結構BIM正向設計在高層住宅項目中的應用研究

趙科軍，張素梅

深圳介子云圖科技有限責任公司北京分公司，北京 100020

為了幫助建筑設計師設計、管理和維護質量更好的建筑工程項目，Autodesk公司開發了一種三維建模軟件，即Revit軟件，該軟件整合了Autodesk Revit Architecture、Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Structure的所有功能。最近幾年，Revit軟件在我國建筑業BIM體系中應用越來越廣泛。

近幾年，國內外許多學者對BIM技術進行了大量的研究[1-3]，并取得了許多重要研究成果，但是對于BIM正向設計在實際工程中的應用的研究[4-6]卻不多。鑒于此，文章以青島寺門首項目為例，詳細闡述結構BIM正向設計在高層住宅項目中的應用，希望對BIM正向設計技術在高層住宅項目中的應用起到一定的推動作用。

1 工程概況

寺門首項目位于山東省青島市，建筑場地類別為Ⅱ類，抗震等級為三級，設計地震分組為第三組，抗震設防烈度為7度（0.1g），結構類型為剪力墻。該地塊包括8棟高層，為15#～22#，其中18#、21#、22#底部含1層商業，其余為純住宅；設1層地庫（局部帶2層），總建筑面積約12.93萬m2，其中地下建筑面積約3.46萬m2，地上建筑面積約9.47萬m2，地下人防面積為7100m2。

文章以其中22#高層住宅樓為依據，進行BIM正向設計分析。22#高層住宅樓的建筑高度為77.49m，地上部分有26層，地下部分為1層；基礎頂至第4層頂的剪力墻混凝土等級為C50，第4層～第8層頂的剪力墻混凝土等級為C45，第8層～第12層頂的剪力墻混凝土等級為C40，第12層～第16層頂的剪力墻混凝土等級為C35，第16層以上的剪力墻混凝土等級為C30。該樓的Revit三維模型如圖1所示。

圖1 Revit三維模型

2 Revit三維模型與計算分析模型的對接

我國常用的BIM三維建模軟件是Revit，常用的結構設計分析軟件有PKPM、YJK、midas Building等。該項目采用的結構計算分析軟件是YJK，BIM三維建模軟件是Revit 2019。如何將Revit三維模型和結構計算模型對接起來，這對于結構專業來說至關重要。

該項目采用廣聯達鴻業BIMSpace結構設計校審軟件來實現Revit三維模型和計算模型之間的對接。廣聯達鴻業BIMSpace結構設計校審軟件（即廣聯達鴻業的BIMSpace樂構）是一個基于Revit軟件開發的結構正向設計插件，主要分為結構模型/平面、梁施工圖、板施工圖、墻柱施工圖、結構節點五大部分，每個部分又分別提供結構平面布置圖、梁配筋圖、樓板配筋圖、墻柱配筋圖的設計和自動校核功能。該軟件以結構BIM正向設計為理念，意在提高結構工程師的設計效率，使模型、圖紙質量符合設計規范要求，提高結構平法施工圖的信息化程度。其主要功能有以下幾點：無縫對接PKPM、YJK計算結果和Revit三維模型；導入Revit軟件中生成的三維模型及平面模型，完成結構施工圖的設計、編輯、修改；自動繪制和自動審核梁、板、剪力墻（柱）、基礎及節點施工圖。

3 結構BIM正向設計在實際工程中的應用

青島寺門首項目22#住宅樓的結構BIM正向設計應用流程分為以下3個步驟：（1）根據方案CAD提資條件，首先在YJK軟件中進行結構試算，控制位移角、位移比等指標，最后確定結構平面布置圖。（2）根據建筑Revit提資條件，首先在Revit軟件中覆蓋參照建筑的軸網和標高，然后復制監視建筑軸網，最后建立各層的結構平面布置圖，包括剪力墻、梁、衛生間降板填充，梁的尺寸標注，板厚，折板大樣等信息，組裝各層的結構Revit模型。（3）根據龍湖集團的HALO 3D產品審核軟件進行建筑、結構、機電各專業間的碰撞檢查分析，最后利用廣聯達鴻業的BIMSpace結構設計校審軟件出結構施工圖。

3.1 BIM正向設計出結構施工圖的流程

青島寺門首項目22#住宅樓的BIM正向設計出結構施工圖的流程如下：（1）從YJK計算分析模型中導出建模數據和計算結果數據。（2）打開廣聯達鴻業的BIMSpace結構設計校審軟件，首先點擊“計算模型關聯”，然后點擊“瀏覽”，最后選擇相應的YJK計算分析模型。（3）匹配用戶族和識別用戶模型（如果是從YJK計算分析軟件導入Revit三維模型的情況，則不需要進行此步驟）。（4）模型導入（如果是用戶自己建的Revit三維模型，不需要進行此步驟）。（5）梁施工圖設計。首先需要進行參數設置，然后需要進行出圖層設置、支座查改，最后直接生成梁施工圖。梁施工圖設計模塊里面有梁強條校審功能，可以進行梁平法施工圖的校審。（6）板施工圖設計。在進行板施工圖設計之前，需要在YJK模型中生成對應層的板配筋計算結果。（7）剪力墻（柱）平法施工圖設計。因該軟件此功能生成的詳圖相對于CAD二維設計而言效果較差，因此此次剪力墻（柱）平法施工圖沒有進行正向設計。（8）樓梯詳圖設計。

該項目此次利用Revit正向設計出的結構圖紙為結構平面布置圖、梁平法施工圖、板配筋圖、樓梯詳圖。目前，該項目已經完成了施工圖內審流程，正在進行施工圖外審流程。

3.2 BIM正向設計與傳統CAD二維設計的對比

通過與傳統的CAD二維設計流程進行對比發現，結構BIM正向設計出圖不僅在設計周期、強條檢查及出圖效率上強于傳統的CAD二維設計，而且在三維協同、智能出圖、碰撞檢查等方面更強于傳統的CAD二維設計。因此，結構BIM正向設計出施工圖未來肯定能在實際建筑工程中得到更加廣泛的應用。

3.3 BIM正向設計與BIM反向設計的對比

目前，很多設計院都在實際建筑工程中應用BIM技術，但是大多數設計院都是進行的BIM反向設計。BIM反向設計的具體流程為，首先根據設計院畫好的二維CAD圖紙在Revit軟件中建立建筑、結構、機電的BIM三維模型，然后根據建好的BIM三維模型進行凈高分析、碰撞檢查等，最后得到BIM分析報告后，再返給二維設計院進行二維圖紙的修改。此流程雖然應用了BIM技術，但是并沒有完全發揮BIM技術的優勢，不僅費人、費力、費錢，而且操作步驟過于煩瑣，不利于BIM技術的發展。BIM正向設計則可以直接出施工圖，優勢顯著，必將在實際建筑工程中應用得越來越廣泛。

3.4 協同設計

BIM正向設計最重要的特點之一就是實現了各專業間的三維協同設計，各個專業在中心文件（即同一個Revit三維模型）中互相提資、校對、審核等。在案例項目中，結構專業通過建立的Revit三維模型向建筑和機電專業提剪力墻和梁的布置，同時可以根據建筑、機電的提資條件，在Revit三維模型留結構洞口、降板等條件。

4 結論

文章以實際的建筑工程為例，研究了結構BIM正向設計在高層住宅項目中的應用，得到以下結論：（1）對于結構BIM正向設計來說，Revit三維模型與計算分析模型之間要通過結構BIM正向設計插件才能實現真正意義上的BIM正向設計；（2）目前能用BIM正向設計插件出結構施工圖的有結構平面布置圖、梁平法施工圖、板配筋圖，樓梯詳圖；（3）BIM正向設計可以替代傳統二維CAD設計出圖和BIM反向設計碰撞分析。