結構工程師必須掌握的5大BIM經(jīng)驗

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1.結構工程師應用BIM技術的難點和問題

首先，基于BIM技術的3D工具軟件(如：Revit)采用了眾多的系統(tǒng)參數(shù)和模塊參變量，與2D創(chuàng)建視圖技術有很大的不同，BIM工具軟件又要兼顧與2D設計習慣的連貫性，所以系統(tǒng)參數(shù)和模塊參變量比2D工具軟件中的參數(shù)要復雜很多倍，這就使得應用中因為系統(tǒng)參數(shù)設置不當或參數(shù)與參數(shù)之間不匹配而導致很多意想不到的問題。

另外，結構設計中往往需要采用特殊的結構構件，但如果特殊的結構構件模塊(族)設計得不好，其3D細節(jié)或剖面視圖就達不到結構工程師想要的效果。結構工程師往往因此而放棄BIM技術，回到原來的2D繪圖設計方式。

BIM軟件又要兼顧與2D設計習慣的連貫性

再有，基于BIM技術的理想3D物理模型與結構分析模型是可以雙向鏈接的。由于分析模型中包括了大量第三方分析程序所要求的各種信息，如：荷載、荷載組合、支座條件，這就使得工具軟件中采用的參數(shù)更加繁多，讓初學者很難快速適應和把握，物理模型與結構分析模型雙向鏈接的優(yōu)點不能真正得到發(fā)揮，而這又是結構工程師希望的功能。下面針對這些問題探討解決方案。

2.一般性問題的解決方案

這里說到的一般性問題的解決方案主要是針對Autodesk Revit Structure工具軟件的初級用戶和在簡單工程項目的結構設計中應用BIM技術的用戶。解決方案主要包括以下幾個方面。

2.1 創(chuàng)建符合本公司設計習慣的項目樣板

項目樣板是搭建BIM技術模型的基礎，有了一個真正意義上的好項目樣板，可減少很多重復的工作和加快設計速度。雖然Revit Structure工具軟件提供了符合中國習慣的結構標準項目樣板文件，但它是針對所有用戶的，對個體用戶一般要調整較多的設置才能適合。其中主要設定的內容有：

(1)自定義項目瀏覽器中的項目視圖組織結構(圖1)層次清晰的視圖結構可以便于視圖組織與管理，提高工作效率。

(2)定制常用視圖樣板

即設定視圖屬性中的各項參數(shù)值，使得各種平面視圖符合繪圖標準和自己的習慣。比如在結構布置平面視圖樣板中，顯示模式要設成“隱藏線(Hidden Line)”，而結構模板平面視圖樣板為了建模時直觀，建議設成“帶邊框著色(Shading/Edges)”?？傊?，視圖樣板是根據(jù)其目的，采用改變視圖屬性參數(shù)值的方法來顯示需要的內容，而隱藏不需要的內容。

建議視圖樣板包括以下幾種：

1)結構基礎平面：用于結構基礎圖、樁布置圖;

2)結構模板平面：用于結構建模，即搭建BIM模型的操作主要就是在結構模板平面視圖中進行，而3D視圖用于檢查搭建的模型是否正確;

3)結構布置平面：用于標注結構構件定位、構件尺寸和編號、索引和注釋等內容;

4)結構配筋平面：用于繪制結構梁板柱之鋼筋、標注鋼筋代號和布筋范圍、 鋼筋量注釋等內容;

5)結構剖面：用于繪制結構細部剖面和大樣圖及相關標注和注釋等內容;

6)結構立面：用于表示斜撐布置、結構桁架和轉換結構。

(3)增加系統(tǒng)族和構件族的常用構件類型

建議結構墻的類型包括：100，125，150，180，200，250，300，350，400，450，500，600，700，800，900，1000等厚度(單位mm)的墻類型;建議結構樓板的類型包括：100，120，150，180，200，220，250，300，350，400，500等; 建議基礎底板的類型包括：500，800，1000，1500，2000，2500等;普通混凝土結構梁的類型包括：200×400，300×500，400×600，500×600等。由于梁在設計中可能的類型變化多樣，建議根據(jù)需要來增加類型;混凝土柱也一樣。

(4)定制好常用的明細表

結構工程師常用的明細表主要包括以下幾種：1)構件尺寸明細表，包括：梁尺寸表、墻和柱尺寸表;2)樓梯表;3)結構層高表;4)材料表明細等。下圖是梁尺寸示例：

(5)創(chuàng)建項目樣板圖應注意的問題

Revit可以將已經(jīng)完成的項目中的類型和構件族及相關標準傳遞到新項目，所以可以部分借鑒成功項目來創(chuàng)建符合自己習慣的工程項目樣板，但借鑒成功項目來創(chuàng)建的項目樣板需要在自己的實踐中檢驗是否合適。也要避免在項目樣板中填充大量的族，因為這些族不是對于每個項目都是有用的。與綜合樣板相比，建議盡量使用最簡單的樣板。

2.2 創(chuàng)建符合本公司設計標準的常用構件族

結構設計中的構件族主要就是：結構基礎、結構柱、結構框架(梁)、結構桁架和板式樓梯。以工業(yè)建筑設計為主的公司，其常用的結構構件是預制構件和鋼結構構件;以民用住宅設計為主的公司，其常用的結構構件是現(xiàn)澆混凝土構件。根據(jù)需要來創(chuàng)建符合本公司設計標準和常用的構件族可以節(jié)省時間;根據(jù)需要將自己常用的構件族載入項目樣板文件可以減小文件字節(jié)，提高電腦運行速度。

創(chuàng)建自己的構件族可以用Revit Structure軟件提供的構件族稍作修改，但關鍵是要適合自己的習慣和公司標準。

2.3 組織和創(chuàng)建常用的注釋符號和詳圖項目

(1)注釋符號：構件編號標記、構件連接符號、剖面標頭、詳圖索引標頭、標高標頭、注釋標記、修訂標記、中心線、平面法標注等。

(2)詳圖項目：2D板上/下鐵、2D洞口、鋼構截面、填充區(qū)域等。

(3)結構鋼筋：鋼筋標記、鋼筋彎鉤和鋼筋形狀等。

注釋符號和二維詳圖項目族的形式繁多，可以參考的現(xiàn)有族文件也很多，建議在項目樣板僅保留自己常用的。

2.4 創(chuàng)建公司圖框

在Revit中，圖框是二維注釋可載入族?！禦evit用戶手冊》有關于創(chuàng)建圖框的說明，但建議創(chuàng)建圖框的步驟是：利用相應圖幅的公制標題欄為樣板，在族編輯器中載入2D的CAD圖框，將載入的CAD圖框移動到標題欄樣板框的位置，并將其“部分炸開”，然后增加文本標簽：業(yè)主名稱、工程名稱、項目編號、圖名、設計階段、比例、圖紙編號、設計簽名、修訂版本、修訂日期等。標簽加完后，另名保存。

需要注意，當創(chuàng)建的圖框族被載入到項目后，在圖框族中添加的標簽有些與系統(tǒng)變量自動鏈接和更新;有些可以在項目中的每一張圖紙中獨立修改其文本內容;有些在一張圖紙上改了，其它的圖紙均同時修改。

2.5 鏈接2D或3D建筑CAD圖文件作為結構建模條件

由于Revit建筑3D圖中的梁柱族與結構梁柱族是不同的，所以建議僅利用2D或3D建筑圖文件作為結構建模條件，在此基礎上獨立搭建結構BIM模型。鏈接上了2D或3D的建筑條件圖，主要是給結構建模提供構件定位用。

3.特殊性問題的解決方案

特殊性問題的解決方案主要是針對Autodesk Revit Structure工具軟件的中級及高級用戶和復雜工程項目的結構設計。解決方案主要包括以下方面：

3.1 創(chuàng)建自己常用的異型構件族

結構工程師在工程設計中的價值體現(xiàn)主要表現(xiàn)在：能夠采用特殊的方法和技術手段來解決一個具體問題，能夠提供多種備選結構方案，從而實現(xiàn)建筑師所期望的空間效果和機電工程師布置其設備和管線所要求的空間尺寸，保證結構構件不與其它專業(yè)元素發(fā)生沖突。要實現(xiàn)這一切，結構工程師的解決方案往往就是采用異型(非常規(guī))的結構構件，比如：折梁、變截面梁、缺口梁、魚腹梁、梁上開洞口、斜柱、異型柱、SRC組合構件、局部降板等。

現(xiàn)有的BIM技術建模工具一般不提供此類異型構件的族塊(構件族文件)。設計師如果用常規(guī)構件來替代此類異型構件，BIM技術的核心價值就得不到體現(xiàn)，因為用簡化的結構模型去與其它專業(yè)進行設計協(xié)調，真正有沖突的地方不會被發(fā)現(xiàn)，沒有沖突的部位反而會錯誤報警。所以創(chuàng)造自己的異型構件族是順利應用BIM技術于自己設計工作的關鍵一步。創(chuàng)造靈活、簡便、通用性強又具備高度智能的異型構件族，是結構工程師創(chuàng)造性應用BIM技術的智慧體現(xiàn)。

結構構件變化多樣，很多細節(jié)又隱蔽在構件內部或被裝飾物遮擋，不直觀。另外結構工程師的三維空間概念和圖形透視方面的知識不如建筑師，所以要掌握和創(chuàng)造高度智能的異型構件族，要求結構工程師有比較全面的知識，包括：必備的3D基礎知識、較強的計算機操作能力和結構專業(yè)知識，也要具有掌握新技術的學習能力和善于總結及創(chuàng)新的能力。

創(chuàng)建異型構件族是一項龐大的系統(tǒng)工程，但具體到某個設計團隊，由于工作性質不同，自己常用的異型構件族并不是很多。另外，開始時花費一些時間和精力來做好這項工作，可為今后大大節(jié)省時間。限于篇幅，如何創(chuàng)建異型構件族的細節(jié)在此不多述。

3.2 關于鋼筋混凝土結構的平法表示

在中國內地流行鋼筋混凝土結構施工圖的繪制均采用平面表示法，即在平面圖上標注一些代號，通過對照標準圖集，施工技術人員就可以將其轉換成工藝圖或放樣圖，這樣就免去了結構工程師的大量繪圖工作。其實施工人員最終還是需要完成必須有的工藝圖或放樣圖的繪制工作。

Revit Structure 起初覺得平面表示法這個環(huán)節(jié)多余，因為從BIM技術模型可以輕松提取相關數(shù)據(jù)自動生成施工人員要的工藝圖或放樣圖，但這不符合中國工程師的設計習慣和目前中國政府主管部門對施工圖文檔的報審和備案要求。

為了適應中國市場要求，Autodesk Subscription(速博)就中國結構施工圖平面表示法提供了一套變通解決方案—中國本地化工具包，即采用共享參數(shù)和二維詳圖等標注功能來實現(xiàn)基于平法施工圖的制圖要求。筆者初步試用感覺此套方案是可行的，基本上解決了平法施工圖的表達問題。但效率比在2D工具中進行平法標注無明顯提升，還有待改進。

3.3 BIM物理模型與分析模型的鏈接及管理

雖然Revit Structure可以實現(xiàn)與多個處于領先地位的第三方分析應用軟件鏈接，但目前鏈接得比較好又為中國用戶熟悉的就是ETABS。但第三方分析應用軟件往往版本更新與Revit不能同步，因此實際應用中，物理模型與分析模型的雙向鏈接功能很少被中國用戶采用。

如果使用的不是Revit Structure的分析模型功能，也不太關心分析模型的準確性，則建議通過在用戶界面中或在Revit Structure.ini文件中禁用這些功能， 來顯著提高模型性能。關于禁用這些功能的細節(jié)請參考相關使用說明。

3.4 關于配筋大樣圖和鋼構節(jié)點大樣

雖然Revit Structure可利用其內部功能和外部二維詳圖族實現(xiàn)繪制配筋大樣圖和鋼構節(jié)點大樣，但利用第三方的應用擴展軟件包可大大提高繪制速度Subscription 的結構擴展程序就是其一，但其功能有待完善。

4.BIM技術在結構設計過程中的階段性應用

在結構設計前期的方案和初步設計階段，運用BIM技術可以方便與建筑師和機電工程師的協(xié)調，可以輕松靈活地提供多個備選方案，發(fā)揮3D模型可視化的功能給客戶展示，以便迅速作出決定。目前基于BIM技術的工具軟件在給結構設計提供的功能一般都可以很好地達到初步設計文檔所要求的深度。

但是，結構工程師最關心的是從結構計算到快速出施工圖，即生成符合標準的設計施工圖文檔。由于目前基于BIM理念的工具軟件尚有些技術問題還沒有很好解決，從3D模型到傳統(tǒng)的施工圖文檔還不能達到100%的無縫鏈接，所以在實際應用中，建議階段性應用或部分應用BIM技術，同樣也可以大大提高工作效率。比如，利用工具軟件快速創(chuàng)建3D模型并自動生成各層平面結構圖(模板圖)和剖面圖的優(yōu)點，來完成結構條件圖。將條件圖導出為2D圖，一方面提供給其它專業(yè)作為結構條件用，另外也是自己在2D工具中制作配筋詳圖和節(jié)點詳圖的基準底圖。

建議在2D詳圖工具軟件(如AutoCAD)中外部引用自3D模型導出的條件圖，并關掉在配筋圖和大樣圖中不需要的圖層，今后如果3D模型有較多的改動和發(fā)生設計變更，僅需要重新導出一次條件圖并覆蓋舊的條件圖文件，這樣與模板圖有關的修改內容(構件大小和位置)就在與之關聯(lián)的全部配筋圖和大樣圖中自動更新，避免了打開每張圖在其中重復修改的麻煩。

5.總結

(1)要有統(tǒng)一的BIM技術公司標準和項目樣板，以便初學者可以快速上手，也便于設計團隊內部及不同專業(yè)團隊之間的協(xié)調和資源共享。

(2)創(chuàng)造自己的異型構件族是結構工程師能否用好BIM技術于自己設計工作的關鍵。

(3)采用變通的解決方案和階段性運用BIM技術可以提前享受BIM技術的優(yōu)勢，提高自己在行業(yè)中的競爭力。

(4)在單位內部成立BIM技術小組，共享經(jīng)驗，共同研討解決方案，有利于BIM技術得到深入廣泛的應用，帶來可觀的效益。

BIM模型在施工過程中的應用可全面提升工程造價行業(yè)效率與信息化管理水平，優(yōu)化管理流程，高效率、高精準度的完成工程量計算工作。以上內容就是“結構工程師必須掌握的5大BIM經(jīng)驗”，更多BIM熱點資訊/教程分享歡迎關注微信公眾號“BIM實訓”，也可點擊下方免費下載領取精品學習資料。