基于BIM的钢筋混凝土框架结构的虚拟现实表现

赵志平 贾俊礼 张现林

(河北工业职业技术学院，石家庄 050091)

1 引言

建筑结构施工图平面整体设计方法(平法)对混凝土结构施工图的传统设计表达方法作了重大改革，它将结构构件的尺寸和配筋等，整体直接表达在各类构件在结构平面布置图上，使用时需与标准构造详图配合。目前，G101－X、G901－X国家建筑标准设计已成系列。

平法的核心是表达钢筋信息，平法改变了传统的将各个构件逐个绘制详图的繁琐方法，使单张图纸的信息量高而集中，提高了设计效率。但平法施工图表达不直观，有歧义;钢筋定位信息不全，不可以直接指导施工;必须借助第三方软件才可以进行钢筋、混凝土的算量。

鉴于此，我们利用先进的计算机技术，进行了三维建筑结构的数字化研究，以真实建筑结构为蓝本，以数字化三维技术，构建了建筑信息模型，以三维形式展现了建筑结构细部真实的情况:用实体详图表达钢筋，钢筋尺寸和定位准确，钢筋位置发生冲突时的避让与实际情况完全一致;使隐蔽工程可视化，可身临其境地感受建筑结构信息;可直接进行各类混凝土、任意等级、任意直径钢筋的算量，满足工程需要。

2 基础部分的实现

2．1 混凝土部分的实现

依据基础结构施工图纸，创建独立基础和双柱普通独立基础的混凝土部分，在创建前需提前设置混凝土的属性，包括强度等级、名称、截面、位置、现浇还是预制、编号设置等。已创建完整的混凝土部分见图1。

图1 基础混凝土部分的实现

2．2 钢筋部分的实现

依据施工图纸和国家建筑标准设计图集06G101－6混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(独立基础、条形基础、桩基承台)，创建基础的钢筋部分，钢筋的配置要满足结构设计和构造要求。在钢筋的创建过程中，也需提前输入钢筋的系列参数，包括钢筋的种类、直径、名称、分类等级(用于控制显示和颜色等)、编号属性等。

所有钢筋的混凝土保护层厚度;纵向钢筋(插筋)的布置与长度、锚固长度、弯钩内直径、连接接头的相互错开、钢筋机械连接区段长度、位于同一连接区段内的纵向钢筋接头百分率、负筋的接长位置等等;箍筋在基础内的设置包括数量、肢数;在柱内、梁内箍筋的加密区与非加密区布置;柱复合箍筋采用的大箍套小箍的组合方式、柱封闭箍筋弯钩位置沿柱竖向按顺时针方向(或逆时针方向)顺序排布等等，凡是涉及钢筋的任何细部构造要求，都务求做到与规范或国家标准图集相一致，能全真模拟钢筋混凝土框架结构的施工细节，以便自动算量时能得到所需材料的准确数据，所导出的下料清单能直接指导施工。

已经创建好的基础钢筋部分见图2，该工程的实际施工现场见图3。

3 主体部分的实现

3．1 总体实现

主体部分包括柱、梁、板、楼梯、雨棚等，依据工程图纸和国家标准系列图集G101－X、G901－X，创建其混凝土部分与钢筋部分，见图4和图5。

3．2 细部处理

通过细部处理，可以利用计算机准确实现钢筋的精准排布，做到与实际完全一致。以图6为例，它显示了一角柱附近的钢筋布置的情况。图6中某些混凝土已设置为透明，从中可看到柱子变截面的情况、纵筋的接长;梁钢筋在柱内的锚固、梁负弯矩钢筋(两层)的截断、梁箍筋及其加密区情况、梁侧的抗扭钢筋、拉结筋;次梁与框架梁节点处的纵筋锚固(非抗震)、吊筋、附加箍筋;板的扣筋、分布钢筋等等。柱子钢筋的局部放大图见图7，从图中可看到复合箍筋各弯钩位置的相互错开、柱箍筋的加密区与非加密区情况。

4 自动算量的实现

数字化的建筑结构就是一个强大的数据库，它包含所有项目中需要的数据。而平、立、剖、钢筋的下料单等视图只是模型的副产品，是各种数据的组织。模型中所有的设计数据与信息都是相互关联与依赖的，改变模型中的一个参数，所有与其相关的内容都会发生相应地改变。我们可以轻易导出需要的任何材料用量的清单，这些清单都是软件自动导出的。能提供海量数据:可以是基础、第一层、第二层……所需不同规格混凝土的清单，不同直径、不同强度等级钢筋的清单，去除耗损，这是建筑施工材料用量的最精准数据。

5 结论

只有回归三维，才能使我们的设计达到尽善尽美。在我们的BIM研究中，我们惟妙惟肖地创建了钢筋混凝土结构。

1)实现了平面施工图纸回归三维实体表达，用实体详图表达钢筋，钢筋尺寸和定位准确，可以直接指导施工;可以对复杂钢筋节点进行钢筋碰撞校对;可以直接进行混凝土、钢筋算量，方便快捷。

2)隐蔽工程可见化。真实的钢筋混凝土建筑，混凝土一旦浇筑，钢筋的信息即成为隐蔽的。但我们可通过更改建筑信息模型中混凝土的透明度设置，使埋入其中的钢筋显露出来，在可见的情形下，任意更改、浏览钢筋的设计信息。

3)虚拟现实超越现实。数字化建筑结构，还具有可操作性，可以任意旋转、平移、设置剪切面，这远比图片和视频形象、生动，我们可以虚拟深入钢筋笼、钢筋网内，查看每根钢筋的细部及与相邻钢筋的排布关系，因此，这种数字化建筑结构特别适于施工中的技术交底和土木类院校对广大学生进行建筑结构、构造知识的教学。

［1］GB 50010—2002，混凝土结构设计规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2002．

［2］国家建筑标准设计系列图集G101－X．北京:中国计划出版社．

［3］国家建筑标准设计图集08G101－11G101．北京:中国计划出版社，2008．

［4］国家建筑标准设计系列图集G901－X．北京:中国计划出版社．

［5］陈青来．钢筋混凝土结构平法设计与施工规则．中国建筑工业出版社，2007．

［6］赵志平，常建立，尹素花．碳纤维复合材加固T梁的三维设计．工程三维模型与虚拟现实表现——第二届工程建设计算机应用创新论坛论文集，2009．

［7］赵志平．钢筋混凝土梁抗弯性能的数值模拟［J］．力学与实践，2007，(3)．

［8］龙辉元．结构施工图平法与BIM［J］．土木建筑工程信息技术，2011，3(1):26-30．