摘要：技术作为实现建筑行业信息化的革命性技术，近年来在我国得到了大力的发展。BIM 技术在建筑全生命周期的使用可以实现信息在各阶段的传递与共享，解决各阶段信息割裂的问题，使建筑工程在整个进程中显著提高质量与效率，并大大减少可能出现的风险。设计阶段作为建筑工程生命周期的上游阶段，其 BIM 技术的应用程度决定着 BIM 技术在建筑工程全生命周期应用的成功与否。设计阶段 BIM 应用的理想状态是设计人员直接运用 BIM软件进行全专业的协同设计，再基于 BIM 模型进行二维及三维成果的生成，即所谓的“正向设计”模式。因此，研究 BIM 技术在建筑工程结构设计阶段的应用对实现设计阶段的全专业 BIM“正向设计”以及促进建筑全生命周期的 BIM 运用具有一定的价值和现实意义。
关键词：BIM；结构设计；正向设计；
1.引言
目前全球土木建筑业存在两个亟待解决的问题：一是各种生产环节之间缺乏协同工作，以致于生产效率较低，资源浪费严重；二是不断的返工问题，特别是项目初期设计阶段各专业之间的不断修改，造成大量生产成本的上升。BIM 技术的出现为以上问题的解决提供了很好的手段。采用 BIM 技术进行工程设计，各专业可在同一个模型数据库中进行设计信息的创建，在这个模型当中各专业的设计参数彼此之间互相关联，能够及时地进行变更管理，实现各设计专业之间的信息共享和协同设计，有效地简化沟通过程，降低设计冲突问题，提高整个设计过程的协调一致性，进而提高设计的质量和效率。在 2002 年被引入建筑业以来，BIM（Building Information Modeling）技术已经成为推动各国建筑业变革发展的一项关键技术。在 2015 年，住房城乡建设部专门发布《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，要求到 2020 年末，以国有资金投资为主的工程项目 BIM 集成应用的项目比率应达到 90%以上。以上政策从政府层面对 BIM 技术的运用提出明确的推进目标、工作重点和保障措施。
在国家和建筑行业都在大力推广 BIM 技术的背景下，各阶段的 BIM 运用越来越多，然而在建筑设计阶段，全专业进行 BIM 设计并将设计信息以 BIM 模型的形式向其他阶段传递的正向设计模式却迟迟无法实现。BIM 技术在我国工程设计行业中的应用障碍主要有：设计师思维及方法转型障碍；设计企业短视现象严重；业主变革驱动力不足；现有建筑行业法规不健全；BIM 技术本身的发展不完善等。针对建筑行业体制、行业规程及法律责任界限的问题，国家主管部门正在不断完善 BIM 相关标准体系，近几年已有多部 BIM 标准出台。经过近几年的宣传推广与初步应用，无论是业主还是设计企业都逐步认可了 BIM 技术的应用价值，认为 BIM 是一次建筑业信息技术的革命，中国建筑业应尽快推行 BIM。设计师思维及方法的转变以及对 BIM 技术的接受程度直接受到BIM 技术本身成熟度及落地应用难度的影响。BIM 技术本身存在的技术缺陷成为阻碍其在建筑设计行业大范围推广运用的主要因素。
BIM 结构设计流程的顺利实现需要在技术方面保证流程中所涉及到的各 BIM 应用点能够顺利高效实现。BIM 结构设计流程中所涉及到的 BIM 应用点主要有：BIM 结构建模、协同设计、碰撞检测、模型转换、基于 BIM 模型的平法施工图绘制等。本文将以 Autodesk 公司的 Revit 软件为核心建模软件，结合其他 BIM 应用软件，探究 BIM 结构设计流程中所涉及的各 BIM 应用点在现有软件条件下如何实现以及实现过程中存在的不足，并探究各应用点为 BIM 结构设计所带来的应用价值。通过应用价值分析客观评估当前软件条件下结构专业所能够达到的 BIM 应用水平。
2.BIM 结构建模
2.1 结构建模
结构模型中包含的各类结构构件有梁、柱、楼板、剪力墙、基础等，在 Revit 结构项目文件中这些构件类型以族的形式预先载入到项目文件中，在创建这些构件实例时，选择相应的构件族并设置好实例参数后再根据轴网标高放置到指定位置即可完成该构件实例的创建。所有构件实例创建完成后结构主体模型便搭建完成，后续根据需要再以该模型为基础进行各项应用。结构构件族是结构模型创建的基础，设计过程中应根据需要创建并积累参数化的结构构件族，形成本专业的构件族库。
2.2 钢筋建模
当前结构施工图一般以平法表示，且受计算机硬件条件的限制，结构专业通常不会将所有的实体钢筋建立到结构模型中，而会在个别构件及复杂节点处建立钢筋实体。混凝土结构的钢筋建模主要为箍筋与纵筋，其他诸如弯起筋、吊筋、异型钢筋的建模与箍筋、纵筋的建模方法类似。Revit 中钢筋的建模方法有手动建模与插件建模两种方式。实际进行钢筋建模时建议先使用插件建立整个构件的钢筋，再手动进行局部的修改，这样的做法既可以保证钢筋的建模效率也可以保证建模准确性。
3.协同设计
BIM 工作模式下的协同设计彻底改变了传统设计流程中的“信息断层”问题，设计信息能够通过 BIM 模型进行实时的共享沟通，使信息传递更加准确高效、重复劳动减少，设计效率大大提高。将介绍 Revit 软件平台下的两种协同设计模式，并分析其各种的适用范围。
3.1 工作集协同
工作集协同是多个设计人员同时编辑一个工作模型的一种协同方法。
工作集协同需要先建立好一个中心文件，各设计人员独立编辑自己的本地文件后，将本地文件实时上传到中心文件中，也可实时将最新的中心文件更新到本地文件之中，通过这种方式来实现各子模型与中心模型的实时同步。中心文件可保存在本地搭建的服务器中，各设计人员通过局域网实现与中心文件的实时更新，也可将中心文件上传至安全的云端服务器，设计人员通过互联网实现本地文件与中心文件的实时更新。前者对硬件设施要求较高，后者对网络条件与数据安全性要求较高。
3.2 链接协同
模型链接的协同方式是各设计人员独立编辑自己部分的模型，当需要与其他模型进行链接时，将其他模型文件作为外部参照的方式链接到本模型文件中。设计人员可以将其他设计模型与自己的设计模型相结合，以进行设计提资工作，但无法对其他人员的模型进行编辑操作。这种协同方式的实时性弱于工作集的协同方式，本质上与传统设计流程中的协同方式类似，只是将协同的载体由图纸变变为了 BIM 三维模型。
协同设计以三维模型为载体，以技术的手段实现了设计信息的实时共享，可以彻底解决传统结构设计过程中的信息断层、信息沟通困难问题，保证设计阶段的信息交流充分，将设计过程中出现的专业冲突降低到最小的程度，大大提高设计效率和设计质量。
4.碰撞检测
4.1 结构专业碰撞检测简介
协同设计的方式是依靠设计师“看”其他专业的模型后再进行本专业的设计与模型搭建工作，而碰撞检测则是在各专业模型搭建好后通过软件技术自动检测出模型中出现的各构件、设备之间位置上的碰撞冲突。结构专业的碰撞检测主要是检测结构设计是否与建筑专业方案冲突，是否满足机电专业设备放置和管线排布的净高要求等。Revit 环境下的碰撞检测主要是在 Navisworks 软件中完成，Navisworks 软件与 Revit 同属于Autodesk 公司旗下产品，在 Revit 中建立的结构模型与机电模型等可以很顺利地导入Navisworks 软件中。软件中可以自由选择进行碰撞检测的主体模型并设置各种类型碰撞的判断条件。检测完成后可以导出碰撞报告。
4.2 应用价值分析
结构专业与建筑、机电专业进行模型碰撞检测可以方便快速地发现结构设计方案与其他专业设计方案之间的冲突问题，并根据碰撞报告及时分析问题，修改相应模型，实现设计阶段专业之间的零碰撞，防止将碰撞问题延伸到施工阶段，造成施工后再返工的成本和工期的巨大浪费。BIM 碰撞检测技术是 BIM 协同设计技术的一部分，及时的碰撞检测分析可以辅助设计过程的进行，在各模型创建完成后的碰撞检测可以把关设计质量，杜绝设计阶段的碰撞问题延伸到施工阶段。
5.基于 BIM 模型的平法施工图绘制
平法即建筑结构施工图平面整体设计方法的简称，是目前我国混凝土结构施工图设计的规范表示方法。平法直接在结构平面图上把构件的信息如截面、钢筋、跨度、编号等标注在旁边，整体直接表达在各类构件的结构平面布置图上，再与标准构造详图相配合，构成一套新型完整的结构设计图。平法的核心是表达钢筋信息，而钢筋信息是 BIM的组成部分。如果平法的抽象注释符号所表示的钢筋信息均是以可存储和可交换的数据形式包含其中，能够与 BIM 中的钢筋信息建立起内在的联系和双向链接，那么平法理念的抽象化信息与 BIM 的数值化信息就可以统一，平法与 BIM 就不会对立。在实际操作过程中，可以利用 Revit 平台的 2D 详图和共享参数将平法的注释符号和标注文本与 BIM 结构模型建立起联系，实现在 BIM 结构模型中生成符合规范要求的结构施工图。
BIM 模型中其他构件的平法标记实现方法与柱类似，核心理念是利用共享参数将构件参数和注释参数实现关联，结构平法施工图在 BIM 模型中直接生成的应用价值总结如下：
（1）满足现阶段二维图纸的交付要求，提高结构专业使用 BIM 技术的积极性。
（2）注释信息与构件参数共用一套数据，可以保证注释信息的准确性。
（3）构件参数的修改可以联动各平面视图中构件尺寸、位置等的更改与注释信息的更改，实现各图纸的自动更新，不必再每个视图都进行一遍图面更改，大大提高图纸修改的效率。
6.结束语
本文以 Revit 为 BIM 核心建模软件，探究了现有软件条件下 BIM 结构设计流程中各 BIM 应用点的具体实现方法，并分析了各应用点的成功应用为 BIM 结构设计所带来的价值。BIM 设计流程中各 BIM 应用点的顺利实现是确保 BIM 结构设计流程顺利实现的技术基础，体现了 BIM 结构设计的优势。通过对各应用点的研究可以发现，当前软件条件下结构专业可以实现各结构形式的复杂建模，并与其他专业进行协同设计，建立的结构模型可与其他专业进行专业间的碰撞检测以此来减少设计冲突问题，模型转换依赖于转换接口程序的开发，平法施工图在 Revit 中可以手动实现。实际生产过程中，应合理运用自动建模插件以提高结构专业的 BIM 建模效率，制定合理的各专业协同设计方案以提高协同效率，软件开发方面应开发出 BIM 软件与结构计算分析软件的模型转换接口，并争取通过程序实现 BIM 平台的结构平法自动化出图，以此来进一步提高结构专业的 BIM 应用水平。
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