裝配式PC構件的BIM參數化族庫設計和應用

徐 曠 張桂雄 蔣陳兵

(廈門中建東北設計院有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

裝配式建筑在設計過程中，一直存在拆分圖紙量巨大的問題。此外，傳統的設計方式進行拆分之后，碰撞檢查無法直觀準確進行。BIM技術的出現，解決了碰撞檢查的問題，但是建模的工作量之大令人望而卻步。利用BIM中族的制作，將各規范與圖集中的參數關聯通過公式寫入族中，形成可以快速生成構件的族庫，可極大的提高裝配式構件在BIM建模時的效率，并直接生成圖紙，指導工廠生產，從而大大提高裝配式PC構件的深化圖紙設計效率，和構件生產的準確率。

REVIT軟件的每個族文件包含一定的參數和信息，族參數的合理設定，可以高效地管理數據以及修改為不同參數的相似模型。在PC構件的設計中，常用的族包括預制疊合梁、預制疊合板、預制柱、預制樓梯等。本文重點剖析如何將PC構件各規范圖集中的參數關聯寫入族中，以及形成的模型如何生成滿足生產的二維圖紙。

由于各地區政策及裝配式混凝土構件生產廠家存在差異，裝配式PC構件的設計方式也各不相同。但各PC構件的設計與生產都有其依據的規范與圖集。本文著重介紹參數寫入的方法，為各種不同情況下的參數關聯寫入提供參考。

1 零件子族的建立

在使用REVIT創建族的過程中，大部分的族可以一次創建完成。但是涉及到復雜、參數多的族文件，往往會通過嵌套族的方式來減少單個族中的參數，從而更好地控制族進行參數變化。

裝配式PC構件族，無論從復雜程度和參數數量上，都不適合一次性創建完成，所以需要將構件拆分，先建立各類型構件中相對簡單的零件，包括各種形狀的鋼筋、埋件等。

以疊合梁為例，基本的疊合梁需要用的零件，如圖1所示，包括混凝土部分、底部鋼筋、腰筋、箍筋、拉結筋、吊鉤等。預制柱與預制疊合板的零件如圖2～圖3所示。根據構件的不同設計，零件參數及樣式可進行相應的修改。將這些零件建立參數化的子族備用，在制作疊合梁參數化族時，將各零件子族根據不同參數和定位嵌套進最終的參數化族中，在制作構件族時對嵌入零件族設定定位相關的參數，加上零件族制作時設置的相應尺寸和信息參數，通過參數輸入，即可完成零件的準確定義和放置。

圖3 裝配式疊合板拆分零件子族

2 族關聯參數的寫入

Revit中，公式支持基本運算操作、三角函數運算和條件語句的運用。基本運算操作包括加、減、乘、除、指數、對數、平方根、圓周率等等。而條件語句在參數化族的設計過程中非常有用，適用于參數不連續變化等情況[1]。

2.1 可變參數的定義與設定

在族的制作過程中，通過輔助線與三維實體的邊緣鎖定，再賦予輔助線尺寸定位，可以將構件的各項尺寸參數進行定義，如圖4所示。其中可變參數可直接定義，如梁高、梁寬等。這樣，在族的參數中根據受力計算的結果，輸入相應的值，構件相關三維模型的尺寸就會根據輸入的參數變化。

圖4 參數的定義與設定

2.2關聯參數的設置方法

(1)基本運算操作關聯

比較簡單的關聯參數，可直接通過在族中設置基本的四則運算關系進行。例如在設置好梁高、現澆層厚度兩個可變參數后，疊合梁預制部分的高度可設置為=梁高-現澆層厚度，輸入梁高和現澆層厚度的參數后，可自動生成相應高度的預制部分混凝土。

通過繪制輔助線，定位該輔助線與梁邊距離等于保護層厚度，同時將箍筋構件的邊緣鎖定于該輔助線上，四個方向同理設置，能準確定位箍筋，并且箍筋的尺寸將隨著梁的高寬而改變，符合實際中箍筋跟隨梁高梁寬變化的情況。通過相同或類似方法，可將所有的箍筋、腰筋、埋件等構件在疊合梁中進行定位。

(2)通過設置中間參數運算關聯

可以利用設置一些中間參數，來確定構件的位置及數量。例如設置鋼筋間距參數，設置計算公式：X向鋼筋間距=(柱寬度-2×套筒邊距)/(X向鋼筋根數-1)來根據輸入的可變參數計算得到，然后通過鋼筋間距，定位角筋以外的直筋和套筒位置。

還可以利用一些中間參數協助不同情況下的參數關聯運算。如圖5所示，通過設置抗震的“是/否”參數作為中間參數，再根據改參數計算不同情況下的彎鉤長度。在勾起抗震選項后，彎鉤長度根據規范中抗震要求生成；取消抗震選項后，彎鉤的長度根據規范中非抗震的長度要求生成。

圖5 設置中間參數協助參數計算

(3)通過條件語句公式完成非線性關聯參數

有些規范圖集中的參數關聯，并沒有直接的運算規律。這時，可通過REVIT族計算公式中的相關函數來處理計算。如圖6中截取一組圖集中套筒的相關參數，其中參數與鋼筋直徑關聯但又不是簡單運算就可以完成。人們可以通過條件語句，判斷不同的鋼筋規格值賦予圖集中相應參數，完成相應的參數與可變參數的關聯。條件語句的基本格式為：if(<條件>,<條件為真時的結果1>,<條件為假時的結果2>[1]。

我們設置條件語句公式：套筒外徑=if(縱筋直徑<15 mm,38 mm,if(縱筋直徑<17 mm,42 mm,if(縱筋直徑<21 mm,45 mm,if(縱筋直徑<23 mm,51 mm,57 mm))))；相同的原理：套筒長度=if(縱筋直徑<13 mm,250 mm,if(縱筋直徑<15 mm,280 mm,if(縱筋直徑<17 mm,310 mm,if(縱筋直徑<19 mm,350 mm,if(縱筋直徑<21 mm,370 mm,if(縱筋直徑<25 mm,410 mm,480 mm))))))；軟件通過條件語句對鋼筋直徑的數值進行判斷，然后讀取對應數值來生成套筒長度的值、插入鋼筋長度的值、套筒外徑的值等，并直接生成相應尺寸的構件模型，可以更高效準確建立滿足圖集參數關聯的構件族。

圖6 套筒規格參數表(截取部分)

3 族庫的形成與應用

3.1 族庫的形成

通過上述族的參數設置與關聯方法，基本可以滿足所有裝配式PC構件族中所需的參數寫入。根據不同廠家和各地方裝配式設計規范圖集，可以創建形成各裝配式PC構件的通用族，如圖7所示。根據相關規范，建立了裝配式疊合梁、裝配式預制柱、裝配式疊合板的通用基礎族。在此基礎上，根據不同項目的實際情況以及不同生產廠家的差異，進行針對性的修改，形成項目專屬的裝配式構件通用族庫。例如在某項目中需要用到裝配式疊合板，但有多種情況，角部靠柱需要切角，板中需要預留洞口等，就可以根據需求，用基礎的疊合板族增加開洞的空心剪切，并對其剪切的長寬及位置設置參數，形成需要開洞情況下可以通用的疊合板族。選取適合的通用族賦予計算后的參數，就形成了項目的構件族庫。

圖7 裝配式疊合梁與裝配式預制柱通用族

在此基礎之上，根據設計需求輸入不同的可變參數，形成整個項目的裝配式PC構件族庫。例如裝配式疊合梁，根據項目設計資料以及受力計算的結果，在通用的裝配式疊合梁族中輸入梁高、梁寬、梁長、保護層厚度、材質等可變參數。可以自動計算得出加密區長度、加密區間距、箍筋長寬、拉筋直徑和長度等一系列關聯參數，并將各零件根據規范在相應的位置上生成實體。對可變參數的修改，相關的參數及模型都會隨之更改形成新的構件，如更改X向與Y向的鋼筋根數參數，相應的套筒數量、鋼筋間距等參數及實體模型都隨之更改。可以利用該實體模型，進行預組裝，對復雜節點，及鋼筋交匯處進行碰撞檢查。

建立族庫的主要目的，在于實現族的共享和高效利用，減低設計人員重復勞作，避免浪費資源，提高設計效率。在裝配式構件生產廠家不一，構件類型多樣化的環境下，PC構件族庫建設的作用不容小覷[2]。

3.2 裝配式構件族模型出圖

BIM設計中導出二維圖紙平法表達的關鍵步驟，是通過插件和相關軟件，設置形成一個出圖樣板。將設計完成的相應構件導入至模板中，利用共享參數將標注內容與構件族模型信息建立聯系，通過軟件定義相應的標記族進行平法標注，實現標注文本與PC構件模型中的信息統一和聯動[3]。

通過建立對應的可見性及圖形，替換設置出圖線性線寬等，使裝配式PC構件的三維模型在視圖中的二維顯示滿足出圖的要求，并將該視圖設置形成視圖樣板文件，如圖8所示。

圖8 完善相關設置形成樣板文件

利用REVIT軟件自帶的明細表功能，可以自動計算和統計鋼筋、埋件及混凝土用量等數據，并形成明細表，并為明細表配上相關簡圖，放置到最終圖紙中，如圖9所示。

圖9 生成明細表并設置簡圖

然后提取所需的視圖及標注放置到圖紙中，形成滿足出圖要求的二維深化圖紙，如圖10～圖11所示。

圖10 裝配式預制柱模型生成二維深化圖

圖11 裝配式疊合梁模型生成二維深化圖

4 結論

總結和分析裝配式PC構件族的參數化過程，利用軟件中的有效公式縮寫、標準數學語法、限制條件語句等編寫相關公式，以滿足其復雜的參數關聯。得到了一種將裝配式規范和圖集寫入REVIT族的方法，形成可以通過輸入可變參數快速生成相關構件三維模型的族庫。將完成受力計算后得出的參數，以及結合設備專業預埋構件定位的參數，輸入到合適的通用族后形成相應設計編號的一個個構件族，之后利用構件三維模型在軟件中預組裝進行碰撞檢查和輸出二維深化圖紙，可以極大的提高裝配式設計人員的出圖效率和準確率。

目前，在瑞仕國際潛力少年綜合中心項目，裝配式疊合板族庫已投入到設計生產中，使用了其中四種通用疊合板族，擴展至200余種不同的疊合板構件族形成項目構件族庫，共計1484塊疊合板。按以往項目經驗，原計劃投入3名設計人員，用時21個工作日，改用該族庫進行設計后，實際投入2名設計人員，12個工作日完成。極大縮減了圖紙繪制和校對修改的工作量，使裝配式疊合板深化的設計效率提高了約60%。