BIM技术在建筑结构设计中的应用

肖 辉

（湖北文理学院理工学院，湖北 襄阳 441000）

BIM技术在现今建筑行业中应用越来越广泛，在建筑行业各领域的应用也越来越深入。但在结构设计方面，BIM的应用并不很完善，存在多次建立模型、模型使用不充分、逆向翻模的现象，往往初步设计时绘制一遍模板图，结构计算时建立一个计算模型，施工图设计时深化初步设计，碰撞检查时按照施工图重新建立三维精确模型。整个结构设计过程重复建了4次模型，虽然个别阶段模型能重复使用，但总体工作效率比较低。为实现BIM技术的结构正向设计一体化，特以广厦结构BIM正向设计系统GSRevit软件来说明。

1 结构建模和荷载输入

进行结构BIM正向设计，打开GSRevit软件界面，点击Revit建模，以此打开Revit软件（注意在后面的操作过程中GSRevit软件界面始终处于打开状态，请勿关闭），选择“结构样板”，在Revit软件的界面功能菜单上多了几个GS软件插件图标，这几个插件在结构设计时要用。

1.1 模型总体信息

点击“结构信息”，输入各层信息及总体信息，注意标高信息输入中以建筑标高为准。用于计算的混凝土强度等级取得是各层信息里的，并不是在建模中自行设置的构件的混凝土等级，当具体布置时，某些特殊构件混凝土等级可单独设置。关于地震信息中的振型数不是一次就可以确定的，要在结构计算中以参与振型的质量百分比进行调整，不断增加，直到参与振型的质量均达到90%以上。

1.2 模型初建

导入已给定的建筑图纸，以此作为底图进行轴网和构件布置。构件布置时，注意软件建模的习惯，考虑到BIM系统中Revit的设计习惯是以建筑标高为准，结构0层为建筑1层，某层的结构楼层涉及到两层的建筑楼层，竖向构件以视图平面向下一层布置，比如选择视图平面为2F，布置的柱或墙为1楼的构件，布置的梁或板为2楼的构件。

1.3 荷载输入

依照规范和实际情况进行荷载输入。对于建筑图上的非结构构件，可以荷载的形式加载在结构构件上，此种做法仅针对结构模型建模。在BIM系统应用中应首先引用建筑模型，在建筑模型的基础上输入结构模型，这样结构模型上的荷载更贴近真实情况，并且建筑模型中的非结构构件虽然理论上不受力，对结构受力不提供帮助，但是，非结构构件还是有一定的强度和刚度，或多或少会对结构的刚度和强度有一定的影响。以真实构件模型进行加载，计算分析的结果更具有真实性。对于楼梯荷载的布置，软件中没有给出明确的布置方式，暂以虚板的方式布置荷载。

1.4 定义预制构件

点击“装配式设计”，在初建模型中指定预制构件，为后期施工模型深化设计、构件深化设计做好准备工作。

1.5 导出模型，验证模型的正确性

点击“模型导出”，导出广厦录入模型。在广厦软件界面选择“图形录入”，检查模型中是否有蓝色图框，即为模型错误，也可通过功能菜单中的“数据检查”，查找模型中的错误进行改正。注意，此项工作一定要在层间拷贝前完成，否则在修改时可能要进行多层修改，造成麻烦。

1.6 层间拷贝

高层建筑中往往存在多个楼层的结构布局完全相同，可只建最低一个楼层的模型，其他楼层不需要在Revit中建立，可采用层间拷贝的功能拷贝到新的楼层后进行修改。

2 结构模型分析和调整

依次选择“楼板、次梁、砖混计算”“通用计算GSSAP”进行结构计算分析，检查超限问题。混凝土结构关心的主要结构整体指标有质心、刚心和偏心率、侧向刚度比、结构位移、位移比、位移角、周期比、剪重比、倾覆力矩、刚重比、轴压比等。常见的超限问题有轴压比超限、扭转不规则、连梁剪力超限等。

2.1 轴压比超限

2.2 扭转不规则

扭转不规则的本质是质心和刚心不重合，导致位移比＞1.2，周期比＞90%，扭转周期不是第三周期或更后。因此，当出现扭转不规则时，最简单有效的办法就是调整结构构件的布局，尽量使结构对称、均匀，适当弱化中间，加强四周，尽量使质心与刚心重合。

2.3 连梁剪力超限

计算中往往会出现连梁剪力超限问题。具体调整办法：（1）降低连梁的刚度：加长、减小高度。（2）减小两侧剪力墙的长度。（3）适当降低连梁刚度折减系数。对于连梁剪力超限时，尽量不要采用增大连梁截面的方法，因为截面增大了，必然会导致刚度增大，分配的剪力也会增大，对控制剪力超限作用甚微。选择“平法配筋”对计算模型进行计算配筋，然后选择“AutoCAD自动成图”，进入AutoCAD界面。首先设置出图习惯，然后依次完成“生成DWG图”“平法警告”“校核审查”“分存DWG”。当配筋图中有修改需要时，比如超筋超限警告、裂缝超限警告，可直接在AutoCAD中修改，此修改内容与Revit中的模型关联。

3 装配式深化设计

3.1 结构模型预处理

Revit中生成施工图后，会将之前空缺的楼层补全。为了实现一模多用，进行装配式深化设计时仍只用这一个模型，在需要进行深化设计的楼层复制视图，在复制后的视图中进行施工深化设计，并且在ViewCube上点鼠标右键，在弹出的下拉框中选择要定位的3D视图。在视图中隐藏之前指定的装配式构件，重新布置预制构件。布置预制构件时，为保证预制构件种类少，实现预制构件模板的通用性，应允许对建筑图纸（或建筑模型）进行微调，尽量使预制构件种类少，规格统一，因此，这需要多专业的协同。

3.2 构件拆分

按照拼装方便、构件统一的原则进行拆分，保证足够的现浇接缝宽度和伸出钢筋长度。导入相应的预制构件族，找到要用的族，路径为“族—常规模型—GS—叠合底板可拖动”，鼠标右键点“创建实例”，将预制构件放到指定位置，尺寸大小可直接拖动，也可在属性中设置。添加完预制构件后，应按规定对构件命名。考虑到现浇层表面的标高，布置预制构件时应注意调整标高。

3.3 构件布筋

点击菜单“装配式设计—排布板筋”，弹出预制构件配筋排布参数对话框，根据模型整体计算中的配筋信息对弹出对话框进行设置，注意钢筋的搭接长度和钢筋间距。注意最上面的“√”一定要去掉。然后选取需要深化的构件，显示出外观图。

3.4 构件处理

对于一些需要特殊处理的构件，比如楼板开洞、主次梁设置牛担板等，除混凝土体形需要修改外，其中的配筋也应相应改变。

3.5 碰撞检查

碰撞检查是结构设计中非常重要的一环，将影响到后期的施工环节。碰撞问题经常发生在预制构件之间或预制构件内部，需要认真处理。在预制构件布置完后，点击“钢筋碰撞”，图中显示红色表示出现了碰撞，则拖动错开。如果发现拖动不了，一般是Revit自动对保护层位置做了锁定，解锁就可以拖动了。

4 预制构件加工图

对于施工模型中的预制构件应进行详细的预制构件深化设计。为使施工模型干净整洁，新建项目后，将预制构件复制到新的结构样板中生成预制构件加工图。同样选择“排布板筋”，此时最上面的应勾选，然后选择预制构件，将自动生成构件的配筋三视图、配筋三维图和材料表。生成的图纸有三处需要修改的地方：（1）在图纸中移动每个视图说明到视图正下方。（2）在模板图中打断剖切线。（3）修改明细表，取消表头后的空行和增加重量统计。预制构件还需要进行脱模计算和吊装计算，以确定吊点个数和吊点位置，保证构件制作安全性。

5 还需解决的问题

GSRevit软件解决了Revit中结构模型输入和直接计算的问题，保证了结构BIM正向设计的实现，但仍有些问题需要解决：（1）AutoCAD自动成图及Revit中的生成施工图耗时较多，特别是Revit中的生成施工图需要等很久才可以完成，希望以后可以加快图纸生成速度。（2）对于楼梯荷载的布置方式需要更明确化。（3）预制构件加工图与施工模型没有关联性，需要进行多处修改。（4）缺少模具加工图纸，希望能根据模板图和配筋图自动生成模具加工图，以方便预制厂的加工，保证模具的可靠性。