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結構施工圖平法與BIM

2011-01-06 04:59龍輝元
土木建筑工程信息技術 2011年1期
關鍵詞:詳圖施工圖符號

龍輝元

結構施工圖平法與BIM

龍輝元

(奧雅納工程咨詢有限公司北京分公司,北京 100020)

本文就目前國內(nèi)通用的結構施工圖平面表示法(簡稱“平法”)與BIM技術理念能否相容的問題進行了初步探討,對在BIM中引入平法的可能性作了分析,比較了結構施工圖采用抽象的平法表達與采用虛擬仿真技術的實體詳圖表達的優(yōu)缺點。采用在平法之抽象符號或注釋塊中添加參數(shù)變量的技術手段,將平法注釋符號與BIM基礎模型信息建立起內(nèi)在的聯(lián)系,創(chuàng)建出高度智能的注釋符號族,應用于實際的BIM項目中,實現(xiàn)了全部的結構施工圖依舊采用平法表達,用案例說明了平法在BIM技術中能夠繼續(xù)發(fā)揮作用。

平法;BIM技術;建筑信息模型;智能族

1 前言

隨著BIM(建筑信息模型)技術工具軟件的不斷完善和BIM技術在中國工程界的逐步應用,BIM理念與中國流行的平法理念是否矛盾,二者能否相容,平法是否即將淘汰的討論已經(jīng)在網(wǎng)絡論壇展開,出現(xiàn)了完全不同的觀點和看法。

下面以筆者以應用BIM工具軟件Autodesk Revit Structure進行工程設計的實踐經(jīng)驗和體會,通過具體的設計案例來探討和分析目前國內(nèi)通用的結構施工圖平面表示法能否在BIM技術時代繼續(xù)發(fā)揮作用,以及如何才能發(fā)揮作用。旨在給準備采用BIM技術開展結構設計的工程師一些啟迪,給中國建筑行業(yè)技術標準和中國BIM標準制定者一些參考。

2 平法的注釋符號與BIM理念的相容性

BIM技術理念最早由歐特克(Autodesk)公司提出,其核心在于建筑實體虛擬仿真和工程信息高度集成,從而實現(xiàn)全行業(yè)可以信息共享和協(xié)同工作,大大提高工作效率和工作質(zhì)量,節(jié)省資源并降低能耗。BIM技術起初應用在美國和歐洲,所以該技術在建筑工程領域應用的解決方案均是針對美國和歐洲的用戶,其數(shù)據(jù)接口和工程文檔的表達方式均采用的是歐美國家的標準和傳統(tǒng)。雖然這些國家和地區(qū)關于結構施工圖的表達方式,沒有如中國現(xiàn)在很流行的“平面表示法”這一抽象的施工圖文檔表達方式,但歐美國家施工圖的表達除了采用直觀的詳圖表示法,也大量采用了抽象的符號作為工程語言來表示設計者意圖,從而簡化設計繪圖工作?,F(xiàn)有的BIM技術工具平臺,如Revit Structure,采用參數(shù)化符號概念,為這類表達方式提供了相應的解決方案。

平法的核心是表達鋼筋信息,而鋼筋信息是BIM的組成部分。如果平法的抽象注釋符號所表示的鋼筋信息均是以可存儲和可交換的數(shù)據(jù)形式包含其中,能夠與BIM中的鋼筋信息建立起內(nèi)在的聯(lián)系和雙向鏈接,那么平法理念的抽象化信息與BIM的數(shù)值化信息就可以統(tǒng)一,平法與BIM就不會對立。所以說,如果BIM技術及相關的工具軟件最早是由中國人提出和研發(fā)出來的,就一定不會有關于平法將會淘汰這一說法,因為相關技術工具軟件推出時一定就將平法的理念融入其中,而且會有很好的解決方案和易操作性。

3 基于BIM模型實現(xiàn)平法的可能性

最早將結構模型信息與平法聯(lián)系在一起的是目前中國內(nèi)地結構工程師非常熟悉的PKPM。PKPM系列軟件具有從結構分析計算到出結構平法施工圖的系列解決方案。但目前PKPM的解決方案僅是單向的,還無法實現(xiàn)雙向鏈接。在網(wǎng)絡論壇中也有關于PKPM是不是BIM的討論。PKPM系列軟件為不同專業(yè)之間的設計協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)交換提供了很多解決方案,能說它不是BIM?但為什么中國的結構工程師僅利用了PKPM的結構分析和截面設計功能,而沒有用它來進行專業(yè)間協(xié)同和數(shù)據(jù)共享。個人認為主要原因是PKPM數(shù)據(jù)的非開放性。PKPM的構件是參數(shù)化的,但參數(shù)的定義是固定的,外人無法向其中補充或修改,與BIM技術模型信息數(shù)據(jù)完全開發(fā)的理念不一致。所以現(xiàn)在的PKPM就不可能是BIM技術平臺的工具軟件,只能是部分解決方案,或者說是可以實現(xiàn)與BIM技術進行鏈接的第三方分析軟件。

目前主流的BIM工具軟件研發(fā)公司,如歐特克,看到中國市場巨大,正在大力將平法的理念融入BIM技術之中,以適應中國用戶的習慣,爭取強大的客戶群。歐特克旗下的速博(Sub)公司已著手于這方面的工作,且有一些初步的技術處理方法和解決方案提供給客戶。其基本思路是利用2D詳圖線和共享參數(shù)將平法的注釋符號和標注文本與BIM基礎模型建立聯(lián)系。速博公司的初步解決方案已經(jīng)表明平法在BIM技術中是可以實現(xiàn)的。以筆者的應用體驗來看,目前速博提供的解決方案是可行的,但僅是告訴客戶在BIM中可以實現(xiàn)符合中國習慣的施工圖平法表達,其實際應用的可操作性差。在平法注釋的鋼筋信息與結構計算軟件、工程算量軟件、鋼筋下料和放樣軟件的鏈接和數(shù)據(jù)共享上,還有待進一步完善和擴展。要讓平法的理念繼續(xù)在BIM時代發(fā)揮作用,僅靠軟件供應商是不夠的,需要工程設計與施工一線的工程師共同來完成。

4 BIM中鋼筋詳圖表達與平法表達的比較

BIM技術中,鋼筋混凝土結構的鋼筋可以采用3D實體來建模,提交的施工圖文檔一般是剖面詳圖。

也可以用一套抽象的注釋符號標注在結構平面圖上,即平法表達(參見圖2)。平法的核心是用抽象的符號表達鋼筋。

下面是BIM中用這兩種表達方式表示鋼筋的優(yōu)缺點比較。

4.1 實體及詳圖表達鋼筋的優(yōu)缺點

實體詳圖表達鋼筋的主要優(yōu)點:

· 3D可視、在平面剖面圖中可見、直觀;

· 可以與結構設計對接;

· 鋼筋尺寸和定位準確,可以直接指導施工;

· 可以對復雜配筋節(jié)點進行鋼筋碰撞校對;

· 可以直接進行鋼筋算量,方便快捷。

實體詳圖表達鋼筋的缺點:

· 實體鋼筋建模工作量大;

· BIM模型文件大,影響建工具軟件的運行速度;

· 圖面繁雜,圖紙量大。

4.2 平法注釋表達鋼筋的優(yōu)缺點

平法注釋表達鋼筋的主要優(yōu)點:

· 配筋信息高度集中,大大減少了圖紙量,環(huán)保和低碳;

· 繪圖工作量小;

圖1 鋼筋3D實體與對應的剖面詳圖

圖2 板配筋平法

· 圖面簡潔,方便施工圖文檔的提交和審閱;

· 文件小,BIM工具軟件的運行速度快;

平法注釋表達鋼筋的缺點:

· 僅在標注的平面圖中可見,無法3D可視;

· 表達不直觀,有歧義;

· 必須借助第三方的軟件才可以與結構設計實現(xiàn)

雙向鏈接;

· 鋼筋定位信息不全,不可以直接指導施工;

· 不可進行復雜配筋節(jié)點的鋼筋碰撞校對;

· 必須借助第三方軟件才可以進行鋼筋算量。

從上述比較可以看到,目前在BIM中運用平法表達,其缺點多過優(yōu)點,所以當前結構工程師應用BIM技術來進行施工圖設計的還不多。但隨著適合中國習慣的第三方的可以與BIM技術模型接口的軟件開發(fā)和推出,以及平法融入BIM的技術問題逐一克服,平法的優(yōu)勢就可以繼續(xù)發(fā)揮出來。

4.3 BIM中的平法與傳統(tǒng)平法的比較

BIM技術中的平法因BIM的技術的先進性而注入新的活力。與傳統(tǒng)的平法比較,BIM技術中的平法除了具有傳統(tǒng)的優(yōu)點之外,還有以下幾方面的優(yōu)點。

首先,BIM中的平法注釋符號不僅僅是實體的抽象代號或孤立的注釋文本,而是包括了進一步深化這些實體所需要的數(shù)值化信息,這些信息可以提取、交換和分析。

其次,設計師進行的平法標注是參數(shù)化設計過程。設計師可以快速瀏覽到各種設計信息,通過調(diào)整和修改參數(shù),可以實時進行方案比選和配筋優(yōu)化。

另外,BIM中的平法注釋符號與BIM中心模型具有鏈接關系,因此可以與BIM中心模型互動。設計師在工作集對構件的修改(如:移動、改尺寸)可以立刻傳遞到平法圖中,平法圖上對應的注釋符號,包括位置和所有的數(shù)值化信息,均可自動更新。

5 平法融入BIM尚待解決的問題

5.1 建議CBIMS標準將平法理念納入其中

CBIMS是中國建筑產(chǎn)業(yè)各方應用BIM技術需要遵循的標準框架體系。將平法的理念納入其中,有助于目前建筑行業(yè)平穩(wěn)過度到BIM技術時代,實現(xiàn)可持續(xù)設計。中國的建筑業(yè)目前還處于粗放期,傳統(tǒng)的施工圖平法表達習慣更貼近民意。而BIM技術的應用需要全行業(yè)人員整體技術水平的大提升。將平法的理念納入CBIMS,在BIM時代繼續(xù)發(fā)揮平法的優(yōu)勢,適合國情。

5.2 BIM的法規(guī)中要重新劃分各自的責任

如果規(guī)定結構設計師可以用平法表示,又規(guī)定其輸入到BIM模型的關于結構配筋的信息必須足夠多,以便下游的施工人員可以直接從同一模型中提取相關的設計信息,利用第三方的軟件,生成工程量清單、鋼筋放樣圖,或繼續(xù)在BIM模型中補充繁雜節(jié)點的鋼筋實體,那么設計師的任務就可以僅表達到平法。其它工種依據(jù)需要來決定是否有必要將BIM模型繼續(xù)精細化。BIM時代,各階段各工種的設計深度和責任需要重新來界定。

設計信息數(shù)據(jù)多少才算夠,也要有明確的界定。不能因為你沒有相關的軟件來讀取模型的信息就說設計深度不夠,而要有法規(guī)來避免這類糾紛。

5.3 開發(fā)適合中國用戶習慣的平法智能符號族

平法理念要在BIM中獲得新生,必須對平法的注釋符號元素進行革新。利用現(xiàn)代計算機技術,研發(fā)平法示意圖元與構件鋼筋實際尺寸的數(shù)學關系,創(chuàng)造出適合中國用戶習慣的平法智能符號族塊。這需要既具豐富工程設計經(jīng)驗,又熟悉軟件技術二次開發(fā)的團隊來共同完成。

5.4 開發(fā)鏈接平法信息與BIM信息的數(shù)據(jù)接口軟件

能否利用好BIM中平法標注的信息,關鍵在于有沒有可以與之接口的軟件。以實現(xiàn)平法的鋼筋信息與結構計算軟件、工程造價軟件、鋼筋下料和放樣軟件對接。這需要專業(yè)的軟件研發(fā)機構來完成。

6 案例

下面以北京某別墅項目為例,來說明和展示在實際的BIM項目中,實現(xiàn)結構施工圖平法表達的可行性。其主要技術手段是:基于Revit平臺,通過拓展速博的共享參數(shù)標注族,和自己研發(fā)的二維詳圖智能族,實現(xiàn)全部的結構施工圖平法表達。

6.1 工程的背景資料

項目系獨棟別墅,共187棟,多種戶型,每棟建筑面積1 000 m2至1 500 m2不等,地上三層,地下一層??偨ㄖ娣e大約24萬m2。采用鋼筋混凝土異形柱框架+剪力墻結構體系,坡屋頂。

雖然本項目結構體形上不太復雜,也沒有太多的結構難點,但基于業(yè)主打造精品,重視設計細節(jié)的考慮,以及類似戶型多、不同戶型間有很多建筑元素可以重復利用等特點。公司決定采用BIM技術進行結構建模和設計,以方便與其它專業(yè)協(xié)調(diào)和提高工作效率。

6.2 BIM技術于本工程結構設計上的突破性進展

以往的工程項目,應用BIM技術進行結構設計往往停留在方案和初步設計階段,而施工圖設計階段依舊采用傳統(tǒng)的設計方式。本工程中主要突破是將BIM技術在結構設計上的應用推進到了施工圖階段,創(chuàng)新性地將BIM技術與平法的理念有機結合在一起。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

圖3 結構BIM模型(典型戶型)

圖4 結構平法施工圖

(1)混凝土結構的主要結構構件:梁、板、柱和剪力墻邊緣構件的施工圖均在BIM模型中實現(xiàn)了用平法表達(主要是采用原位標注),參見圖4。

(2)符合中國設計規(guī)范要求的鋼筋混凝土結構平法施工圖直接從BIM模型中輸出,且利用BIM平臺工具軟件來進行施工圖文檔的打印和管理(圖5)。

(3)平法注釋符號和鋼筋示意圖賦予了豐富的內(nèi)涵,鋼筋的總長度、錨固長度、彎鉤尺寸、布筋區(qū)域等等信息均包含在其,對于常規(guī)混凝土結構項目,提交的結構BIM模型可以指導施工(鋼筋算量和下料)。

圖5 施工圖資源管理

7 總結和建議

(1)就BIM與平法的技術形態(tài)來看,二者有很大差異,構成建筑的實體在BIM中是3D可視,而平法中是抽象的符號。但就鋼筋信息的表達方式和手段而言,二者具有相容性。

(2)BIM中的平法是BIM實施過程中設計信息的表現(xiàn)和交付方式。與傳統(tǒng)的平法不同,BIM中的平法信息是與BIM基礎模型信息相關聯(lián),借助宏命令,平法注釋信息可以與BIM基礎模型信息實現(xiàn)聯(lián)動。

(3)平法應適應BIM技術發(fā)展的要求,對其原有的表示方式和表達內(nèi)容進行改進,包括對平法制圖規(guī)則和標準詳圖的改進。

(4)要針對中國的平法表達方式制定相應的BIM技術實施標準,包括參變量的名稱和定義,以便與上下游的第三方軟件之間進行數(shù)據(jù)交換和共享,實現(xiàn)BIM技術價值最大化。

[1]《Revit Structure 2010用戶手冊》.歐特克公司.2009.

[2]《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構造詳圖》(03G1001/04G1001).中國建筑標準設計研究院,2003.

[3]《基于Autodesk Revit Structure創(chuàng)建鋼筋混凝土框架結構施工圖的幾種技術處理方法》.Autodesk Subscription,2009.

[4]《梁柱施工圖設計》(PKPM系列).中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部,2007,(4).

The Plane Method of Structural Construction Design Drawing with BIM

Long Huiyuan

(Arup International Consultants Co.,Ltd.,Beijing100020,China)

In this paper the possibility of using the CD drawing Plane Method in BIMtechnology is generally discussed.The merits and demerits of CD drawings by detailing and by Plan Method are compared.Based on a real BIMtechnology project case in which all the CD drawings are finished by Pland Method,it is confirmed that the Plane Method concept can continuously be used in BIMtechnology.

Plan Method;BIM;BIMTechnology;Lintelligent Family

TU17;TU318+.3

A

1674-7461(2011)01-0026-05

龍輝元(1963-),男,副總工程師,中國國家一級注冊結構工程師。主要研究方向:高層和超限高層建筑結構設計、復雜大跨度空間鋼結構設計與研究、結構方案優(yōu)化和CAD技術二次開發(fā)。E-mail:hy.long@arup.com

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