息模型，通過三維數字技術來實現建筑信息的具象化[3]。根據美國國家建筑信息模型標準項目委員會對BIM 的定義，BIM 是指設施的物理和功能特性的數字化表述[4]。BIM 技術起源于建筑行業，可將工程模型的幾何屬性進行數字化、可視化表達，能為項目的各種決策提供全生命周期的可靠服務[5]。BIM 可以將各類工程（建筑工程、鐵道工程、橋梁工程等）的數據、信息作為建模的基礎數據，模擬各類工程的各項信息。

BIM 的建模軟件包括Autodesk Revit、Autodesk Naviswork、Bentley Building 等。在我國工程方面應用較多、較為廣泛的是Autodesk Revit 軟件。Revit 軟件可以對建筑結構進行設計，并檢查建筑結構是否出現碰撞。該軟件對建筑結構進行碰撞檢查較為簡便，不僅可以檢查是否存在碰撞，還可以發現建筑結構碰撞的位置，為建筑結構設計提供理論參考。

2.2 BI M的特點

建筑信息模型作為一種創新的理念與方法，憑借其可視化、協調性和模擬性等優點，在建筑領域得到迅速推廣[6]。BIM技術的特點包括以下5 個方面：

1）創建模型可視化。使用BIM 技術建立的工程模型，建模結果即為設計結果，可以實現工程項目的可視化。結合計算機系統將設計轉化成圖形，使設計人員以及施工人員可以根據圖像的顯示狀況進行工程的準確施工[7]。

2）多方協同作業。建筑設計時，各專業可能會出現設計碰撞，如暖通管道、建筑門窗與結構梁構件碰撞。使用Revit 軟件建立工程模型之后，就可以提前協調解決這類問題。

3）工程模擬性。Revit 軟件建模具有高度仿真的性能，不僅可以模擬工程模型，還可以模擬日照、緊急疏散、熱能傳導等。

4）設計優化性。Revit 軟件可以優化工程設計（自動檢測碰撞點）、項目方案、特殊項目設計優化等。

5）建模可出圖性。Revit 軟件不僅可以提供設計、施工圖紙，還可以通過協調、優化后，提供綜合管線圖、綜合結構留洞圖、碰撞檢查偵錯報告、改進建議方案等。

3 實際3 層框架結構設計模型

3.1 工程概況

某幼兒園設計為3 層框架結構，層高為3 600 mm，結構平面圖如圖1 所示。該建筑物的梁、板、柱、墻混凝土強度等級均為C30，柱截面尺寸為KZ1：550 mm×600 mm、KZ2：550 mm×400 mm、KZ3：550 mm×600 mm、KZ4：450 mm×450 mm、KZ5：550 mm×600 mm，梁截面尺寸橫向主梁（1～6 軸）為300 mm×600 mm，橫向次梁為250 mm×500 mm，縱向主梁（A～D）為300 mm×600 mm，縱向次梁為250 mm×500 mm。現澆混凝土板厚度為100 mm。現澆混凝土墻厚度為200 mm。

圖1 某幼兒園結構平面圖

3.2 工程模型

利用Autodesk Revit 軟件創建幼兒園3 層框架結構模型。根據實際工程資料，設置梁、板、柱、墻、門窗等屬性，并創建場地。創建完成后工程模型如圖2 所示。

圖2 框架結構模型

3.3 工程模型建模步驟

1）繪制模型標高、軸網。由3 層框架結構工程信息，創建立面標高、平面軸網。在項目瀏覽器中展開立面中的南立面，繪制、編輯模型各層標高；展開樓層平面中的1 層平面，使用軸網命令繪制、編輯模型軸網。

2）繪制模型框架柱。由設計圖紙中框架柱的材料、尺寸、位置數據信息，繪制模型框架柱。在選項卡展開結構柱，創建工程概況中KZ1～KZ5 的混凝土框架柱。

3）繪制模型框架梁。由設計圖紙中框架梁的材料、尺寸、位置數據信息，繪制模型框架梁。在選項卡展開結構梁，創建工程概況中橫、縱向主、次混凝土框架梁，框架梁在框架柱上方。

4）繪制模型內外墻。由設計圖紙中內外墻的材質、尺寸、位置數據信息，繪制模型內外墻。在選項卡展開墻，創建內外墻體。

5）繪制模型門窗和樓板。由設計圖紙中門窗表以及樓板材料、位置數據信息，繪制模型門窗、樓板。在選項卡展開門、窗，繪制門窗；展開樓板，繪制樓板。

6）繪制模型樓梯。由設計圖紙中樓梯材料、位置、踏面、踢面、休息平臺、欄桿扶手數據信息，繪制模型樓梯。在選項卡展開樓梯，繪制樓梯。

7）繪制雨篷。由設計圖紙中雨篷數據信息，繪制模型雨篷。在選項卡展開建筑屋頂，繪制雨篷。

8）繪制模型場地。根據建筑結構環境進行場地建模。在場地平面繪制場地。

4 實際3 層框架結構碰撞檢查

BIM 技術中，碰撞檢查是實用性較強的功能，標志著二維向三維轉向。通過3D 校審，可以發現隱藏在建筑結構設計中的問題，100%消除各類碰撞，減少返工、縮短工期、節約成本。

碰撞分為硬碰撞與軟碰撞。硬碰撞指實體構件與實體構件之間的相互碰撞，又分為單專業碰撞和多專業碰撞；軟碰撞指實體構件之間沒有發生實際的碰撞，但是構件之間的間距不能滿足安裝或維修要求。本文主要針對3 層框架結構進行硬碰撞檢查。

4.1 單專業碰撞檢查——樓梯與梁碰撞檢查

框架結構樓梯與梁碰撞檢查屬于硬碰撞檢查中的單專業碰撞檢查，僅屬于結構專業。通過使用Autodesk Revit 軟件中碰撞檢查功能實現檢查樓梯與梁是否發生碰撞。

通過碰撞檢查發現，結構模型存在4 處碰撞：2 個樓梯分別與2 根樓梯梁碰撞。碰撞原因為樓梯梁位置錯誤導致，如表1 所示。

表1 樓梯與梁碰撞檢查結果

通過調整樓梯梁位置，再次進行碰撞檢查，未出現樓梯與梁碰撞現象。

4.2 多專業碰撞檢查——門窗與結構梁柱碰撞

框架結構門窗與結構梁柱碰撞檢查屬于硬碰撞檢查中的多專業碰撞檢查，屬于建筑專業與結構專業。通過使用Autodesk Revit 軟件中碰撞檢查功能檢查門窗與結構梁柱是否發生碰撞。

通過碰撞檢查發現，結構模型存在1 處碰撞：2 層窗C6 與其上部梁KL4 碰撞。碰撞原因為窗底高度錯誤，如表2 所示。

表2 窗與結構梁碰撞檢查結果

通過調整窗底高度，再次進行碰撞檢查，未出現門窗與結構梁柱碰撞現象。

5 結論

通過對建筑結構設計建模及碰撞檢查研究，可以得出以下結論：

1）通過采用BIM 技術設計建模，可以展示三維立體模型，自動生成建筑效果圖，直接顯示數據。不同行業人員可以從中讀取數據，便于溝通。

2）使用Autodesk Revit 軟件中碰撞檢查功能時，可以發現各專業設計問題。通過得出的沖突報告可以判斷建筑結構是否存在碰撞并消除，相對于之前的檢查方法更為準確、快速、低成本。

3）本文使用BIM 技術研究了實際框架結構的設計建模和碰撞檢查，但還存在需要完善的方面，例如，模型的軟碰撞檢查等還需要進一步研究。