基于BIM的装配整体式混凝土梁的拆分研究

基于BIM的装配整体式混凝土梁的拆分研究

冯 青1 陆小龙2 汪德江1 李 珂1

(1.上海大学土木工程系,上海 200072;2.国网上海市电力公司经济技术研究院,上海 200122)

【摘 要】针对装配整体式建筑深化设计工作量较大的问题，本文采用BIM二次开发技术，提出了基于BIM技术梁的拆分系统的架构，通过读取装配整体式混凝土建筑的BIM模型，依据梁柱的各种交汇情况，分别建立与选择与结构相对应的节点族，从而获得预制梁的长度、规格与节点的型式与尺寸，实现了装配整体式建筑中混凝土梁的自动拆分功能。

【关键词】建筑信息模型； 装配式建筑； 构件拆分

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.05.15

引言

装配整体式混凝土建筑为解决当前人工成本过高以及建筑施工造成的污染问题，提供了一种可行的解决方法。装配整体式混凝土建筑与现浇建筑相比，具有以下特点：施工进度快，施工现场劳动力减少，现场用料少，湿作业少，有利于环境保护，模板工程用量大幅度减少，外饰面与外墙板可同时在工厂完成，现场可以一步达到粗装修水平，节省水电消耗从而达到节能减排的效果[1]。

在我国上世纪80 年代，预制混凝土结构因施工速度快，得到广泛应用。但20世纪90 年代以后，由于当时的技术水平限制，预制装配结构与现浇结构相比，存在着抗震性能弱以及因加工精度低而造成的建筑质量差等问题。随着商品混凝土技术的广泛应用，预制结构逐渐退出市场[2]。

随着社会发展的需要与技术的创新，预制混凝土加工精度与质量得到提高，装配整体式结构的施工技术已解决以往预制结构所存在的问题。采用装配整体式结构的条件、技术均已成熟，而且装配整体式结构的特点也切合当前的社会发展需要，因此装配整体式结构当前得到各级政府的大力推广。

装配整体式建筑与现浇式建筑不同。

在施工图完成后，需要对施工图纸进行深化设计，即对其中的预制柱、梁、楼板、墙板等进行拆分，拆分完成后，才能进行工厂的预制构件生产。但由于建筑体型复杂，构件的长度、型号种类较多，如果依靠手工划分，则其工作量是非常大的。

使用计算机来完成预制构件的自动划分，无疑将解决该问题。但是，计算机划分预制构件，必须将该建筑的三维信息、构件特性等完整输入计算机。传统的CAD技术仅仅是图形，无法得到完整的构件信息。而BIM技术的最大特征，就是建筑信息的三维数字化，为计算机处理建筑模型提供了数字化的基础，这就为计算机对预制建筑构件的划分提供了可能。

Rafael Sacks于2005年，提出了三维模型应用与PC建筑的模式，指出三维模型应用于预制装配式建筑，相比于现浇建筑，由于预制构件的特殊性，易于使用BIM进行管理，且BIM模型更易用于预制装配式建筑中[3]。李浩等于2011年针对预制构件的深化设计中综合管线排布问题，提出了比较合理的叠合板的拆分原则[4]。张德海等于2014年提出了适用于装配式建筑的基于BIM的模块化设计方法，以期将原施工图设计与拆分深化设计进行合并，优化设计流程[5]。

2 拆分系统的架构

采用BIM二次开发技术实现预制梁的拆分，首先需建立装配整体式该建筑的BIM模型，然后采用二次开发技术读取BIM模型中的数据。同时依据预先建立的各种梁柱节点的BIM模型族，依据每个节点的连接情况，选择不同的节点族。在BIM模型中获得梁的种类与坐标，在节点族依据节点状况设定族参数，即可进行预制梁的拆分，其系统架构见图1。

图1 基于BIM的预制梁的拆分系统的架构

3 梁的建模与信息的读取

实现梁的自动拆分，首先需要保证梁的BIM模型符合统一标准，方可使用BIM二次开发技术，读取梁的信息，包含位置、尺寸、混凝土编号、钢筋种类与数量等。

(1)BIM中模型的建模标准

要实现BIM信息的读取，则必须保证模型有足够的精度，且梁的模型均需符合统一的命名标准与参数标准。BIM的模型精细程度有LOD 100、200、300、400、500五个等级，用于预制梁的构件划分的BIM模型应达到LOD 300层次，即达到传统的施工图程度。对于构件的命名应具有统一的命名标准，且命名标准应符合工程习惯。不同人员的BIM建模，其所采用的Revit族可能是不同的，易于造成混淆。因此，必须对BIM的精细程度与标准进行统一的规定。只有BIM模型符合制定的标准，方可实现后续的预制梁的自动划分功能。

(2)BIM中梁的信息读取

本文的BIM建模采用Autodesk Revit 2014软件，在该软件中，实现了混凝土梁的参数化。同时，该软件还提供了强大的二次开发接口，即Revit API。使用Revit API作为接口模块，编程软件使用Visual Studio 2010，编程语言采用C#，可以实现深化设计所需的各种参数的读取。

在梁的Revit API中，主要的参数为梁的型号、尺寸、位置等信息。其中，梁的型号可由梁模型中的族类型(FamilySymbol)中读取，而梁的标高则可以由参数Host读取，见图2。

图2 Revit中梁的内部参数

梁的位置与长度信息，在Revit API中是由一根基准线(Line)定义的。因此，可以通过读取该线的起点与终点坐标，即读取Start Point和End Point的三维坐标点获得，见图3。在Revit API中，其程序内部单位是英制单位，而国内的单位均为公制单位，因此需要在本部分识别程序中，将BIM模型的所有英制转换为公制单位。

图3 梁的基线的起始与终点坐标参数

4 梁拆分的实现方法

因建筑形态复杂，所以装配整体式梁的连接节点种类较多。为解决该问题，可将当前常用的连接方式在Revit中定义为族，并对该族实现参数化。在拆分时，通过选择不同的族，实现不同的梁的连接节点。装配式梁柱节点的BIM模型示例见图4。

图4 装配整体式梁柱节点BIM模型

每种节点族可定义与梁的拆分相关的参数，表征该节点在梁的方向上距离轴线的长度。然后编程读取梁的三维坐标，计算梁的长度。则可依据各种节点族的特点，获得该族的节点长度，则总的梁的长度与节点族长度相减，即为预制梁的长度。同时，钢筋也可依据节点族的型式，获得节点处与梁相关的钢筋长度，并依据梁钢筋的搭接型式，计算梁内的钢筋长度。

在该部分编程中，首先需考虑梁的方向性问题，即梁可能沿X轴方向，也可能沿Y轴方向，也可能为斜向布置的。因此程序需依据梁的三维坐标，判断梁的方向，从而选择不同的节点族。对于斜向布置的梁，则需在在节点族中添加角度参数，依据梁的角度定义该节点族的角度参数的值。

其次，因梁柱节点处可能有多根梁交汇，可以依据梁的交汇情况定义不同的节点族，并在各个族

中，使用族参数演化生成符合不同交汇形式的族类型，从而减少族类型的类别，并降低编程的复杂性。

在单根梁划分完成后，考虑相邻梁的划分方向、同一节点构件划分的相互关系，处理该层所有梁的协调关系，完成整层的梁划分。最终逐层进行划分，完成整个建筑的梁的划分。

5 结论

本文提出了通过读取建筑的BIM模型信息，进行装配整体式混凝土梁自动拆分的方法。通过读取BIM模型中的梁的类别、位置、三维坐标等信息，自动选择不同种类的梁柱节点的BIM模型族，实现了装配整体式混凝土梁的自动拆分功能，为装配整体式建筑的深化设计提供了可行的快速实现方法。

参考文献：

[1]王长虹，杨兴富.节能-结构一体化产业化住宅研究[J]，施工技术， 2011, 345(40): 52-55.

[2]栗新. 工业化预制装配式(PC)住宅建筑的设计研究与应用[J].建筑施工， 2008, 30(3): 201-202.

[3]R.Sacks，C.M.Eastman.A Target Benchmark of the Impact of Three-Dimensional Parametric Modeling in Precast Construction[J].PCI journal：Prestressed Concrete Institute Journal[J].2005(4)： 126-139.

[4]李浩， 李永敢.工业化住宅预制构件深化设计流程及要点分析[J].施工技术.2011(10)： 111-114.

[5]张德海， 陈娜，韩进宇.基于BIM的模块化设计方法在装配式建筑中的应用[J].土木建筑工程信息技术， 2014(6)： 81-85.

Study on the Split of the Assembly Integral Concrete Beam based on BIM

Feng Qing1, Lu Xiaolong2, Wang Dejiang1, Li Ke1

(1.The Civil Engineering Department of Shanghai University, Shanghai 200072， China；2. Economic and Technical Research Institute of the State network Shanghai Electric Power Company,Shanghai 200122, China)

Abstract：Aiming at the problem of increasing workload of the assembly integral construction design, this paper adopts BIM two development technology and puts forward the structure of the split system based on BIM technology. Through the BIM model of prefabricated concrete buildings, respectively establish corresponding node group selection and structure, according to the beam column intersection, in order to obtain the type and size of length, node specifications and precast beam． Finally, the automatic split function of the concrete beam in the whole building is realized.

Key Words：Building Information Model; Assembly Building; Structural Member Split

【作者简介】冯青(1982- )，女，硕士研究生。主要研究方向：BIM。

【中图分类号】TU17

【文献标识码】A

【文章编号】1674-7461(2016)05-0083-03