基于BIM的框架结构模型合规检查系统研究

林祥杰 史玉峰

摘 要：模型合规检查旨在帮助设计人员自动完成对结构设计的规范检查，减少结构设计阶段的不规范，提高建模的准确性。本文通过对框架结构设计规范进行分析梳理，整理得到结构化可编译的规范条文;基于BIM平台和Visual Studio软件，研发合规检查系统，实现框架结构模型的规范检查;该系统具有属性参数提取、参数计算、对比检查、结果输出等功能。

关键词：BIM; 框架结构; 合规检查; 二次开发

中图分类号：TU201.4          文献标识码：A     文章编号：1006-3315（2020）12-162-002

1.引言

基于BIM技术的模型合规检查受到许多设计、研究人员的关注。研究主要分为两类，其一，BIM建筑模型的合规检查，主要涉及建筑规范验证算法、建筑技术规则检查技术、用于检查疏散规则的“InSight-BIM”系统[1-5]。其二，规范的结构化，是将人类语言转换为电脑可以处理的形式，分为基于逻辑的方法、基于本体的方法、基于语言开发的方法]和本体推理机的方法[6-9]。以往研究的合规检查，对建筑模型的检查较多，结构模型、结构设计的检查涉及较少，虽然国外有Solibri Model Checker、SMARTcodes等合規检查软件，但由于国内外规范存在差异，软件不能开放使用，并且SMC和SMARTcodes在国内应用较少，只是简单的测试应用，对实际工程应用存在较大的约束。

针对上述问题，本文从BIM原理，现阶段存在的问题出发，使用基于逻辑的方法和二次开发技术，将规范条文转化为结构化的形式，并与BIM模型信息相关联，实现框架结构模型的规范检查。

2.合规检查系统研发

利用BIM检查框架结构设计的合规性，其实质是在框架结构设计过程中，将相关的设计规范转化为计算机能够处理的逻辑形式，实现规范的结构化，其技术方法如图1所示。

2.1规范的结构化

规范结构化是指设计规范按照一定规则转化为结构化表达的形式，本研究使用基于逻辑的方法，将书面的规范条文编译成计算机能够处理的逻辑形式，该表达式是规范条文的否定表达，只要逻辑表达式的返回值为真，则判断该构件出现设计问题，编译规则逻辑如表1所示。

依据编译规则逻辑表制定合规性检查规则，部分检查规则如表2所示。

2.2BIM模型信息提取

基于Revit研发平台，使用Revit API和C#语言进行二次开发，实现构件的参数提取[14]、参数计算、赋值对比、结果输出等功能，将制定的结构化规则与BIM模型信息相关联，输出不满足规范的构件id、实际设计值、检查条件、逻辑表达式到可视化界面。信息提取步骤过程如下：

2.2.1基础参数提取。框架结构的基础属性参数分为混凝土参数和尺寸参数两类，包括混凝土强度、几何尺寸、保护层厚度等参数信息。RevitAPI的Parameter（）类提供FamilyInstance.get_Parameter（“参数”）方法，有string、BuiltInParameter、Definition和Guid参数四种表达方式，能够提取构件的混凝土强度、保护层厚度等参数，若提取的数据单位为英尺，要乘以304.8转换为毫米单位。创建几何选项Option（），设置ComputerReferences为True，DetaiLevel为Fine，构件元素的尺寸提取方法如下：

①使用Geometry（）得到GeometryElement（）实体，得到Solid（实体）、Point（点）、Curve（线）、Face（面）等。

②通过遍历GeometryInstance（）获取实体的Face（面）、Edge（边）以及XYZ（空间坐标）。

③然后从获取的几何元素中取到实体，遍历实体中的所有面和边，把面转换为网格后，对网格的顶点进行坐标变换，得到框架梁和框架柱的顶点坐标。

④再对各面和各边的顶点坐标进行计算，得构件的几何参数。

2.2.2钢筋参数提取。钢筋的属性参数可使用Element.get_Parameter（BuiltInParameter.”参数”）方法提取，RevitAPI中包含了大量的内置参数，这些参数在Revit.Parameters.BuiltInParameter（）枚举中定义，通过Element.Parameter（）访问。

2.3工程概况参数

在winform内创建工程概况界面，输入的参数将直接赋值给合规检查规则中的ET（环境等级）、ER（抗震烈度）、YEARUSE（使用年限）等常量，输入概况参数后会立即执行主程序代码。

2.4赋值对比

整理的设计规范按照编译规则逻辑表写到主程序中，提取的属性参数赋值给逻辑表达式中的变量，如果返回值为真，表明该构件出现设计错误，并在数组中储存不符设计规范构件的id值、提取值、检查条件和逻辑表达式，直到该集合遍历结束为止。

元素集合中所有元素遍历结束后，将储存检查结果的数组与DataGridView（）的数据源绑定，DataGridView（）的界面标题设置为ID、实际设计值、检查条件和逻辑表达式，在相应的标题下输出数组中所对应的数据。

3.实例分析

某钢筋混凝土框架结构办公楼，层高均为3.3m，建筑总高度10.35m（室外地坪至结构层），室内外高差0.45m，总建筑面积1537.6，其抗震设防烈度为7度（0.15g），建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为II级，环境等级为I级，设计合理使用年限为50年。

运行合规检查系统，输入工程概况参数后，系统将会运行合规检查系统，部分检查结果如图2所示。

检查的223根构件中，有19根存在问题均为梁柱构件，共包含38处错误，其中因结构设计引起的有33处，包括基础参数13处和钢筋参数20处;因建模不准确引起的有5处。

4.结论

本文研究结果表明，基于BIM的框架结构模型合规性检查系统能够发现框架构件在结构设计和模型绘制时的错误，返回引起该错误的原因，给出相应的规范要求，在初级阶段帮助设计人员及时发现设计中的各种违规，辅助企业开展设计审核与质量管控工作。

国家自然科学基金：大場景机载点云建筑语义建模（No.41971415）

参考文献：

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