基于BI M的框架结构设计建模及碰撞检查探究

周威

（河北轨道运输职业技术学院，石家庄050051)

1 引言

伴随着现代信息科技的发展，工程项目日益增多，建筑信息模型得到了人们的广泛关注[1]。2002 年，BIM 技术由Autodesk 公司提出，可以将建筑的设计、施工、运行等信息集成在一个3D 模型信息库。设计、施工等各方人员可以共同工作，有效地提高了设计、施工效率，实现了透明沟通、节约成本。

目前，除了国家强制使用BIM 技术的工程，BIM 技术在其他工程中应用并不广泛。国内BIM 应用仍存在应用率偏低、BIM 绩效不良等问题[2]。我国的建筑结构设计，通常采用CAD、PKPM 等软件，存在一定的问题，包括设计图纸可视化程度较低，与业主沟通困难；难以生成建筑效果图；设计持续时间较长；各专业沟通不到位，出现各专业系统的碰撞问题。采用BIM 技术进行建筑结构设计，可以避免以上问题。

2 BI M技术简介

2.1 BI M概述

BIM 全称为建筑信息模型，通过三维数字技术来实现建筑信息的具象化[3]。根据美国国家建筑信息模型标准项目委员会对BIM 的定义，BIM 是指设施的物理和功能特性的数字化表述[4]。BIM 技术起源于建筑行业，可将工程模型的几何属性进行数字化、可视化表达，能为项目的各种决策提供全生命周期的可靠服务[5]。BIM 可以将各类工程（建筑工程、铁道工程、桥梁工程等）的数据、信息作为建模的基础数据，模拟各类工程的各项信息。

BIM 的建模软件包括Autodesk Revit、Autodesk Naviswork、Bentley Building 等。在我国工程方面应用较多、较为广泛的是Autodesk Revit 软件。Revit 软件可以对建筑结构进行设计，并检查建筑结构是否出现碰撞。该软件对建筑结构进行碰撞检查较为简便，不仅可以检查是否存在碰撞，还可以发现建筑结构碰撞的位置，为建筑结构设计提供理论参考。

2.2 BI M的特点

建筑信息模型作为一种创新的理念与方法，凭借其可视化、协调性和模拟性等优点，在建筑领域得到迅速推广[6]。BIM技术的特点包括以下5 个方面：

1）创建模型可视化。使用BIM 技术建立的工程模型，建模结果即为设计结果，可以实现工程项目的可视化。结合计算机系统将设计转化成图形，使设计人员以及施工人员可以根据图像的显示状况进行工程的准确施工[7]。

2）多方协同作业。建筑设计时，各专业可能会出现设计碰撞，如暖通管道、建筑门窗与结构梁构件碰撞。使用Revit 软件建立工程模型之后，就可以提前协调解决这类问题。

3）工程模拟性。Revit 软件建模具有高度仿真的性能，不仅可以模拟工程模型，还可以模拟日照、紧急疏散、热能传导等。

4）设计优化性。Revit 软件可以优化工程设计（自动检测碰撞点）、项目方案、特殊项目设计优化等。

5）建模可出图性。Revit 软件不仅可以提供设计、施工图纸，还可以通过协调、优化后，提供综合管线图、综合结构留洞图、碰撞检查侦错报告、改进建议方案等。

3 实际3 层框架结构设计模型

3.1 工程概况

某幼儿园设计为3 层框架结构，层高为3 600 mm，结构平面图如图1 所示。该建筑物的梁、板、柱、墙混凝土强度等级均为C30，柱截面尺寸为KZ1：550 mm×600 mm、KZ2：550 mm×400 mm、KZ3：550 mm×600 mm、KZ4：450 mm×450 mm、KZ5：550 mm×600 mm，梁截面尺寸横向主梁（1～6 轴）为300 mm×600 mm，横向次梁为250 mm×500 mm，纵向主梁（A～D）为300 mm×600 mm，纵向次梁为250 mm×500 mm。现浇混凝土板厚度为100 mm。现浇混凝土墙厚度为200 mm。

图1 某幼儿园结构平面图

3.2 工程模型

利用Autodesk Revit 软件创建幼儿园3 层框架结构模型。根据实际工程资料，设置梁、板、柱、墙、门窗等属性，并创建场地。创建完成后工程模型如图2 所示。

图2 框架结构模型

3.3 工程模型建模步骤

1）绘制模型标高、轴网。由3 层框架结构工程信息，创建立面标高、平面轴网。在项目浏览器中展开立面中的南立面，绘制、编辑模型各层标高；展开楼层平面中的1 层平面，使用轴网命令绘制、编辑模型轴网。

2）绘制模型框架柱。由设计图纸中框架柱的材料、尺寸、位置数据信息，绘制模型框架柱。在选项卡展开结构柱，创建工程概况中KZ1～KZ5 的混凝土框架柱。

3）绘制模型框架梁。由设计图纸中框架梁的材料、尺寸、位置数据信息，绘制模型框架梁。在选项卡展开结构梁，创建工程概况中横、纵向主、次混凝土框架梁，框架梁在框架柱上方。

4）绘制模型内外墙。由设计图纸中内外墙的材质、尺寸、位置数据信息，绘制模型内外墙。在选项卡展开墙，创建内外墙体。

5）绘制模型门窗和楼板。由设计图纸中门窗表以及楼板材料、位置数据信息，绘制模型门窗、楼板。在选项卡展开门、窗，绘制门窗；展开楼板，绘制楼板。

6）绘制模型楼梯。由设计图纸中楼梯材料、位置、踏面、踢面、休息平台、栏杆扶手数据信息，绘制模型楼梯。在选项卡展开楼梯，绘制楼梯。

7）绘制雨篷。由设计图纸中雨篷数据信息，绘制模型雨篷。在选项卡展开建筑屋顶，绘制雨篷。

8）绘制模型场地。根据建筑结构环境进行场地建模。在场地平面绘制场地。

4 实际3 层框架结构碰撞检查

BIM 技术中，碰撞检查是实用性较强的功能，标志着二维向三维转向。通过3D 校审，可以发现隐藏在建筑结构设计中的问题，100%消除各类碰撞，减少返工、缩短工期、节约成本。

碰撞分为硬碰撞与软碰撞。硬碰撞指实体构件与实体构件之间的相互碰撞，又分为单专业碰撞和多专业碰撞；软碰撞指实体构件之间没有发生实际的碰撞，但是构件之间的间距不能满足安装或维修要求。本文主要针对3 层框架结构进行硬碰撞检查。

4.1 单专业碰撞检查——楼梯与梁碰撞检查

框架结构楼梯与梁碰撞检查属于硬碰撞检查中的单专业碰撞检查，仅属于结构专业。通过使用Autodesk Revit 软件中碰撞检查功能实现检查楼梯与梁是否发生碰撞。

通过碰撞检查发现，结构模型存在4 处碰撞：2 个楼梯分别与2 根楼梯梁碰撞。碰撞原因为楼梯梁位置错误导致，如表1 所示。

表1 楼梯与梁碰撞检查结果

通过调整楼梯梁位置，再次进行碰撞检查，未出现楼梯与梁碰撞现象。

4.2 多专业碰撞检查——门窗与结构梁柱碰撞

框架结构门窗与结构梁柱碰撞检查属于硬碰撞检查中的多专业碰撞检查，属于建筑专业与结构专业。通过使用Autodesk Revit 软件中碰撞检查功能检查门窗与结构梁柱是否发生碰撞。

通过碰撞检查发现，结构模型存在1 处碰撞：2 层窗C6 与其上部梁KL4 碰撞。碰撞原因为窗底高度错误，如表2 所示。

表2 窗与结构梁碰撞检查结果

通过调整窗底高度，再次进行碰撞检查，未出现门窗与结构梁柱碰撞现象。

5 结论

通过对建筑结构设计建模及碰撞检查研究，可以得出以下结论：

1）通过采用BIM 技术设计建模，可以展示三维立体模型，自动生成建筑效果图，直接显示数据。不同行业人员可以从中读取数据，便于沟通。

2）使用Autodesk Revit 软件中碰撞检查功能时，可以发现各专业设计问题。通过得出的冲突报告可以判断建筑结构是否存在碰撞并消除，相对于之前的检查方法更为准确、快速、低成本。

3）本文使用BIM 技术研究了实际框架结构的设计建模和碰撞检查，但还存在需要完善的方面，例如，模型的软碰撞检查等还需要进一步研究。