高琰哲，陶桂蘭

( 河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院， 南京 210098)

BIM(Building Information Models，建筑信息模型)是面向建筑領(lǐng)域，旨在提高項(xiàng)目信息化程度的功能模型與物理模型，具有可視化、可模擬、可優(yōu)化、可協(xié)調(diào)、可出圖五大功能，在工程高效的設(shè)計(jì)效率、項(xiàng)目信息化管理、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[1]。BIM技術(shù)上世紀(jì)70年代在美國(guó)開(kāi)始應(yīng)用，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前已發(fā)展到世界多個(gè)國(guó)家[2]，在建筑、道路橋梁，機(jī)電等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3]。實(shí)現(xiàn)BIM理念的工具有很多，Autodesk Revit軟件可以在設(shè)計(jì)初期更好表達(dá)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念與外形特點(diǎn)，并且為建筑、結(jié)構(gòu)、電氣與給排水等領(lǐng)域的可持續(xù)設(shè)計(jì)、碰撞檢測(cè)、施工規(guī)劃和施工的全生命周期服務(wù)[4]，成為了主流軟件之一。隨著各行業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用需求逐漸旺盛，在實(shí)際工程應(yīng)用領(lǐng)域方面，已從最初針對(duì)建筑行業(yè)的使用擴(kuò)展延伸到面向水利水電行業(yè)、交通道橋行業(yè)的使用[5]。

港口工程作為交通工程的重要組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到重要作用。但BIM技術(shù)在港口工程領(lǐng)域的推廣應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于建筑領(lǐng)域，利用Revit參數(shù)化方法來(lái)探索高樁碼頭建模技術(shù)對(duì)促進(jìn)港口工程的建設(shè)發(fā)展具有重要意義。

1 Revit軟件的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)

Autodesk Revit最核心概念之一是基于參數(shù)化的設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)的模型可以通過(guò)潛在的邏輯關(guān)系自動(dòng)進(jìn)行修改，改變?nèi)魏我粋€(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)即可得到一個(gè)新的實(shí)例。基于參數(shù)化設(shè)計(jì)使得revit的建模相比于其他外形建模軟件具有了更大的優(yōu)勢(shì)，一方面revit模型含有更加豐富的信息，所有構(gòu)件的幾何模型參數(shù)、材料屬性和物理參數(shù)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及合格與否，構(gòu)件成本等信息都可以被賦予到項(xiàng)目的每一個(gè)具體構(gòu)件之中[6]；另一方面revit的信息之間并不是簡(jiǎn)單的堆砌，而是由包含建筑構(gòu)件屬性和構(gòu)件之間關(guān)系等信息的數(shù)據(jù)庫(kù)生成的，具有很強(qiáng)的邏輯關(guān)系，在基于參數(shù)化的模型中，通過(guò)修改邏輯關(guān)系來(lái)達(dá)到具體實(shí)例的形狀改變，更能提高建模效率與模型適應(yīng)性[7]。

2 高樁碼頭結(jié)構(gòu)

本碼頭結(jié)構(gòu)為高樁梁板式，分為上下兩部分組成：碼頭下部結(jié)構(gòu)為樁構(gòu)件，采用Ф800 mmPHC樁；碼頭上部結(jié)構(gòu)分為前后兩個(gè)平臺(tái)：前平臺(tái)由現(xiàn)澆橫梁、預(yù)制前邊梁、預(yù)制預(yù)應(yīng)力軌道梁、預(yù)制縱梁，空心板組成；后平臺(tái)為現(xiàn)澆橫梁、預(yù)制后邊梁、預(yù)制縱梁，空心板組成。工程位于長(zhǎng)江下游，碼頭面標(biāo)高6.10 m(黃海高程，下同)，碼頭前沿泥面近期標(biāo)高為-12.5 m，碼頭泊位長(zhǎng)182 m；總寬為 28 m，分前后平臺(tái)。前平臺(tái)寬度 14.5 m，后平臺(tái)寬度 13.5 m。裝卸設(shè)備為10 t-30 m門(mén)機(jī)，軌距為 10.5 m，排架間距為7 m(局部為5 m)。

該碼頭具有2個(gè)特點(diǎn)：一是樁體型式與位置復(fù)雜多變；二是由于結(jié)構(gòu)受力的需要，碼頭構(gòu)件種類(lèi)繁多，如樁尖、斜樁、橫梁、縱梁，面板等。這些特點(diǎn)為高樁碼頭revit模型的建立增加了困難。

3 高樁碼頭建模思路

使用revit進(jìn)行碼頭建模主要分為建立碼頭構(gòu)件族庫(kù)與碼頭整體成型兩個(gè)部分。

3.1 建立高樁碼頭族庫(kù)

族庫(kù)的建立部分包括族樣板文件選擇，利用參考線與原點(diǎn)確定模型位置，設(shè)立尺寸標(biāo)注，使用建模技巧進(jìn)行高效建模，參數(shù)化驅(qū)動(dòng)，族的管理等步驟[8]。

本文建模選擇了碼頭工程的一個(gè)結(jié)構(gòu)段，依據(jù)碼頭構(gòu)件形式可分為：結(jié)構(gòu)樁族、橫梁族、縱梁族、面板族、靠船構(gòu)件族，水平撐族等。采用分部位建族，將碼頭各個(gè)構(gòu)件分為若干部件。分部件建族的優(yōu)點(diǎn)是便于日后在進(jìn)行其他族設(shè)計(jì)時(shí)能將這些部件進(jìn)行重復(fù)利用，提高效率。族的設(shè)置與管理直接影響到項(xiàng)目設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率，一個(gè)優(yōu)秀的族庫(kù)不僅能幫助在本次項(xiàng)目中減少時(shí)間，避免出錯(cuò)，同時(shí)隨著項(xiàng)目的不斷積累，族庫(kù)將越來(lái)越完善與成熟，對(duì)后續(xù)工程提供高質(zhì)量高效率的幫助。

3.2 高樁碼頭整體成型

碼頭整體成型部分包括標(biāo)高與軸網(wǎng)系統(tǒng)的建立，搭建現(xiàn)澆與預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)控制，碼頭平面成型等步驟。標(biāo)高系統(tǒng)定義了碼頭構(gòu)件在高度上的位置。在搭建模型前，必須準(zhǔn)確定位各類(lèi)構(gòu)件的位置關(guān)系。軸網(wǎng)系統(tǒng)在建模中將控制著在此范圍內(nèi)所有構(gòu)件的平面安放位置，軸網(wǎng)布置的依據(jù)是設(shè)計(jì)樁位圖。

4 建立高樁碼頭族庫(kù)的難點(diǎn)與處理方法

建立碼頭族庫(kù)的難點(diǎn)主要在于：與建筑行業(yè)相比，基于revit軟件的碼頭構(gòu)件族較少，比如碼頭結(jié)構(gòu)樁族，需另行創(chuàng)建；如何平衡revit參數(shù)數(shù)量來(lái)提高建模效率；利用revit建模產(chǎn)生報(bào)錯(cuò)的處理方法。

4.1 碼頭結(jié)構(gòu)樁族的創(chuàng)建

本工程碼頭樁族分為樁身主體及樁尖。樁尖結(jié)構(gòu)由搭接板、鋼筒及肋板組成；樁身的樁徑、壁厚、樁長(zhǎng)、斜度、扭角等參數(shù)使得樁構(gòu)件種類(lèi)繁多，本工程樁類(lèi)型見(jiàn)表1。建模時(shí)先將樁體與樁尖分別創(chuàng)建為獨(dú)立的族，然后將樁尖族載入到樁體族中另存為800 mmPHC管樁通用族。

表1 樁類(lèi)型表Tab.1 Pile types

(1)族樣板文件選擇。

族樣板主要是依據(jù)行業(yè)類(lèi)型與族構(gòu)件特點(diǎn)提供族的初始狀態(tài)，可分為結(jié)構(gòu)樣板，建筑樣板和構(gòu)造樣板等。一個(gè)具體的族樣板主要包括：族的基本設(shè)置，族的基本信息，族的視圖設(shè)置[8]。結(jié)構(gòu)樁族創(chuàng)建中在revit初始界面中點(diǎn)擊“族”欄目中的“新建”選擇“公制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”樣板。

(2)幾何建模的定位與約束。

由于revit捕捉精度有限，因此可通過(guò)數(shù)值鎖定來(lái)控制參考線，依靠定位點(diǎn)與參考線的鎖定約束準(zhǔn)確定位幾何圖形。本工程幾何建模中，通過(guò)切換“項(xiàng)目瀏覽器”中的“參考平面”，“立面視圖”使用“對(duì)齊”，“平移”等工具調(diào)整樁體上端面圓心位置與族樣板默認(rèn)的原點(diǎn)重合，并使用參考線對(duì)樁位置進(jìn)行鎖定。

(3)建模與添加尺寸標(biāo)注。

樁族的建模分為樁體建模與樁尖建模兩部分。樁的主體部分建模過(guò)程中應(yīng)注意運(yùn)用體量工具如拉伸，空心拉伸等命令簡(jiǎn)化建模過(guò)程，提高工作效率。由于本碼頭樁尖形式為開(kāi)口型鋼樁尖，樁尖建模中，依據(jù)規(guī)范《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁10G409》可以得到相關(guān)參數(shù)，難點(diǎn)在于樁尖周?chē)甙宓膭?chuàng)建。首先創(chuàng)建肋板平面投影圖像，選中肋板平面圖像后，利用體量工具中的“旋轉(zhuǎn)”命令，在屬性框中的“結(jié)束角度”中輸入角度值即可得到其中一個(gè)肋板形式，隨后在參考標(biāo)高平面視圖中通過(guò)平面“旋轉(zhuǎn)”與“復(fù)制”工具即可得到全部肋板。

圖1 樁尖族樣式 圖2 結(jié)構(gòu)樁族參數(shù)設(shè)置Fig.1 Types of pile tipFig.2 Parameter setting of structural pile family

尺寸標(biāo)注是revit對(duì)構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化控制的一種方式。由于revit中的所有圖元都是以構(gòu)件的形式來(lái)體現(xiàn)的，而這些構(gòu)件都需要一系列具體的參數(shù)進(jìn)行定義。點(diǎn)擊revit工具欄中“族類(lèi)型”可以對(duì)族構(gòu)件添加參數(shù)，通過(guò)使用“標(biāo)注”工具得到構(gòu)件的諸如尺寸、角度、數(shù)量、材質(zhì)，可見(jiàn)性等信息，并對(duì)尺寸標(biāo)注添加“標(biāo)簽”，關(guān)聯(lián)這個(gè)參數(shù)即可對(duì)族構(gòu)件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來(lái)控制顏色，幾何形狀，可視性等模型信息。圖1為成形的樁尖族樣式和結(jié)構(gòu)樁族參數(shù)設(shè)置。

4.2 如何平衡Revit參數(shù)數(shù)量來(lái)提高建模效率

現(xiàn)對(duì)比橫梁族與面板族的創(chuàng)建過(guò)程，來(lái)研究參數(shù)數(shù)量對(duì)建模效率的影響。

本碼頭工程共使用了兩種橫梁，如圖3所示，由于HL1的碼頭面上要放置系船柱，為了滿足受力要求與構(gòu)造要求，在橫梁江側(cè)存在局部加寬如圖4所示。

在橫梁族的創(chuàng)建過(guò)程中，由于構(gòu)件型式復(fù)雜，可以先創(chuàng)建一個(gè)通用族。所謂通用族是指從構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，先建立一個(gè)具有共同特性(例如幾何形狀相同部分)的族模型，然后通過(guò)參數(shù)驅(qū)動(dòng)與模型局部修改的方法進(jìn)一步創(chuàng)建出施工要求的族構(gòu)件模型。本次創(chuàng)建中以HL2為橫梁通用族，只需要在該局部位置使用“拉伸”工具進(jìn)行加厚處理，再使用“修改/結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”模塊中的“連接”工具進(jìn)行模型一體化，就可以迅速得到HL1。比添加相關(guān)參數(shù)的驅(qū)動(dòng)方法更直觀高效。

本碼頭工程共使用了多種面板，由于部分面板的構(gòu)造要求，存在尺寸不一的缺口。如圖5所示。在面板的建模過(guò)程中，設(shè)置關(guān)于缺口的相關(guān)參數(shù)就可以極大方便建模，面板族的參數(shù)如圖6所示。如果不使用參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)一個(gè)一個(gè)進(jìn)行建模將耗時(shí)費(fèi)力。

圖3 兩種型式的橫梁結(jié)構(gòu)族Fig．3Twotypesofbeamfamily圖4 橫梁局部位置對(duì)比Fig．4Comparisonofthelocationsofcrossbeam圖5 面板族參數(shù)驅(qū)動(dòng)形成的幾種結(jié)構(gòu)實(shí)例Fig．5Severaldifferenttypesofpanelstructures圖6 面板族參數(shù)設(shè)置Fig．6Parametersettingofpanelfamily

4.3 Revit軟件報(bào)錯(cuò)的處理方法

在本次revit軟件建模過(guò)程中，出現(xiàn)了兩種報(bào)錯(cuò)：

(1)參數(shù)修改導(dǎo)致報(bào)錯(cuò)：在添加參數(shù)后，邏輯約束關(guān)系發(fā)生沖突，導(dǎo)致構(gòu)件參變行為異常，會(huì)出現(xiàn)軟件報(bào)錯(cuò)，因此在對(duì)族構(gòu)件添加參數(shù)時(shí)，每添加一個(gè)參數(shù)就需要修改驅(qū)動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，便于在出現(xiàn)沖突時(shí)迅速判斷哪個(gè)約束出現(xiàn)了問(wèn)題，在不影響建模效率的情況下盡量減少參數(shù)數(shù)量。

(2)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行工具操作時(shí)報(bào)錯(cuò)：本次樁結(jié)構(gòu)建模過(guò)程中，在樁尖與樁主體進(jìn)行搭接時(shí)出現(xiàn)了報(bào)錯(cuò)，由于樁尖族載入到樁體族中為嵌套族，而樁體和樁尖為不同的族圖元，系統(tǒng)不支持對(duì)兩個(gè)不同的圖元進(jìn)行旋轉(zhuǎn)命令，因此造成報(bào)錯(cuò)，所以需要在獨(dú)立的樁體族和樁尖族分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后另存為新的族文件，再進(jìn)行導(dǎo)入搭接就可以消除報(bào)錯(cuò)。

5 高樁碼頭模型搭建

在碼頭構(gòu)件搭建過(guò)程中關(guān)鍵點(diǎn)主要有：樁結(jié)構(gòu)的布置，構(gòu)件之間現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的控制。

5.1 樁結(jié)構(gòu)的布置

本碼頭工程樁體型式與位置復(fù)雜，選擇合適的樁放置方式非常重要。

選擇橫梁底部高程所在的結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行軸網(wǎng)繪制，即可在實(shí)際施工中依照樁的設(shè)計(jì)樁位圖進(jìn)行樁體布置。由于本工程橫梁構(gòu)件的幾何特點(diǎn)，在江側(cè)與岸側(cè)具有不同的高程。故實(shí)際操作中應(yīng)在“岸側(cè)/江側(cè)橫梁底部高程”兩個(gè)結(jié)構(gòu)平面上分別進(jìn)行樁體布置，如圖7所示。另外由于樁體在現(xiàn)澆橫梁內(nèi)部的預(yù)留高度為600 mm，故在樁族的創(chuàng)建中應(yīng)將坐標(biāo)原點(diǎn)位置定在結(jié)構(gòu)樁族樁基頂部圓心以下600 mm處，便于準(zhǔn)確放置樁體。

5.2 現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的控制

碼頭上部構(gòu)件搭建的的難點(diǎn)在于碼頭上部現(xiàn)澆混凝土澆筑方法。選擇“江側(cè)橫梁底部高程”平面，進(jìn)行現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的搭建?，F(xiàn)澆構(gòu)件與預(yù)制構(gòu)件在空間上的重合的地方應(yīng)用“剪切”工具使用預(yù)制構(gòu)件對(duì)現(xiàn)澆構(gòu)件進(jìn)行剪切，就可以保證結(jié)構(gòu)在空間位置上不發(fā)生沖突，達(dá)到實(shí)際施工的效果。

5.3 成果展示

除了對(duì)所有構(gòu)件的空間幾何尺寸的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，還需對(duì)材料類(lèi)型、材料屬性、成本，制造商以及規(guī)格進(jìn)行參數(shù)選擇或標(biāo)注。至此，完成了碼頭工程主體結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)建模。圖9為碼頭上部結(jié)構(gòu)示意圖，圖10為碼頭結(jié)構(gòu)段BIM模型示意圖。

圖7 樁布置圖Fig．7Layoutmapofpiles圖8 碼頭樁結(jié)構(gòu)搭建Fig．8Pilestructuresofwharf圖9 碼頭上部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)搭建Fig．9Superstructureofwharf圖10碼頭結(jié)構(gòu)段BIM模型示意圖Fig．10SketchmapoftheBIMmodelofwharfstructuresection

6 結(jié)論

本文結(jié)合高樁碼頭工程實(shí)例，探討了基于Autodesk Revit軟件的碼頭族庫(kù)的創(chuàng)建及族庫(kù)的搭建技術(shù)。研究表明：

(1)參數(shù)數(shù)量過(guò)多雖然能夠?qū)崿F(xiàn)族更好的適應(yīng)性，但在參數(shù)的定義上卻花費(fèi)了更多的時(shí)間并且容易出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)。參數(shù)數(shù)量過(guò)少則不能體現(xiàn)參數(shù)驅(qū)動(dòng)的建模優(yōu)勢(shì)，影響族的重復(fù)利用效率。確定適當(dāng)?shù)膮?shù)數(shù)量，能夠提高建模效率。

(2)在建模過(guò)程中，每增加一個(gè)參數(shù)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)測(cè)試，以驗(yàn)證是否存在邏輯關(guān)系上的矛盾，在不影響建模效率的情況下，應(yīng)盡量減少約束條件。

(3)族建模過(guò)程中應(yīng)盡量提取所需創(chuàng)建實(shí)例的共有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立一個(gè)通用族。其特殊部分可在通用族的基礎(chǔ)上利用參數(shù)驅(qū)動(dòng)與模型局部修改得到所需結(jié)構(gòu)型式。

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