文章来源：电力勘测设计

    0?引言

    BIM设计[1]指运用BIM建模软件或BIM专业应用软件，构建符合GB/T51212－2016《建筑信息模型应用统一标准》规定的建筑、结构及机电设施/系统三维信息化模型，且可自动/半自动生成及导出符合《建筑工程设计文件编制深度规定》(2016年版)要求的传统二维工程设计图。

    福建省对2016年度示范项目调查后发现，BIM技术可减少返工15%～25%，减少设计变更10%～30%，减少项目协调时间20%～30%，缩短工期5%～15%，降低成本2%～10%[2]。BIM技术目前主要局限于施工阶段的碰撞检测、管线综合、净高分析、施工模拟、漫游及渲染等[3-4]。自2000年左右起，以电力设计院和石油设计院为主的工业设计院，相继引进PDMS或SP3D等BIM平台软件，采用数字化设计手段开展工艺设备管道的布置与设计。工艺专业开展数字化设计，其中一个最基本的设计输入就是结构专业的BIM模型。直到现在，为配合工艺专业的数字化设计，是在结构专业完成结构设计之后，按DWG施工图纸在PDMS等平台软件中创建结构模型，即所谓的“翻模”。此工作方式需要额外的工作量，而且需要严格的制度以保证BIM模型与DWG图纸的一致性。在翻模的过程中，BIM模型和DWG图纸不一致的情况屡屡发生。众多学者对数据转换和BIM成图进行了研究。乔保娟等[5]等研究和开发了PKPM-Revit的双向接口。吴文勇等提出解决Revit转换接口和AutoCAD自动成图[6]，并且开发了正向设计软件GSRevit[7]。杨党辉等[8]研究了IFC与结构分析软件的数据转换。刘照球等[9]提出将BIM模型先转到PKPM或YJK，然后利用PKPM或YJK提供的接口转到其它的分析软件。李坤[10]在地铁车站的设计中采用Revit建模并导入RobotStructrue进行结构分析。赵华英[11]、王勇等[12]在创建Revit模型和平法图纸后，利用CSIXRevit将模型导入Etabs中分析。肖新瑜[13]、孙晓翔[14]等采用YJK-Revit进行结构建模与出图的尝试。郝国龙[15]基于Revit建模并创建结构图纸，董爱平[16]基于Revit研究并实现了梁、板、柱、基础平法图。但截至目前，在工程的设计阶段，结构专业通常是在完成二维CAD图纸后，以“翻模”的形式创建三维模型配合建筑、机电等专业进行BIM应用，极少主动采用BIM技术进行正向设计。究其原因，现有文献尽管提出了各种数据转换和BIM成图方式，各软件商和设计院开发了各种辅助设计软件，但都还没有实现不低于传统二维CAD设计方式的效率，而“翻模”的方式也确确实实能满足碰撞检测、管线综合等BIM应用的要求，故而导致结构专业不愿采用BIM正向设计方式。本文以越南某600MW火力发电厂的钢结构主厂房的施工图设计为例，介绍利用Revit和AutoCAD的长处进行BIM正向设计的方法：采用Revit软件中完成结构的布置设计，采用AutoCAD绘制钢结构节点详图和结构设计总说明。

    1?工程概况

    越南某600MW火力发电厂主厂房，其结构形式为钢结构。横向为29m跨度汽机房+11m跨度除氧间，纵向为两台机(图1)，#1厂房长152.5m，#2厂房长130m，两台机之间设抗震缝隔开。结构形式为横向刚接框架+支撑，纵向铰接+支撑。梁、柱、支撑均采用H型钢，并优先采用轧制H型钢。运转层标高13.454m，汽机房屋面采用单坡焊接H型钢，最低处檐口标高30.500m，坡度为1/10。运转层楼板120mm厚，其余楼板100mm厚。楼板下均设BHP76mm楼承板，楼承板与钢梁间采用剪力钉连接。结构分析软件为Bentley公司的STAADV8i。钢结构连接节点均采用10.9级高强螺栓，在国内加工后运往现场，以最大程度减少现场焊接工作量。

    2?本结构设计特点

    1)外方业主进度要求严格。不管采用BIM翻模还是BIM正向设计方式，必须满足出图进度要求。

    2)设计工期较长。在施工图设计阶段，结构专业需要根据初步设计阶段的结构布置图，结合着工艺资料进行细化的布置设计。然后在STAAD中创建分析模型，输入建筑和工艺专业提供的荷载后进行结构计算，反复迭代直至优化的设计结果。该阶段的设计工期一般约3～6个月。

    3)分析计算工作量大。每个主厂房约3000～4000根梁、柱、支撑杆件，除了楼板荷载与砖墙荷载以外，还有数百个工艺点荷载需要一个个人工分配到周边的梁柱构件上。

    4)工艺专业需要最新的结构BIM模型。热机专业在PDMS平台进行管道应力分析和支吊架出图，需要结构专业在完成初步的结构布置后即提供结构三维模型，并且需要结构专业不断提供最新的结构三维模型。

    5)建筑和其它工艺专业的设计资料通过DWG图纸提供。本工程建筑、暖通、供水、化水、运煤、电气等专业，仍旧采用AutoCAD绘制二维的埋件、孔洞、荷载图。

    6)设计过程中修改多。工艺专业需要根据最新的结构模型修改管道和设备的布置，会因业主实际采购设备的变化而修改荷载、孔洞、埋件，还会因工艺专业相互之间的原因而修改。7)所指派的结构工程师未曾使用过BIM软件。本项目是第一次在结构专业正式使用BIM技术，所指派的结构工程师以前未曾接触过BIM软件。

    8)钢结构的连接节点采用通用图，由加工方根据构件的内力，结合构件的连接形式，自行计算得具体的螺栓直径与个数、连接板大小与厚度。

    3?确定BIM设计方式

    考虑到需要尽量套用已有的AutoCAD节点详图，而这些节点详图难免有所修改，在AutoCAD中修改要方便一些，而且也可以不放入Revit中，故设计前确立了以Revit代替AutoCAD完成布置设计的原则。

    1)用Revit进行布置设计，创建平、立、剖图纸，用AutoCAD绘制和修改总说明与节点通用图。

    2)为了确保满足出图进度要求，由2人配合完成结构计算和绘图。分析工程师先在STAAD中建模计算，待全校人、主要设计人、主管科长校核均通过后,再开始在Revit中创建结构BIM模型和平、立、剖图纸。

    3)数字化设计中心BIM工程师采用第三方插件，在Revit中导入STAAD计算模型，创建第一版Revit模型。检测与样板文件不符合的地方，经初步加工后，移交绘图工程师进行BIM建模和制图。

    4)绘图工程师在Revit中以链接的方式链入最新版的孔洞、荷载DWG图纸，进行结构的布置设计。当有构件定位和型号的修改时，通知分析工程师在STAAD中也相同修改。

    5)在整个设计期间，数字化设计中心BIM工程师以中心文件协同的方式，协助绘图工程师进行BIM设计，实时响应结构工程师的求助，满足工程设计进度要求。

    6)Revit中的图纸不导出为DWG格式。Revit中的图纸直接在Revit中打印PDF出版，AutoCAD中的图纸在AutoCAD中打印PDF出版，图纸出版后的才放到一起发送给业主。

    7)在Revit中完成结构布置后，结构工程师仍按传统的方式自行在STAAD中建模和计算。若有改动，人工同时修改Revit模型与图纸、STAAD计算模型。

    8)由于热机专业的BIM设计主要使用结构专业的梁、柱、支撑，可以不需要混凝土楼板。为确保满足工程进度的需要，在本次BIM设计仅完成钢结构梁、柱、支撑等主体构件，混凝土楼板及其孔洞、支墩、埋件另行安排卷册进行。

    4?BIM设计过程及问题

    4.1设计过程

    由于确保设计进度的需要，本次设计是先由分析工程师完成结构计算，待各级校核无误后，才由绘图工程师开始BIM建模与成图。在创建结构计算模型时，由于工艺孔洞非常多且仍旧是表示在DWG图纸中，故需要先在AutoCAD中完成初步的结构的布置，然后再STAAD中创建计算模型。

    在结构分析计算和优化的过程中，热机专业在通过PDMS中的插件，能直接读入STAAD结构模型。热机和其它工艺专业还多次修改了孔洞和荷载，导致分析工程师不得不相应地修改STAAD模型。数字化设计中心的BIM工程师首次创建Revit模型时，采用了既定样板文件。为了减少修改量，直接在Revit中采用PDST导入STAAD模型。由于PDST导入的族库文件不符合Revit本身的成图规则，故BIM工程师将所有由软件生成的构件族均人工替换为自己创建的族。轴网和标高由BIM工程师进行修改，删除不必要的轴网和标高。Revit模型初步调整后，由BIM工程师移交给绘图工程师进行细化。标注轴网和构件的定位尺寸，链接DWG提资图纸创建孔洞。对构件进行类别设定，各构件按照样板文件所确立的显示方式分色显示(图2、图3)。指定梁端的约束情况，当设置为铰接或刚接时，Revit自动按样板文件所指定的图例显示铰接或刚接(图4)。对于杆件的截面标注，只需要采用Revit内置的命令一键形成。各层平面图采用了单线模式显示，能准确地显示梁和水平支撑端部的约束释放情况，便于与STAAD计算模型进行对比查错。在创建框架外形图时，因为标注的文字少，直接采用双线模式显示更为直接和方便(图5、图6、图7)。

    4.2存在问题及解决办法

    1)分析工程师在创建STAAD计算模型时，仍旧需要事先在AutoCAD中根据工艺资料完成初步的结构布置，而此图纸后续将不会被使用，这是一个多余的工作量。经本次设计发现，把Revit当作AutoCAD使用，先在Revit中完成平立剖图纸，然后建立STAAD计算模型，实际上是能满足进度要求的。

    2)在Revit中人工创建孔洞不够方便。下一步应开发插件，实现读入数字化的孔洞，考虑到二维设计还将长期存在，故还应能读DWG图中的孔洞。

    3)同理，荷载、埋件、支墩也应开发插件实现数字化的读取，也要能支持读取DWG图。

    4)结构设计总说明和钢结构节点图在Revit中绘制和修改不够方便。目前仍旧在AutoCAD中绘制和修改，以后可考虑以适当的方式固化在Revit中。

    5?结论

    在BIM正向设计中，单纯地将Revit替代AutoCAD来创建平、立、剖图纸是可行的。与传统的二维设计方式的效率相比，减少了“画图”的工作，让结构工程师能更专注于结构的优化设计。

    BIM正向设计所形成的BIM模型是真实模型，不仅有100%正确的几何形体，还能随时向工艺提供当前最新版模型，能实现材料统计、便于造价计算，并且能基于此模型在Revit中继续开发结构专业需要的功能。

    参考文献

    [1]深圳市住房和建设局.深圳市建设工程勘察设计工期定额(2018)[M]．深圳：知识产权出版社，2018．

    [2]福建省住房和城乡建设厅．关于2016年福建省建筑信息模型(BIM)试点示范项目实施情况的通报[EB/OL]．http://zjt.fujian.gov.cn/xxgk/zxwj/zxwj/201701/t20170103_2921817.htm．

    [3]刘占省，王泽强，张桐睿，等．BIM技术全寿命周期一体化应用研究[J]．施工技术，2013，42(18)：91-95．

    [4]郑华海，刘匀，李元齐．BIM技术研究与应用现状[J]．结构工程师，2015，31(4)：233-241．

    [5]乔保娟，邓正贤，张洪磊．PKPM与Revit接口软件中若干问题探讨[J]．土木建筑工程信息技术，2014，6(1)：113-117．

    [6]吴文勇，焦柯，童慧波，等．BIM建筑结构设计过程的研究与实现[J]．建筑结构，2013，43(S1)：825-828．

    [7]吴文勇，焦柯，童慧波，等．基于Revit的建筑结构BIM正向设计方法及软件实现[J]．土木建筑工程信息技术，2018，10(03)：39-45．

    [8]杨党辉，苏原，孙明．基于BIM技术的结构设计中的数据转换问题分析[J]．建筑科学，2015，31(3)：31-36，56．[9]刘照球，张吉．结构分析BIM模型框架和数据转换应用[J]．工业建筑，2015，45(2)：178-183．

    [10]李坤．BIM技术在地铁车站结构设计中的应用研究[J]．铁道工程学报，2015，32(02)：103-108．

    [11]赵华英．BIM结构设计应用[J]．土木建筑工程信息技术，2015，7(3)：30-39．

    [12]王勇，张建平．基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计[J]．华南理工大学学报(自然科学版)，2013，41(03)：76-82．

    [13]肖新瑜．BIM在结构设计中的应用探讨[J]．广东土木与建筑，2017，24(06)：70-72．

    [14]孙晓翔，阎子鑫．BIM正向设计技术在某小学结构设计中的应用[J]．城市住宅，2018，25(07)：30-32．

    [15]郝国龙．基于BIM的某多层住宅结构设计[J]．建筑结构，2013，43(S1)：829-831．

    [16]董爱平．基于Revit的结构平法施工图运用研究[J]．土木建筑工程信息技术，2015，7(1)：44-48．

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