基于BIM的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

1、PAGE PAGE 4基于BIM的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)趙志平 張現(xiàn)林 常建立(河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊，050091)摘 要：建筑結(jié)構(gòu)施工圖平面整體設(shè)計(jì)方法（平法）已創(chuàng)建十幾年，它將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和配筋等，整體直接表達(dá)在各類構(gòu)件在結(jié)構(gòu)平面布置圖上，使用時(shí)需與標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造詳圖配合。平法施工圖表達(dá)不直觀，有歧義；鋼筋定位信息不全；必須借助第三方軟件才可以進(jìn)行算量。鑒于此，我們利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了三維建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)字化研究，以真實(shí)建筑結(jié)構(gòu)為藍(lán)本，構(gòu)建了建筑信息模型, 使傳統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)施工圖紙回歸建筑本身的三維本質(zhì)。關(guān)鍵詞：混凝土深化設(shè)計(jì);虛擬現(xiàn)實(shí);基于BIM的設(shè)計(jì)可視化技術(shù);虛擬設(shè)計(jì)與施

2、工1.前言建筑結(jié)構(gòu)施工圖平面整體設(shè)計(jì)方法（平法）對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施工圖的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)表達(dá)方法作了重大改革，它將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和配筋等，整體直接表達(dá)在各類構(gòu)件在結(jié)構(gòu)平面布置圖上，使用時(shí)需與標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造詳圖配合。目前，G101-X、G901-X國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)已成系列。平法的核心是表達(dá)鋼筋信息，平法改變了傳統(tǒng)的將各個(gè)構(gòu)件逐個(gè)繪制詳圖的繁瑣方法，使單張圖紙的信息量高而集中，提高了設(shè)計(jì)效率。但平法施工圖表達(dá)不直觀，有歧義；鋼筋定位信息不全，不可以直接指導(dǎo)施工；必須借助第三方軟件才可以進(jìn)行鋼筋、混凝土的算量。鑒于此，我們利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行了三維建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)字化研究，以真實(shí)建筑結(jié)構(gòu)為藍(lán)本，以數(shù)字化三維技術(shù)，構(gòu)

3、建了建筑信息模型,以三維形式展現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部真實(shí)的情況：用實(shí)體詳圖表達(dá)鋼筋，鋼筋尺寸和定位準(zhǔn)確，鋼筋位置發(fā)生沖突時(shí)的避讓與實(shí)際情況完全一致；使隱蔽工程可視化，可身臨其境地感受建筑結(jié)構(gòu)信息；可直接進(jìn)行各類混凝土、任意等級(jí)、任意直徑鋼筋的算量，滿足工程需要。圖1 基礎(chǔ)混凝土部分的實(shí)現(xiàn)2.基礎(chǔ)部分的實(shí)現(xiàn)2.1混凝土部分的實(shí)現(xiàn)依據(jù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工圖紙，創(chuàng)建獨(dú)立基礎(chǔ)和雙柱普通獨(dú)立基礎(chǔ)的混凝土部分，在創(chuàng)建前需提前設(shè)置混凝土的屬性，包括強(qiáng)度等級(jí)、名稱、截面、位置、現(xiàn)澆還是預(yù)制、編號(hào)設(shè)置等。已創(chuàng)建完整的混凝土部分見圖1。2.2鋼筋部分的實(shí)現(xiàn)依據(jù)施工圖紙和國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集06G101-6混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整

4、體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖（獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、樁基承臺(tái)），創(chuàng)建基礎(chǔ)的鋼筋部分,鋼筋的配置要滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求。在鋼筋的創(chuàng)建過程中，也需提前輸入鋼筋的系列參數(shù)，包括鋼筋的種類、直徑、名稱、分類等級(jí)（用于控制顯示和顏色等）、編號(hào)屬性等。所有鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度；縱向鋼筋（插筋）的布置與長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度、彎鉤內(nèi)直徑、連接接頭的相互錯(cuò)開、鋼筋機(jī)械連接區(qū)段長(zhǎng)度、位于同一連接區(qū)段內(nèi)的縱向鋼筋接頭百分率、負(fù)筋的接長(zhǎng)位置等等；箍筋在基礎(chǔ)內(nèi)的設(shè)置包括數(shù)量、肢數(shù)；在柱內(nèi)、梁內(nèi)箍筋的加密區(qū)與非加密區(qū)布置；柱復(fù)合箍筋采用的大箍套小箍的組合方式、柱封閉箍筋彎鉤位置沿柱豎向按順時(shí)針方向（或逆時(shí)針方向）順序排布等等

5、，凡是涉及鋼筋的任何細(xì)部構(gòu)造要求，都務(wù)求做到與規(guī)范或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集相一致，能全真模擬鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的施工細(xì)節(jié)，以便自動(dòng)算量時(shí)能得到所需材料的準(zhǔn)確數(shù)據(jù),所導(dǎo)出的下料清單能直接指導(dǎo)施工。已經(jīng)創(chuàng)建好的基礎(chǔ)鋼筋部分見圖2，該工程的實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)見圖3。圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)圖2 基礎(chǔ)鋼筋部分的實(shí)現(xiàn)3.主體部分的實(shí)現(xiàn)3.1 總體實(shí)現(xiàn)主體部分包括柱、梁、板、樓梯、雨棚等,依據(jù)工程圖紙和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列圖集G101-X、G901-X,創(chuàng)建其混凝土部分與鋼筋部分，見圖4和圖5。圖5 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)（只有鋼筋）圖4 基于BIM的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)3.2 細(xì)部處理通過細(xì)部處理，可以利用計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)鋼筋的精準(zhǔn)排布，做到與

6、實(shí)際完全一致。以圖6為例，它顯示了一角柱附近的鋼筋布置的情況。圖6中某些混凝土已設(shè)置為透明，從中可看到柱子變截面的情況、縱筋的接長(zhǎng)；梁鋼筋在柱內(nèi)的錨固、梁負(fù)彎矩鋼筋（兩層）的截?cái)?、梁箍筋及其加密區(qū)情況、梁側(cè)的抗扭鋼筋、拉結(jié)筋；次梁與框架梁節(jié)點(diǎn)處的縱筋錨固（非抗震）、吊筋、附加箍筋；板的扣筋、分布鋼筋等等。柱子鋼筋的局部放大圖見圖7，從圖中可看到復(fù)合箍筋各彎鉤位置的相互錯(cuò)開、柱箍筋的加密區(qū)與非加密區(qū)情況。圖6 細(xì)部處理圖7 細(xì)部（柱子）4.自動(dòng)算量的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的建筑結(jié)構(gòu)就是一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)，它包含所有項(xiàng)目中需要的數(shù)據(jù)。而平、立、剖、鋼筋的下料單等視圖只是模型的副產(chǎn)品，是各種數(shù)據(jù)的組織。模型中所有

7、的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與信息都是相互關(guān)聯(lián)與依賴的，改變模型中的一個(gè)參數(shù)，所有與其相關(guān)的內(nèi)容都會(huì)發(fā)生相應(yīng)地改變。我們可以輕易導(dǎo)出需要的任何材料用量的清單，這些清單都是軟件自動(dòng)導(dǎo)出的。能提供海量數(shù)據(jù)：可以是基礎(chǔ)、第一層、第二層、所需不同規(guī)格混凝土的清單，不同直徑、不同強(qiáng)度等級(jí)鋼筋的清單，去除耗損，這是建筑施工材料用量的最精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。5.結(jié)論只有回歸三維，才能使我們的設(shè)計(jì)達(dá)到盡善盡美。在我們的BIM研究中，我們惟妙惟肖地創(chuàng)建了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了平面施工圖紙回歸三維實(shí)體表達(dá)，用實(shí)體詳圖表達(dá)鋼筋，鋼筋尺寸和定位準(zhǔn)確，可以直接指導(dǎo)施工；可以對(duì)復(fù)雜鋼筋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行鋼筋碰撞校對(duì)；可以直接進(jìn)行混凝土、鋼筋算量，方便快捷。 隱

8、蔽工程可見化。真實(shí)的鋼筋混凝土建筑，混凝土一旦澆筑，鋼筋的信息即成為隱蔽的。但我們可通過更改建筑信息模型中混凝土的透明度設(shè)置，使埋入其中的鋼筋顯露出來，在可見的情形下，任意更改、瀏覽鋼筋的設(shè)計(jì)信息。虛擬現(xiàn)實(shí)超越現(xiàn)實(shí)。數(shù)字化建筑結(jié)構(gòu)，還具有可操作性，可以任意旋轉(zhuǎn)、平移、設(shè)置剪切面，這遠(yuǎn)比圖片和視頻形象、生動(dòng)，我們可以虛擬深入鋼筋籠、鋼筋網(wǎng)內(nèi)，查看每根鋼筋的細(xì)部及與相鄰鋼筋的排布關(guān)系，因此，這種數(shù)字化建筑結(jié)構(gòu)特別適于施工中的技術(shù)交底和土木類院校對(duì)廣大學(xué)生進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)、構(gòu)造知識(shí)的教學(xué)。參 考 文 獻(xiàn)1 GB 500102002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范S. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.2 國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)系列圖集G101-X. 北京： 中國(guó)計(jì)劃出版社3 國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)系列圖集G901-X. 北京： 中國(guó)計(jì)劃出版社4 陳青來. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)平法設(shè)計(jì)與施工規(guī)則. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007【基金項(xiàng)目】河北省科學(xué)技術(shù)廳科技支撐計(jì)劃