高琰哲，陶桂蘭

( 河海大學 港口海岸與近海工程學院， 南京 210098)

BIM(Building Information Models，建筑信息模型)是面向建筑領域，旨在提高項目信息化程度的功能模型與物理模型，具有可視化、可模擬、可優(yōu)化、可協(xié)調(diào)、可出圖五大功能，在工程高效的設計效率、項目信息化管理、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[1]。BIM技術(shù)上世紀70年代在美國開始應用，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已發(fā)展到世界多個國家[2]，在建筑、道路橋梁，機電等多個領域得到廣泛應用[3]。實現(xiàn)BIM理念的工具有很多，Autodesk Revit軟件可以在設計初期更好表達項目的設計理念與外形特點，并且為建筑、結(jié)構(gòu)、電氣與給排水等領域的可持續(xù)設計、碰撞檢測、施工規(guī)劃和施工的全生命周期服務[4]，成為了主流軟件之一。隨著各行業(yè)對BIM技術(shù)的應用需求逐漸旺盛，在實際工程應用領域方面，已從最初針對建筑行業(yè)的使用擴展延伸到面向水利水電行業(yè)、交通道橋行業(yè)的使用[5]。

港口工程作為交通工程的重要組成部分，在國民經(jīng)濟發(fā)展中起到重要作用。但BIM技術(shù)在港口工程領域的推廣應用遠遠滯后于建筑領域，利用Revit參數(shù)化方法來探索高樁碼頭建模技術(shù)對促進港口工程的建設發(fā)展具有重要意義。

1 Revit軟件的參數(shù)化驅(qū)動

Autodesk Revit最核心概念之一是基于參數(shù)化的設計。參數(shù)化設計的模型可以通過潛在的邏輯關系自動進行修改，改變?nèi)魏我粋€關系數(shù)據(jù)即可得到一個新的實例?；趨?shù)化設計使得revit的建模相比于其他外形建模軟件具有了更大的優(yōu)勢，一方面revit模型含有更加豐富的信息，所有構(gòu)件的幾何模型參數(shù)、材料屬性和物理參數(shù)、檢驗標準及合格與否，構(gòu)件成本等信息都可以被賦予到項目的每一個具體構(gòu)件之中[6]；另一方面revit的信息之間并不是簡單的堆砌，而是由包含建筑構(gòu)件屬性和構(gòu)件之間關系等信息的數(shù)據(jù)庫生成的，具有很強的邏輯關系，在基于參數(shù)化的模型中，通過修改邏輯關系來達到具體實例的形狀改變，更能提高建模效率與模型適應性[7]。

2 高樁碼頭結(jié)構(gòu)

本碼頭結(jié)構(gòu)為高樁梁板式，分為上下兩部分組成：碼頭下部結(jié)構(gòu)為樁構(gòu)件，采用Ф800 mmPHC樁；碼頭上部結(jié)構(gòu)分為前后兩個平臺：前平臺由現(xiàn)澆橫梁、預制前邊梁、預制預應力軌道梁、預制縱梁，空心板組成；后平臺為現(xiàn)澆橫梁、預制后邊梁、預制縱梁，空心板組成。工程位于長江下游，碼頭面標高6.10 m(黃海高程，下同)，碼頭前沿泥面近期標高為-12.5 m，碼頭泊位長182 m；總寬為 28 m，分前后平臺。前平臺寬度 14.5 m，后平臺寬度 13.5 m。裝卸設備為10 t-30 m門機，軌距為 10.5 m，排架間距為7 m(局部為5 m)。

該碼頭具有2個特點：一是樁體型式與位置復雜多變；二是由于結(jié)構(gòu)受力的需要，碼頭構(gòu)件種類繁多，如樁尖、斜樁、橫梁、縱梁，面板等。這些特點為高樁碼頭revit模型的建立增加了困難。

3 高樁碼頭建模思路

使用revit進行碼頭建模主要分為建立碼頭構(gòu)件族庫與碼頭整體成型兩個部分。

3.1 建立高樁碼頭族庫

族庫的建立部分包括族樣板文件選擇，利用參考線與原點確定模型位置，設立尺寸標注，使用建模技巧進行高效建模，參數(shù)化驅(qū)動，族的管理等步驟[8]。

本文建模選擇了碼頭工程的一個結(jié)構(gòu)段，依據(jù)碼頭構(gòu)件形式可分為：結(jié)構(gòu)樁族、橫梁族、縱梁族、面板族、靠船構(gòu)件族，水平撐族等。采用分部位建族，將碼頭各個構(gòu)件分為若干部件。分部件建族的優(yōu)點是便于日后在進行其他族設計時能將這些部件進行重復利用，提高效率。族的設置與管理直接影響到項目設計的質(zhì)量與效率，一個優(yōu)秀的族庫不僅能幫助在本次項目中減少時間，避免出錯，同時隨著項目的不斷積累，族庫將越來越完善與成熟，對后續(xù)工程提供高質(zhì)量高效率的幫助。

3.2 高樁碼頭整體成型

碼頭整體成型部分包括標高與軸網(wǎng)系統(tǒng)的建立，搭建現(xiàn)澆與預制構(gòu)件，現(xiàn)澆節(jié)點控制，碼頭平面成型等步驟。標高系統(tǒng)定義了碼頭構(gòu)件在高度上的位置。在搭建模型前，必須準確定位各類構(gòu)件的位置關系。軸網(wǎng)系統(tǒng)在建模中將控制著在此范圍內(nèi)所有構(gòu)件的平面安放位置，軸網(wǎng)布置的依據(jù)是設計樁位圖。

4 建立高樁碼頭族庫的難點與處理方法

建立碼頭族庫的難點主要在于：與建筑行業(yè)相比，基于revit軟件的碼頭構(gòu)件族較少，比如碼頭結(jié)構(gòu)樁族，需另行創(chuàng)建；如何平衡revit參數(shù)數(shù)量來提高建模效率；利用revit建模產(chǎn)生報錯的處理方法。

4.1 碼頭結(jié)構(gòu)樁族的創(chuàng)建

本工程碼頭樁族分為樁身主體及樁尖。樁尖結(jié)構(gòu)由搭接板、鋼筒及肋板組成；樁身的樁徑、壁厚、樁長、斜度、扭角等參數(shù)使得樁構(gòu)件種類繁多，本工程樁類型見表1。建模時先將樁體與樁尖分別創(chuàng)建為獨立的族，然后將樁尖族載入到樁體族中另存為800 mmPHC管樁通用族。

表1 樁類型表Tab.1 Pile types

(1)族樣板文件選擇。

族樣板主要是依據(jù)行業(yè)類型與族構(gòu)件特點提供族的初始狀態(tài)，可分為結(jié)構(gòu)樣板，建筑樣板和構(gòu)造樣板等。一個具體的族樣板主要包括：族的基本設置，族的基本信息，族的視圖設置[8]。結(jié)構(gòu)樁族創(chuàng)建中在revit初始界面中點擊“族”欄目中的“新建”選擇“公制結(jié)構(gòu)基礎”樣板。

(2)幾何建模的定位與約束。

由于revit捕捉精度有限，因此可通過數(shù)值鎖定來控制參考線，依靠定位點與參考線的鎖定約束準確定位幾何圖形。本工程幾何建模中，通過切換“項目瀏覽器”中的“參考平面”，“立面視圖”使用“對齊”，“平移”等工具調(diào)整樁體上端面圓心位置與族樣板默認的原點重合，并使用參考線對樁位置進行鎖定。

(3)建模與添加尺寸標注。

樁族的建模分為樁體建模與樁尖建模兩部分。樁的主體部分建模過程中應注意運用體量工具如拉伸，空心拉伸等命令簡化建模過程，提高工作效率。由于本碼頭樁尖形式為開口型鋼樁尖，樁尖建模中，依據(jù)規(guī)范《預應力混凝土管樁10G409》可以得到相關參數(shù)，難點在于樁尖周圍肋板的創(chuàng)建。首先創(chuàng)建肋板平面投影圖像，選中肋板平面圖像后，利用體量工具中的“旋轉(zhuǎn)”命令，在屬性框中的“結(jié)束角度”中輸入角度值即可得到其中一個肋板形式，隨后在參考標高平面視圖中通過平面“旋轉(zhuǎn)”與“復制”工具即可得到全部肋板。

圖1 樁尖族樣式 圖2 結(jié)構(gòu)樁族參數(shù)設置Fig.1 Types of pile tipFig.2 Parameter setting of structural pile family

尺寸標注是revit對構(gòu)件進行參數(shù)化控制的一種方式。由于revit中的所有圖元都是以構(gòu)件的形式來體現(xiàn)的，而這些構(gòu)件都需要一系列具體的參數(shù)進行定義。點擊revit工具欄中“族類型”可以對族構(gòu)件添加參數(shù)，通過使用“標注”工具得到構(gòu)件的諸如尺寸、角度、數(shù)量、材質(zhì)，可見性等信息，并對尺寸標注添加“標簽”，關聯(lián)這個參數(shù)即可對族構(gòu)件進行驅(qū)動來控制顏色，幾何形狀，可視性等模型信息。圖1為成形的樁尖族樣式和結(jié)構(gòu)樁族參數(shù)設置。

4.2 如何平衡Revit參數(shù)數(shù)量來提高建模效率

現(xiàn)對比橫梁族與面板族的創(chuàng)建過程，來研究參數(shù)數(shù)量對建模效率的影響。

本碼頭工程共使用了兩種橫梁，如圖3所示，由于HL1的碼頭面上要放置系船柱，為了滿足受力要求與構(gòu)造要求，在橫梁江側(cè)存在局部加寬如圖4所示。

在橫梁族的創(chuàng)建過程中，由于構(gòu)件型式復雜，可以先創(chuàng)建一個通用族。所謂通用族是指從構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，先建立一個具有共同特性(例如幾何形狀相同部分)的族模型，然后通過參數(shù)驅(qū)動與模型局部修改的方法進一步創(chuàng)建出施工要求的族構(gòu)件模型。本次創(chuàng)建中以HL2為橫梁通用族，只需要在該局部位置使用“拉伸”工具進行加厚處理，再使用“修改/結(jié)構(gòu)基礎”模塊中的“連接”工具進行模型一體化，就可以迅速得到HL1。比添加相關參數(shù)的驅(qū)動方法更直觀高效。

本碼頭工程共使用了多種面板，由于部分面板的構(gòu)造要求，存在尺寸不一的缺口。如圖5所示。在面板的建模過程中，設置關于缺口的相關參數(shù)就可以極大方便建模，面板族的參數(shù)如圖6所示。如果不使用參數(shù)進行驅(qū)動一個一個進行建模將耗時費力。

圖3 兩種型式的橫梁結(jié)構(gòu)族Fig．3Twotypesofbeamfamily圖4 橫梁局部位置對比Fig．4Comparisonofthelocationsofcrossbeam圖5 面板族參數(shù)驅(qū)動形成的幾種結(jié)構(gòu)實例Fig．5Severaldifferenttypesofpanelstructures圖6 面板族參數(shù)設置Fig．6Parametersettingofpanelfamily

4.3 Revit軟件報錯的處理方法

在本次revit軟件建模過程中，出現(xiàn)了兩種報錯：

(1)參數(shù)修改導致報錯：在添加參數(shù)后，邏輯約束關系發(fā)生沖突，導致構(gòu)件參變行為異常，會出現(xiàn)軟件報錯，因此在對族構(gòu)件添加參數(shù)時，每添加一個參數(shù)就需要修改驅(qū)動進行測試，便于在出現(xiàn)沖突時迅速判斷哪個約束出現(xiàn)了問題，在不影響建模效率的情況下盡量減少參數(shù)數(shù)量。

(2)對構(gòu)件進行工具操作時報錯：本次樁結(jié)構(gòu)建模過程中，在樁尖與樁主體進行搭接時出現(xiàn)了報錯，由于樁尖族載入到樁體族中為嵌套族，而樁體和樁尖為不同的族圖元，系統(tǒng)不支持對兩個不同的圖元進行旋轉(zhuǎn)命令，因此造成報錯，所以需要在獨立的樁體族和樁尖族分別進行旋轉(zhuǎn)后另存為新的族文件，再進行導入搭接就可以消除報錯。

5 高樁碼頭模型搭建

在碼頭構(gòu)件搭建過程中關鍵點主要有：樁結(jié)構(gòu)的布置，構(gòu)件之間現(xiàn)澆節(jié)點的控制。

5.1 樁結(jié)構(gòu)的布置

本碼頭工程樁體型式與位置復雜，選擇合適的樁放置方式非常重要。

選擇橫梁底部高程所在的結(jié)構(gòu)平面進行軸網(wǎng)繪制，即可在實際施工中依照樁的設計樁位圖進行樁體布置。由于本工程橫梁構(gòu)件的幾何特點，在江側(cè)與岸側(cè)具有不同的高程。故實際操作中應在“岸側(cè)/江側(cè)橫梁底部高程”兩個結(jié)構(gòu)平面上分別進行樁體布置，如圖7所示。另外由于樁體在現(xiàn)澆橫梁內(nèi)部的預留高度為600 mm，故在樁族的創(chuàng)建中應將坐標原點位置定在結(jié)構(gòu)樁族樁基頂部圓心以下600 mm處，便于準確放置樁體。

5.2 現(xiàn)澆節(jié)點的控制

碼頭上部構(gòu)件搭建的的難點在于碼頭上部現(xiàn)澆混凝土澆筑方法。選擇“江側(cè)橫梁底部高程”平面，進行現(xiàn)澆節(jié)點構(gòu)件的搭建。現(xiàn)澆構(gòu)件與預制構(gòu)件在空間上的重合的地方應用“剪切”工具使用預制構(gòu)件對現(xiàn)澆構(gòu)件進行剪切，就可以保證結(jié)構(gòu)在空間位置上不發(fā)生沖突，達到實際施工的效果。

5.3 成果展示

除了對所有構(gòu)件的空間幾何尺寸的參數(shù)進行設置，還需對材料類型、材料屬性、成本，制造商以及規(guī)格進行參數(shù)選擇或標注。至此，完成了碼頭工程主體結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)建模。圖9為碼頭上部結(jié)構(gòu)示意圖，圖10為碼頭結(jié)構(gòu)段BIM模型示意圖。

圖7 樁布置圖Fig．7Layoutmapofpiles圖8 碼頭樁結(jié)構(gòu)搭建Fig．8Pilestructuresofwharf圖9 碼頭上部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)搭建Fig．9Superstructureofwharf圖10碼頭結(jié)構(gòu)段BIM模型示意圖Fig．10SketchmapoftheBIMmodelofwharfstructuresection

6 結(jié)論

本文結(jié)合高樁碼頭工程實例，探討了基于Autodesk Revit軟件的碼頭族庫的創(chuàng)建及族庫的搭建技術(shù)。研究表明：

(1)參數(shù)數(shù)量過多雖然能夠?qū)崿F(xiàn)族更好的適應性，但在參數(shù)的定義上卻花費了更多的時間并且容易出現(xiàn)報錯。參數(shù)數(shù)量過少則不能體現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動的建模優(yōu)勢，影響族的重復利用效率。確定適當?shù)膮?shù)數(shù)量，能夠提高建模效率。

(2)在建模過程中，每增加一個參數(shù)應及時進行驅(qū)動測試，以驗證是否存在邏輯關系上的矛盾，在不影響建模效率的情況下，應盡量減少約束條件。

(3)族建模過程中應盡量提取所需創(chuàng)建實例的共有結(jié)構(gòu)特點，建立一個通用族。其特殊部分可在通用族的基礎上利用參數(shù)驅(qū)動與模型局部修改得到所需結(jié)構(gòu)型式。

[1]謝曉晨.論我國建筑業(yè)BIM應用現(xiàn)狀與發(fā)展[J].土木工程建筑信息技術(shù),2014,6(6):90-100.

XIE X C. Present situation and development of BIM application in China′s construction industry[J].Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture,2014,6(6):90-100.

[2]葛彩蓮.Autodesk Revit在水電站廠房吊車梁族設計中的應用[J].廣西水利水電,2015,6(22):65-67.

GE C L.Application of Autodesk Revit 3D software in design of hydro powerhouse crane girder [J].Guangxi Water Resources & Hydropower Engineering,2015,6(22):65-67.

[3]張建軍.基于Autodesk Revit軟件進行橋梁BIM設計的方法研究[J].中國市政工程,2016,8(4):93-108.

ZHANG J J. Study on Bridge BIM Design Method Based on Autodesk Revit[J].China Municipal Engineering,2016,8(4):93-108.

[4]周凱旋.基于Revit平臺的結(jié)構(gòu)專業(yè)快速建模關鍵技術(shù)[J].土木建筑工程信息技術(shù),2015,7(4):25-30.

ZHOU K X.The Effective and Rapid Modoling Technique of Civil Engineering Specialty on Revit Platform [J].Journal of Information Technology in Civil Engineering and Architecture,2015,7(4):25-30.

[5]霍光輝.伊拉克某5000t/d線收塵器族Revit三維設計[J].水泥工程,2014,5(6):20-23.

HUO G H.Dust collector Revit family 3d design in an Iraq 5000t/d line[J].Cement Engineering,2014,5(6):20-23.

[6]宋富春.BIM技術(shù)在大跨度斜拉橋設計中的應用[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版),2016,32(1):115-123.

SONG F C. Application of BIM Technology in Long Span Cable-stayed Bridge Design [J]. Journal of Shenyang Jianzhu University(Natural Science),2016,32(1):115-123.

[7]李志文.基于Revit的結(jié)構(gòu)施工圖BIM平法表達[J].建筑結(jié)構(gòu),2016,46(S2):609-613.

LI Z W. BIM expression of plane method in structural construction drawing based on Revit [J].Building Structure,2016,46(S2):609-613.

[8]朱利民.BIM技術(shù)在春柳河污水處理廠工程設計中的應用實踐[J].中國給水排水,2016,32(4):40-47.

ZHU L M. Application of BIM Technology to Design of Chunliu River Wastewater Treatment Plant[J].CHINA Water & Wastewater,2016,32(4):40-47.