張曉龍 夏緒勇 馬恩成

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

1 引言

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM以先進(jìn)的理念和對整個建筑行業(yè)生產(chǎn)效率的極大提升受到廣泛關(guān)注[1-3]。與傳統(tǒng)的2D模型設(shè)計相比，其最大的STXT，是國內(nèi)自主版權(quán)的專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計軟件，其功能設(shè)計框圖如圖1所示，是以三維模型數(shù)據(jù)為核心，包括主要構(gòu)件(梁、柱、支撐等)和細(xì)部連接零件(螺栓、焊縫、連接板、加勁肋等)，所有構(gòu)件和連接零件采用了和真實結(jié)構(gòu)相同的實體模型來優(yōu)勢是建立了真實的三維信息模型，直接通過三維模型提取需要的各項信息，同時便于檢查、交互修改，能自動實現(xiàn)模型對象關(guān)聯(lián)管理，模型數(shù)據(jù)能最大程度的共享。

目前國內(nèi)深化設(shè)計基本都是停留在二維繪制狀態(tài)，手工繪制強(qiáng)度非常大，而且由于鋼結(jié)構(gòu)形式多樣，截面種類多，節(jié)點(diǎn)連接復(fù)雜，準(zhǔn)確性也難以保證。如果能夠借鑒BIM的理念，開發(fā)出優(yōu)秀的詳圖設(shè)計軟件，協(xié)助詳圖設(shè)計人員完成鋼結(jié)構(gòu)后期的加工、制作詳圖設(shè)計，不但能提升效率，還可以減少詳圖設(shè)計中的各類問題。

中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD設(shè)計軟件事業(yè)部開發(fā)完成了鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件STXT，下面將圍繞著軟件的相關(guān)功能特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

2 STXT軟件設(shè)計思想

圖1 鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件框圖

PKPM鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖CAD/CAM軟件表示，要繪制的施工圖(構(gòu)件施工詳圖、零件下料圖、安裝節(jié)點(diǎn)圖、平面布置圖、立面布置圖、零件清單等)都可以由三維模型自動生成;可以產(chǎn)生用于數(shù)控機(jī)床加工的零件數(shù)據(jù)文件;可以導(dǎo)出詳細(xì)的工程量統(tǒng)計表[4]。

STXT軟件中，建立了內(nèi)部連接類型庫(目前已經(jīng)達(dá)到381種):針對性強(qiáng)，涵蓋了國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的常用節(jié)點(diǎn)形式;緊扣國內(nèi)規(guī)范要求;參數(shù)設(shè)置簡單明了，且根據(jù)選擇的連接部位與截面給出了合理的初始參數(shù)，對可能出現(xiàn)矛盾的參數(shù)之間進(jìn)行合理性關(guān)聯(lián)。對于不能自動建立節(jié)點(diǎn)類型，軟件提供了自定義創(chuàng)建的方式，適合于目前連接庫中沒有的各種復(fù)雜節(jié)點(diǎn)形式。用戶可以交互的添加連接板、螺栓、焊縫，對構(gòu)件、零件進(jìn)行切割等操作，交互的創(chuàng)建各種連接形式。

鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件STXT可以單獨(dú)使用，也可以和PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件配合使用，詳圖設(shè)計軟件可以直接讀取PMCAD或STS建立的三維技術(shù)模型;也可以讀取SATWE、TAT、PMSAP三維分析軟件的設(shè)計內(nèi)力，自動完成全樓節(jié)點(diǎn)設(shè)計。

3 解決的核心技術(shù)

3.1 參數(shù)化建模

BIM技術(shù)的核心就是三維信息模型的建立，它是圖形顯示、交互以及后期施工圖、工程量統(tǒng)計的基礎(chǔ)，建立一個完整、精細(xì)的三維模型至關(guān)重要。

STXT軟件在三維模型的輸入方面分為三個層次:

(1)結(jié)構(gòu)建模

提供了多種快速建模方式，能快速完成主結(jié)構(gòu)建模，同時還提供專業(yè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)建模模塊，圖2為一個框架模型圖。參數(shù)化的構(gòu)件及截面描述，方便交互編輯，既能完成主結(jié)構(gòu)模型，同時也能補(bǔ)充完成次要結(jié)構(gòu)的輸入，如樓梯、圍欄、吊車梁等，如圖3。同時還提供導(dǎo)入DXF網(wǎng)格數(shù)據(jù)、用戶插件等多種輔助的建摸途徑，能完成各類結(jié)構(gòu)的模型建立;

(2)節(jié)點(diǎn)連接的創(chuàng)建

在節(jié)點(diǎn)連接的精細(xì)模型處理上，軟件提供了豐富的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)庫(目前已達(dá)381種)，通過交互選擇關(guān)聯(lián)構(gòu)件及連接的類型，采用對話框參數(shù)化錄入的方式直接建立，節(jié)點(diǎn)庫涵蓋了國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的常用節(jié)點(diǎn)形式;

(3)自定義方式創(chuàng)建

軟件總結(jié)了各種連接組成對象的類型，除了各類型鋼、常見零件板、螺栓、焊縫、彎折圓管等實體對象進(jìn)行了參數(shù)化描述外，還包括了切割面、切割零件、各類標(biāo)注、剖面等信息的詳細(xì)描述及記錄，方便對模型進(jìn)行交互修改，對建立一個真實、完整、準(zhǔn)確和精細(xì)的模型提供了保證。交互建立的模型對象可以定制為組件、連接，可以重復(fù)使用，還可以導(dǎo)入、導(dǎo)出在不同的工程中重復(fù)使用，提高效率。

圖2 鋼框架三維模型moxingmoxing模型

圖3 樓梯等次結(jié)構(gòu)

圖4 模型管理圖

3.2 以三維信息模型為核心的基本功能

(1)模型顯示

在模型顯示上分為模型空間、圖紙空間兩種模式。模型空間顯示真實的三維幾何模型，提供了多種顯示方式，通過對象分類顯示控制、ID區(qū)間過濾及選擇集等方式來控制顯示規(guī)模。圖紙空間提供在建模過程中及時查看各類節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件、零件圖紙，便于查看建模中的問題。

(2)碰撞檢查

在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件中，構(gòu)件及零件加工詳圖都是由三維模型直接產(chǎn)生，直接用于指導(dǎo)加工生產(chǎn)。建立的模型及連接節(jié)點(diǎn)是否合理，零件之間是否相互碰撞或螺栓安裝是否留有足夠的空間，都需要在節(jié)點(diǎn)連接創(chuàng)建時綜合考慮，避免在安裝加工時安裝難度大或不合理碰撞情況。鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件STXT中提供了模型碰撞檢測及螺栓安裝空間合理檢驗?？梢栽谌S模型中非常直觀的進(jìn)行模型檢查，避免建模和節(jié)點(diǎn)中存在的不合理問題[5]。

(3)生成圖紙

STXT軟件中圖紙均為真實的三維模型直接變換消隱得到，和模型完全一致，建模時只要保證三維模型準(zhǔn)確即可。建模完成后，STXT軟件根據(jù)真實的三維模型進(jìn)行全樓構(gòu)件、零件的歸并與編號，自動生成全套詳圖圖紙，包括布置圖、構(gòu)件圖、節(jié)點(diǎn)圖、零件下料圖，還提供了1∶1放樣的DXF零件數(shù)據(jù)文件輸出，可以應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。

(4)工程量統(tǒng)計

軟件可以根據(jù)三維信息模型及計算統(tǒng)計規(guī)則進(jìn)行工程量統(tǒng)計，對全樓的構(gòu)件中的用鋼進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計，輸出內(nèi)容包括零件截面尺寸、零件長度、鋼號以及數(shù)量等信息。同時還給出全樓零、構(gòu)件、螺栓、用鋼量統(tǒng)計表、分類構(gòu)件零件明細(xì)統(tǒng)計表等，統(tǒng)計的報表數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入Excel表格方便用戶進(jìn)行后續(xù)的工程造價工作。

3.3 圖紙管理

詳圖設(shè)計往往工期緊張、周期長，一個比較大的工程，高層的部分還處于設(shè)計，底層的已經(jīng)開始加工、安裝和施工了，在施工過程中，模型發(fā)生變更的事情時常發(fā)生，但是一部分圖紙已經(jīng)調(diào)圖結(jié)束進(jìn)入加工階段，如何在后期變更模型時，盡可能的標(biāo)識圖紙的改動量，同時還保證準(zhǔn)確性，是詳圖設(shè)計中一個核心問題。

STXT程序能自動對全樓構(gòu)件、零件進(jìn)行歸并編號，可以修改構(gòu)件編號前綴或起始編號，如圖5所示。當(dāng)模型或連接發(fā)生變化時，可以只對變化部分進(jìn)行編號，未變化部分，編號可以保持不變。自動管理全樓構(gòu)件、零件圖。當(dāng)連接變更、模型變更時，對于已出圖紙，未變化部分可以選擇保留，只更新變化部分圖紙和增加新的圖紙，如圖6所示。

圖5 編號設(shè)置

圖6 圖紙管理

3.4 協(xié)同作業(yè)

BIM不僅僅是在某個設(shè)計階段的應(yīng)用，而是貫穿整個生命周期內(nèi)的各個階段，實現(xiàn)高度數(shù)據(jù)共享。目前國內(nèi)一些比較大鋼構(gòu)公司往往擁有結(jié)構(gòu)設(shè)計與詳圖設(shè)計兩個部門，同時一些設(shè)計公司也開始把業(yè)務(wù)擴(kuò)展到詳圖設(shè)計領(lǐng)域。如果能夠在詳圖設(shè)計階段直接采用結(jié)構(gòu)設(shè)計模型，既可以節(jié)省重復(fù)建模的工作，也可以避免二次建模有可能帶來的錯誤，同時還能更好的就建模及細(xì)部處理中存在的各類問題與設(shè)計方進(jìn)行交流[6]。

圖7 讀取PKPM結(jié)構(gòu)模型及分析內(nèi)力

目前國內(nèi)設(shè)計主要還是采用PKPM的設(shè)計軟件來進(jìn)行輔助設(shè)計，鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件STXT提供與PKPM設(shè)計軟件的無縫接口，能載入PKPM結(jié)構(gòu)模型與設(shè)計內(nèi)力。設(shè)計建模采用PMCAD或者STS，設(shè)計采用三維分析軟件SATWE、TAT或者PMSAP完成時，詳圖設(shè)計軟件可以直接讀取其三維模型，并且可以讀取三維分析軟件的設(shè)計內(nèi)力，自動完成全樓節(jié)點(diǎn)設(shè)計，并提供詳細(xì)的計算書。

4 結(jié)論

綜上所述，可以得出以下結(jié)論:

(1)鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件STXT，以三維模型數(shù)據(jù)為核心，能完成模型搭建、節(jié)點(diǎn)錄入、加工詳圖生成、工程量統(tǒng)計等基本功能;

(2)提供了模型碰撞檢測及螺栓安裝空間合理檢驗?？梢栽谌S模型中非常直觀的進(jìn)行模型檢查，避免建模和節(jié)點(diǎn)中存在的不合理問題;

(3)詳圖設(shè)計由于工期緊張、周期長，往往存在設(shè)計后期模型變更的可能，軟件提供的編號及圖紙管理，能自動對變化模型單獨(dú)編號，標(biāo)示變化的圖紙，解決了詳圖設(shè)計中的一個核心問題;

(4)軟件能無縫銜接PKPM設(shè)計模型、分析模型以及STS的節(jié)點(diǎn)設(shè)計結(jié)果模型，使結(jié)構(gòu)設(shè)計與詳圖設(shè)計能協(xié)同作業(yè)，避免了二次建?？赡艿腻e誤，提高了效率，縮短了工程周期，節(jié)約了成本，為設(shè)計方和施工方的合作提供了一種新的可能。

[1]雷麗英，焦安亮，黃延錚等.構(gòu)件建筑行業(yè)數(shù)據(jù)元 實現(xiàn)企業(yè)基礎(chǔ)信息共享[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2009，1(2):102-105.

[2]蘇駿，葉紅華.基于BIM的設(shè)計可視化技術(shù)在世博會德國館中的應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2009，1(1):87-91.

[3]龍輝元.BIM技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討與案例[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(4):89-93.

[4]夏緒勇，馬恩成，陳玉林.鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計的開發(fā)和功能介紹[J].第十四屆全國工程設(shè)計計算機(jī)應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集，2008:464-469.

[5]張曉龍，馬恩成，夏緒勇等.鋼結(jié)構(gòu)三維模型碰撞檢測技術(shù)研究及應(yīng)用[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2009，1(2):51-54.

[6]張曉龍，馬恩成，夏緒勇等.鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計與STXT軟件應(yīng)用[J].全國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集，2011，8:172-176.