BIM 在钢结构建模中的技巧

陈鹏岳

0 引言

随着国家可持续发展战略和倡导绿色建筑的实施，工程建筑领域方面的钢结构因契合度高而获得迅猛发展，2019 年3 月住建部《关于印发住房和城乡建设部建筑市场监管司2019 年工作要点的通知》中提出“开展钢结构装配式住宅建设试点”，这是装配式建筑政策首次提出钢结构试点。2019 年6 月住建部发布《装配式钢结构住宅建筑技术标准》，于当年10 月1 日起正式实施。传统建造方式湿作业与环保要求背道而驰，与之相反，钢结构采取干作业施工，较多部品部件采用工厂化集中生产的方式，降低了建筑主材的消耗；在施工过程中除生活用水外基本无需用水，大大减少自来水、水泥用量，大量减少了对环境的污染。恰逢BIM 技术在国内应用普及，钢结构和BIM技术在时代的浪潮中相遇且碰撞出了耀眼火花。钢结构项目的激增，使现场工程人员的压力也在增加，如何提高工作效率，成为现场人员首要克服的困难。

1 前述

文中按建模顺序详细梳理建模过程中的一些应用技巧，图1 为建模后的效果图（部分钢结构）。文中所讨论的BIM 建模软件为revit 软件，版本号为2018 版。钢结构模型创建的具体流程如下：识图→分割图→构件命名→设置过滤器→新建族→绘制构件。

图1 钢结构建模后效果图（部分钢结构）

2 识图

建模前首先要拿到施工图设计文件，同时要取得与施工图设计文件相同的CAD 电子版图纸，以方便后期的软件建模。施工图拿到后要首先对结构进行分析，如果是单层厂房，一般按门架、抗风柱、钢柱、钢梁、吊车梁、柱间支撑、水平支撑、系杆、屋面檩条、墙梁、雨棚等构件来分析，如果是多层厂房，一般先分层，然后按钢柱、钢梁、柱间支撑、水平支撑、屋架、屋面檩条、墙梁等构件来分析，具体可根据BIM 应用需求和工程特点做调整。

识图分析是为了充分了解钢结构施工图的组成，做到全局分析，使建模工作可以全面地、有序地，无遗漏地完成。

3 分割图

识图分析后就可以将CAD 图纸按分析结果分别切割导出，需要注意的是图纸切割要细，比如四个立面图、多个门式钢架规格要分别切割导出，同时导出图纸的名称要按构件类型标明，不得模糊，要达到看名称就能知道图纸内容的程度。

不管是图纸切割要细还是切割后图纸的命名，都是为了后期建模的方便，提高建模的效率和精确度。

4 构件命名

从此步开始就是对revit 软件的操作了。构件命名非常重要，命名的合理与否直接影响到后期的BIM 应用。

构件命名应根据后期的BIM 应用情况做相对应的专门的命名规则，通常情况下钢结构命名应至少包括以下要素：层数-构件名称-规格型号-（标高）-（区域），括号内容视情况填写，比如：二层-钢柱-300mm×200mm×6mm×8mm；如果是命名节点板，还要增加节点板所依附的构件类别，比如：一层-节点板1-150mm×150mm×10mm-钢柱（依附于钢柱）。

对所有构件列出命名清单，以方便建模时对构件命名，清单列表举例如表1。

表1 构件命名清单

5 设置过滤器

软件建模过程中随着构件数量越来越多，构件之间相互重叠对建模者的影响较大，对建模的精确度和准确性非常不利，巧妙设置过滤器就可以避免以上问题。

过滤器的设置一般按构件类型来设置，比如钢柱、钢梁、钢架、系杆、檩条、墙梁，也可以根据图纸的复杂程度再细分，比如F1 钢柱、F2 钢梁、A 轴墙梁、B 轴墙梁等。

过滤器设置好之后，可以利用过滤器的可见性功能将影响视线的构件先隐藏起来，仅留下必要的构件，这样建模速度和准确性就可以大幅提高。过滤器的名称一般按构件类别设置，比如水平支撑、拉条、撑杆、檩条、墙梁、系杆等。

6 新建族

软件虽然内置了一些族类构件，但是在实际工程中仍然存在大量的构件规格型号以及族类别缺少的情况。

构件类型缺少的情况比较好处理，比如施工图要求钢柱的类型为400mm×400mm×8mm×12mm，但软件中只有400mm×400mm×6mm×8mm 或500mm×300mm×8mm×12mm的类型，这种情况只需要在构件的类型属性中修改相应的属性值即可。

如果缺少族类别，就需要新建族，比如施工图中钢柱是上大下小钢柱，而软件中没有这种族，就只能新建族。新建族需要注意以下两点：（1）选择适当的族样板文件；（2）尽量选择参数化建族。

7 绘制构件

巧妙利用前面切割后的CAD 图建模，可以迅速定位，提高建模的精确度和准确度。巧妙利用剖切功能，可以准确将墙梁、拉条等竖向构件建模完成。巧妙利用组功能，将多种构件成组，然后复制相同的模型，可以大幅减少重复工作。

7.1 钢柱建模

（1）在楼层标高系统中设置好钢柱底标高和钢柱顶标高，如果多层结构要分层设置，对于结构中关键标高也要设置，比如屋面报告、雨棚标高等，以便于直接使用。

（2）建立基本轴网，轴网同施工图文件要相同。

（3）在平面图中导入切割后的CAD 图。

（4）在软件中将基本轴网锁定，然后将CAD 图轴线相交点与基本轴网重合，比如选择1/A 轴交点重合。

（5）将模型置入，注意采用一些技巧，比如旋转、对齐的一些快捷键。

7.2 钢梁建模

（1）在楼层标高系统中设置好钢梁标高，如果多层结构要分层设置，如果钢梁在施工图文件中为倾斜放置，可修改软件钢梁属性中起点标高偏移和终点标高偏移数值以满足施工图要求。

（2）在已建好的轴网上，选择对应的标高平面，放置构件。如果钢梁有倾斜度要求，可修改钢梁属性值中的起点标高偏移和终点标高偏移来精确控制钢梁的斜度。

7.3 节点板及螺栓建模

软件中已自带一些节点加强板构件，但实际施工图设计文件中存在着大量的不规则的节点板形状，需要自建族的数量较多，节点板自建族需要注意以下3 点：

（1）节点板规格型号在名称中体现；

（2）节点板的依附构件在名称中体现；

（3）尽量参数化建族。

节点板的依附构件一定要在名称中体现，因为存在很多规格相同但是依附构件不同的情况，如果不标注依附构件，在后续建模中就不能准确选择新建族，在BIM 后期应用中也会造成混乱，比如需要统计依附于钢柱的节点板时，就可能将规格相同的梁节点板也统计进来，统计数据的准确性不能保证。

依附构件不同，新建节点板族的建模规则也不同。比如相同规格的节点板200mm×200mm×10mm 分别依附于柱和梁，一个以宽度面依附，一个以厚度面依附，见图2，所以在命名时依附构件信息非常重要。

图2 以宽度面依附（左）和以厚度面依附（右）

图3 利用隔离功能快速布置螺栓

7.4 钢架建模

钢架一般由钢柱和钢梁及一些节点板组成，是一个多构件的综合体，按上述建模方式建模钢柱、钢梁和节点板后，就形成了一个钢架模型。

钢结构中钢架一般为重复性构件，为避免重复劳动，提高绘图效率，可以利用“组”功能对钢架实行成组设置。成组后钢架如图4，成组后相同钢架可以直接进行复制、移动操作。图5 为相同钢架复制操作结果。

图4 钢架成组

图5 钢架复制操作

7.5 雨棚建模

雨棚建模结合了钢梁建模和节点板建模的方法。

雨棚也存在钢架类似的情形，也可以对组成雨棚的构件进行成组操作，实现相同雨棚直接复制或移动。

7.6 檩条建模

钢结构檩条的特点是间距基本相等或只有几种间距，檩条的规格相同或只有几种规格，利用檩条的这个特点，可以利用梁系统功能迅速地画出檩条布置。

檩条绘制之前要提前将檩条切割的CAD 图导入软件中作为底图参考，然后利用梁系统功能将檩条布置，当檩条间距不同时，可分区域布置梁系统，使檩条布置与图纸相符。

檩条设计中因屋面局部结构受力不同，部分区域的檩条规格型号有变化，檩条布置完成后，需要根据图纸调整部分檩条的规格型号。已导入的CAD 底图中都已标注檩条的规格型号，按图纸所示，将不同规格的檩条利用切割工具切断，随后在属性中变更檩条规格型号即可。

7.7 墙梁建模

墙梁建模与钢梁建模方法类似，但又有不同之处。

墙梁一般工程设计为C 型钢，如果跨度较大还会设计成双C 型钢。C 型钢的受力性能在截面立放比较合理，软件中也按立放放置，而实际施工图设计中为方便墙板安装均平放设计，若在软件中直接放置则与图纸不符。有两种处理方式：（1）修改梁属性中的横截面旋转值，但此方法会相应改变梁的标高基准方向，在统计或输入标高时需要注意。（2）修改族文件，对C型钢的族文件直接修改，改变默认放置方式，同时对族中的相应参数做修改。

墙梁另一个与钢梁不同的是，墙梁一般同时设计了撑杆、拉条、门柱、窗柱等构件，斜向类构件可按斜梁方式放置，竖向类构件可采用一次放置，应使用多次复制修改格式的方式创建。

8 结束语

BIM 建模技巧在钢结构建模中非常重要，技巧在某种程度上也是一种方法，技巧或者方法掌握得恰当与否不仅决定了建模效率，还对模型的精确度有着非常重要的影响，因此在BIM学习应用过程中我们应注意学习和积累一些操控技巧，提高BIM 学习应用水平。