结构BIM正向设计在高层住宅项目中的应用研究

赵科军，张素梅

深圳介子云图科技有限责任公司北京分公司，北京 100020

为了帮助建筑设计师设计、管理和维护质量更好的建筑工程项目，Autodesk公司开发了一种三维建模软件，即Revit软件，该软件整合了Autodesk Revit Architecture、Autodesk Revit MEP和Autodesk Revit Structure的所有功能。最近几年，Revit软件在我国建筑业BIM体系中应用越来越广泛。

近几年，国内外许多学者对BIM技术进行了大量的研究[1-3]，并取得了许多重要研究成果，但是对于BIM正向设计在实际工程中的应用的研究[4-6]却不多。鉴于此，文章以青岛寺门首项目为例，详细阐述结构BIM正向设计在高层住宅项目中的应用，希望对BIM正向设计技术在高层住宅项目中的应用起到一定的推动作用。

1 工程概况

寺门首项目位于山东省青岛市，建筑场地类别为Ⅱ类，抗震等级为三级，设计地震分组为第三组，抗震设防烈度为7度（0.1g），结构类型为剪力墙。该地块包括8栋高层，为15#～22#，其中18#、21#、22#底部含1层商业，其余为纯住宅；设1层地库（局部带2层），总建筑面积约12.93万m2，其中地下建筑面积约3.46万m2，地上建筑面积约9.47万m2，地下人防面积为7100m2。

文章以其中22#高层住宅楼为依据，进行BIM正向设计分析。22#高层住宅楼的建筑高度为77.49m，地上部分有26层，地下部分为1层；基础顶至第4层顶的剪力墙混凝土等级为C50，第4层～第8层顶的剪力墙混凝土等级为C45，第8层～第12层顶的剪力墙混凝土等级为C40，第12层～第16层顶的剪力墙混凝土等级为C35，第16层以上的剪力墙混凝土等级为C30。该楼的Revit三维模型如图1所示。

图1 Revit三维模型

2 Revit三维模型与计算分析模型的对接

我国常用的BIM三维建模软件是Revit，常用的结构设计分析软件有PKPM、YJK、midas Building等。该项目采用的结构计算分析软件是YJK，BIM三维建模软件是Revit 2019。如何将Revit三维模型和结构计算模型对接起来，这对于结构专业来说至关重要。

该项目采用广联达鸿业BIMSpace结构设计校审软件来实现Revit三维模型和计算模型之间的对接。广联达鸿业BIMSpace结构设计校审软件（即广联达鸿业的BIMSpace乐构）是一个基于Revit软件开发的结构正向设计插件，主要分为结构模型/平面、梁施工图、板施工图、墙柱施工图、结构节点五大部分，每个部分又分别提供结构平面布置图、梁配筋图、楼板配筋图、墙柱配筋图的设计和自动校核功能。该软件以结构BIM正向设计为理念，意在提高结构工程师的设计效率，使模型、图纸质量符合设计规范要求，提高结构平法施工图的信息化程度。其主要功能有以下几点：无缝对接PKPM、YJK计算结果和Revit三维模型；导入Revit软件中生成的三维模型及平面模型，完成结构施工图的设计、编辑、修改；自动绘制和自动审核梁、板、剪力墙（柱）、基础及节点施工图。

3 结构BIM正向设计在实际工程中的应用

青岛寺门首项目22#住宅楼的结构BIM正向设计应用流程分为以下3个步骤：（1）根据方案CAD提资条件，首先在YJK软件中进行结构试算，控制位移角、位移比等指标，最后确定结构平面布置图。（2）根据建筑Revit提资条件，首先在Revit软件中覆盖参照建筑的轴网和标高，然后复制监视建筑轴网，最后建立各层的结构平面布置图，包括剪力墙、梁、卫生间降板填充，梁的尺寸标注，板厚，折板大样等信息，组装各层的结构Revit模型。（3）根据龙湖集团的HALO 3D产品审核软件进行建筑、结构、机电各专业间的碰撞检查分析，最后利用广联达鸿业的BIMSpace结构设计校审软件出结构施工图。

3.1 BIM正向设计出结构施工图的流程

青岛寺门首项目22#住宅楼的BIM正向设计出结构施工图的流程如下：（1）从YJK计算分析模型中导出建模数据和计算结果数据。（2）打开广联达鸿业的BIMSpace结构设计校审软件，首先点击“计算模型关联”，然后点击“浏览”，最后选择相应的YJK计算分析模型。（3）匹配用户族和识别用户模型（如果是从YJK计算分析软件导入Revit三维模型的情况，则不需要进行此步骤）。（4）模型导入（如果是用户自己建的Revit三维模型，不需要进行此步骤）。（5）梁施工图设计。首先需要进行参数设置，然后需要进行出图层设置、支座查改，最后直接生成梁施工图。梁施工图设计模块里面有梁强条校审功能，可以进行梁平法施工图的校审。（6）板施工图设计。在进行板施工图设计之前，需要在YJK模型中生成对应层的板配筋计算结果。（7）剪力墙（柱）平法施工图设计。因该软件此功能生成的详图相对于CAD二维设计而言效果较差，因此此次剪力墙（柱）平法施工图没有进行正向设计。（8）楼梯详图设计。

该项目此次利用Revit正向设计出的结构图纸为结构平面布置图、梁平法施工图、板配筋图、楼梯详图。目前，该项目已经完成了施工图内审流程，正在进行施工图外审流程。

3.2 BIM正向设计与传统CAD二维设计的对比

通过与传统的CAD二维设计流程进行对比发现，结构BIM正向设计出图不仅在设计周期、强条检查及出图效率上强于传统的CAD二维设计，而且在三维协同、智能出图、碰撞检查等方面更强于传统的CAD二维设计。因此，结构BIM正向设计出施工图未来肯定能在实际建筑工程中得到更加广泛的应用。

3.3 BIM正向设计与BIM反向设计的对比

目前，很多设计院都在实际建筑工程中应用BIM技术，但是大多数设计院都是进行的BIM反向设计。BIM反向设计的具体流程为，首先根据设计院画好的二维CAD图纸在Revit软件中建立建筑、结构、机电的BIM三维模型，然后根据建好的BIM三维模型进行净高分析、碰撞检查等，最后得到BIM分析报告后，再返给二维设计院进行二维图纸的修改。此流程虽然应用了BIM技术，但是并没有完全发挥BIM技术的优势，不仅费人、费力、费钱，而且操作步骤过于烦琐，不利于BIM技术的发展。BIM正向设计则可以直接出施工图，优势显著，必将在实际建筑工程中应用得越来越广泛。

3.4 协同设计

BIM正向设计最重要的特点之一就是实现了各专业间的三维协同设计，各个专业在中心文件（即同一个Revit三维模型）中互相提资、校对、审核等。在案例项目中，结构专业通过建立的Revit三维模型向建筑和机电专业提剪力墙和梁的布置，同时可以根据建筑、机电的提资条件，在Revit三维模型留结构洞口、降板等条件。

4 结论

文章以实际的建筑工程为例，研究了结构BIM正向设计在高层住宅项目中的应用，得到以下结论：（1）对于结构BIM正向设计来说，Revit三维模型与计算分析模型之间要通过结构BIM正向设计插件才能实现真正意义上的BIM正向设计；（2）目前能用BIM正向设计插件出结构施工图的有结构平面布置图、梁平法施工图、板配筋图，楼梯详图；（3）BIM正向设计可以替代传统二维CAD设计出图和BIM反向设计碰撞分析。