嚴(yán) 旭 周 進2 蔣貴豐

(1.中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院有限公司，成都 610021； 2.長沙恩為軟件有限公司，長沙 410010)

1 引言

作為一種先進的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，BIM是建筑行業(yè)繼“甩圖板”后的設(shè)計技術(shù)手段革命[1]，必將影響整個建筑產(chǎn)業(yè)鏈，并運用到建筑的全生命周期中。與傳統(tǒng)的二維圖紙不同，BIM 可以說是[三維]、[四維](空間+時間)甚至更多[維度]的設(shè)計，可以構(gòu)建三維模型，同時加入時間、成本的維度，這對于業(yè)主、設(shè)計方和施工方來講，都將發(fā)揮重大的作用[2]。BIM技術(shù)在設(shè)計三維可視化、建造虛擬化、成本透明化、質(zhì)量可追溯化、成果精細(xì)化、綜合協(xié)調(diào)優(yōu)化等方面優(yōu)勢顯著，極大提升工程決策、規(guī)劃、設(shè)計、施工和運營的管理及信息化水平。

Autodesk Revit是我國建筑業(yè)體系中使用最廣泛的軟件，采用了全三維的模型表述，可以使用戶更加直觀準(zhǔn)確地觀察結(jié)構(gòu)的細(xì)部特征，為準(zhǔn)確地判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計的準(zhǔn)確性提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時又可以高效地結(jié)合三維模型和二維平面，利用共享屬性信息實現(xiàn)二維標(biāo)注的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了模型平面、立面、剖面的信息高效聯(lián)動，減少了工程師大量的重復(fù)勞動，提高了工作的效率和準(zhǔn)確性。與AutoCAD一樣，使用Revit進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，離不開第三方插件的支撐。

為提高結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計的效率，國外多家公司開發(fā)了Revit與結(jié)構(gòu)分析軟件的接口，例如Autodesk開發(fā)的Revit與Robot的雙向接口，CSI的CSiXRevit實現(xiàn)了Revit與Etabs/SAP2000的雙向連接，SI的Xchange實現(xiàn)了Revit與STAAD.Pro的雙向接口。國內(nèi)許多學(xué)者對BIM模型和結(jié)構(gòu)分析軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進行了深入的研究[3-12]，探索和實踐BIM設(shè)計和出圖[13-16]，軟件商也開發(fā)了PKPM、YJK、MIDAS、STAAD、Etabs、SAP2000等各個結(jié)構(gòu)軟件的接口軟件，主要實現(xiàn)了各結(jié)構(gòu)分析軟件傳遞到Revit中。解決了數(shù)據(jù)交換的問題后，如何進一步實現(xiàn)快速BIM出圖成為了國內(nèi)結(jié)構(gòu)軟件商關(guān)注的首要問題。

文獻[17]對“BIM設(shè)計”的定義為：運用 BIM 建模軟件或 BIM 專業(yè)應(yīng)用軟件，構(gòu)建符合《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的建筑、結(jié)構(gòu)及機電設(shè)施/系統(tǒng)三維信息化模型，且可自動/半自動生成及導(dǎo)出符合《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》要求的傳統(tǒng)二維工程設(shè)計圖。在Revit平臺上能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)專業(yè)“BIM設(shè)計”的輔助設(shè)計軟件，目前只有盈建科、探索者、長沙恩為、廣廈結(jié)構(gòu)。對這4家公司所開發(fā)的Revit的輔助設(shè)計插件進行使用與比較，并簡要介紹目前國內(nèi)其它相關(guān)軟件公司的情況，供結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計工程師作為選擇和使用的參考。

2 盈建科軟件

盈建科軟件公司成立于2010年，開發(fā)了著名的YJK結(jié)構(gòu)分析軟件，是PKPM的直接競爭對手。為了解決結(jié)構(gòu)設(shè)計信息在 Revit 中傳遞的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn) YJK 結(jié)構(gòu)模型信息和Revit模型信息的實時共享，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)專業(yè)的BIM設(shè)計，盈建科推出了基于 Revit的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件REVIT-YJKS，包括3個模塊：建模助手、結(jié)構(gòu)模型、施工圖，實現(xiàn)了模型幾何定位、結(jié)構(gòu)計算信息、鋼筋信息、施工圖繪制以及三維實體鋼筋等信息在Revit 軟件和結(jié)構(gòu)計算軟件之間的傳遞，其核心模塊是“結(jié)構(gòu)模型”和“施工圖”。

REVIT-YJK的結(jié)構(gòu)模型(圖1)，實現(xiàn)了YJK結(jié)構(gòu)模型和Revit三維模型的互導(dǎo)，實現(xiàn)了YJK基礎(chǔ)模型單向?qū)氲絉evit當(dāng)中，提供了模型更新功能，還提供了族庫管理、平面標(biāo)注、計算信息導(dǎo)入、施工模擬等和結(jié)構(gòu)信息相關(guān)的內(nèi)容。

REVIT-YJK的施工圖模塊(圖2)，實現(xiàn)了墻、梁、板、柱的多種畫法的平法圖，并且提供了改筋、鋼筋統(tǒng)計、三維鋼筋等功能。

3 探索者軟件

探索者軟件公司成立于1999年，長期致力于AutoCAD平臺結(jié)構(gòu)專業(yè)輔助設(shè)計工具的開發(fā)，其產(chǎn)品TSSD等被國內(nèi)為數(shù)眾多的設(shè)計院所采用。在一些公司的招聘條件中，甚至要求工程師能熟練使用探索者，其實力可見一斑。

探索者于2008年開始介入Revit平臺開發(fā)，于2016年形成全專業(yè)BIM設(shè)計的技術(shù)路線(圖3)，目前主要基于結(jié)構(gòu)專業(yè)進行開發(fā)。其核心模塊為數(shù)據(jù)中心，該模塊實現(xiàn)了與計算軟件、與多個BIM平臺之間的雙向互導(dǎo)及增量更新。在完成自動出圖的基礎(chǔ)上，還配套有真實鋼筋、三維節(jié)點等深入應(yīng)用插件，具體為混凝土施工圖、鋼結(jié)構(gòu)施工圖、三維鋼筋、鋼筋算量、建筑&MEP二維表達(dá)模塊。此外，還自主研發(fā)BIM平臺“數(shù)字化工廠”，以及基于Revit開發(fā)的單層廠房、族庫管理、三維協(xié)同管理等模塊。

圖1 YJK_結(jié)構(gòu)模型的界面

圖2 YJK_施工圖的界面

圖3 探索者BIM技術(shù)路線

圖4 PDST軟件界面

4 長沙恩為軟件

長沙恩為軟件成立于2008年，最初是基于PDMS進行工藝專業(yè)的二次開發(fā)。2011年起，長沙恩為基于Revit平臺開發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)配筋出圖軟件PDST。自此，長沙恩為逐漸將公司的絕大部分精力投入到PDST的開發(fā)與完善中。PDST的主要功能有3個：模型導(dǎo)入、模型輸出、混凝土結(jié)構(gòu)出圖(圖4)。

模型導(dǎo)入主要是讀入Midas、PKPM、Sap2000、STAAD、Etabs等分析軟件的模型，此外還能讀入Tekla模型，以及基于XML格式的數(shù)據(jù)交換文件*.PDST。對于模型的改動，該模塊同樣提供了增量更新功能。

模型輸出是將模型輸出為長沙恩為公司自主格式的數(shù)據(jù)交換文件*.PDST、及天正建筑交換文件。長沙恩為在PDMS中開發(fā)了插件，能夠讀入Revit輸出的數(shù)據(jù)交換文件*.PDST。通過在不同的BIM軟件平臺之間讀入和輸出*.PDST文件的方式，實現(xiàn)不同BIM平臺之間三維模型的協(xié)同。由于IFC格式的文件過于龐大，長沙恩為未采用IFC格式。

PDST軟件的核心功能是混凝土結(jié)構(gòu)出圖，包括模板圖、梁配筋、墻柱配筋、板配筋。值得注意的是除了平法配筋圖，該軟件還能出傳統(tǒng)的梁、柱配筋圖，并支持單根構(gòu)件配筋方式和整榀框架配筋的方式。

5 廣廈科技GSRevit

廣廈科技有限公司成立于2003年，主要致力于結(jié)構(gòu)計算軟件廣廈建筑結(jié)構(gòu)CAD的開發(fā)。2018年3月，在與廣東省建筑設(shè)計研究院歷經(jīng)4年深入研究BIM正向設(shè)計方法后，廣廈推出了GSRevit(圖5)。

圖5 廣廈結(jié)構(gòu)GSRevit的主界面

從GSRevit主菜單可以看出技術(shù)路線，是在Revit中直接建立三維模型，然后上調(diào)用AutoCAD自動繪制模板圖，添加荷載(圖6、圖7)和設(shè)計屬性即可用于結(jié)構(gòu)計算，添加鋼筋信息后即可調(diào)用AutoCAD繪制施工圖。三維模型可用于碰撞檢查，最后把模型給算量、施工和運營維護。

圖6 GSRevit創(chuàng)建的樓板荷載

圖7 GSRevit創(chuàng)建的梁上線荷載

GSRevit創(chuàng)建的Revit模型可以與GSSAP、SATWE、YJK和ETABS計算模型互導(dǎo)，接力GSSAP、SATWE和YJK計算結(jié)果生成Revit結(jié)構(gòu)施工圖或者DWG圖紙，最后可以導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)實現(xiàn)混凝土和鋼筋的算量。

6 應(yīng)用與比較

盈建科、探索者、長沙恩為的BIM技術(shù)路線都相似，都是先在結(jié)構(gòu)分析軟件中完成結(jié)構(gòu)計算，然后在Revit中導(dǎo)入計算模型，再一鍵生成模板圖、配筋圖，創(chuàng)建三維鋼筋，計算工程量。如果計算模型有修改，一一對比Revit和計算模型數(shù)據(jù)的差異，將有計算模型修改的地方在Revit中進行相應(yīng)的修改，即所謂的增量更新。此外，探索者和長沙恩為公司還分別和工業(yè)設(shè)計院合作，開發(fā)了荷載、孔洞、埋件提資及其出圖。

由于計算模型是點、線、面構(gòu)成的簡化模型，故而導(dǎo)入Revit時必然遇到以下問題：

1)計算模型導(dǎo)入Revit時，需要工程師事先進行選擇，例如是否要將梁降低半個高度以使得梁頂面標(biāo)高平齊、是將混凝土樓板升至鋼梁頂面還是將鋼梁降到樓板底面、垂直支撐是否對齊至梁的中心線、是否屏蔽虛梁等等。

2)工程師不可避免會在Revit對模型作進一步的完善。那么，當(dāng)再次將計算模型導(dǎo)入Revit時，是固定地以計算模型為準(zhǔn)，還是對比二者不同之處由工程師人工確定？若采用前者的方式，Revit中已作的修改總會有被覆蓋掉的，需要工程師在每次導(dǎo)入后人工調(diào)整； 采用后者的方式，則勢必會出現(xiàn)一堆不同之處需要工程師一一選擇。

可以看出，將計算模型導(dǎo)入Revit的方式很繁瑣。當(dāng)能保證很少修改計算模型時，或者僅僅需要向建筑和工藝專業(yè)提供用于碰撞檢測的3D模型時(結(jié)構(gòu)工程師通?？梢圆恍枰赗evit中修改模型)，尚可以在設(shè)計中使用。若要創(chuàng)建精準(zhǔn)的BIM模型，以便結(jié)構(gòu)專業(yè)自身進一步利用，因很難保證不改動計算模型，故導(dǎo)致此方式無法被結(jié)構(gòu)工程師所采納。

廣廈GSRevit的獨特之處是，將結(jié)構(gòu)分析軟件的前處理功能嵌入了Revit中，即用Revit替代了自己的前處理圖形界面。用戶創(chuàng)建模型都必須要使用GSRevit提供的菜單，對于初學(xué)者而言，界面簡單友好，哪怕不會使用Revit都可以立即開始使用。但這是一個雙刃劍，雖然Revit提供了較為完善的命令和功能，但是GSRevit只提供了常規(guī)的計算軟件前處理建模的界面在三維模型中進行操作，故而工程師直接使用Revit提供的功能很可能不會被GSRevit識別，使用將會受到極大限制。若GSRevit創(chuàng)建全面的人機界面供工程師使用，基本上要模仿Revit STRUCTURE的全部功能，這是一個很大的工作量。所以建議GSRevit應(yīng)該修改技術(shù)路線，實現(xiàn)對Revit結(jié)構(gòu)模型的識別，充分利用Revit已有的功能，只對Revit沒有的功能才開發(fā)輸入界面。

這4款結(jié)構(gòu)插件都能生成模板圖和配筋圖，生成三維鋼筋，統(tǒng)計混凝土和鋼筋的工程量。探索者軟件還能處理鋼結(jié)構(gòu)，一鍵生成節(jié)點詳圖，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計可以在一個軟件平臺內(nèi)完成。限于上述問題的存在，目前所自動成圖的質(zhì)量不夠，尤其是各平、立、剖的結(jié)構(gòu)布置圖(模板圖)難以達(dá)到設(shè)計精度的要求。

7 國內(nèi)其它相關(guān)軟件公司

PKPM目前基于自主平臺開發(fā)了裝配式建筑設(shè)計軟件PKPM-PC，開發(fā)了Revit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換插件，但并未介入Revit結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計軟件的開發(fā)。

自主開發(fā)了結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計軟件STRAT的上海佳構(gòu)軟件科技有限公司，正在計劃基于自主平臺增加結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計功能，沒有介入Revi結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計軟件的開發(fā)。

理正軟件長期致力于巖土計算軟件的開發(fā)，其產(chǎn)品理正巖土為眾多設(shè)計院所采用。在BIM方面，理正軟件基于P-BIM開發(fā)了巖土類軟件，也開發(fā)了基于Revit的建筑設(shè)計插件、水暖設(shè)計插件及輔助建模工具等，但沒有介入結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計軟件的開發(fā)。

天正軟件開發(fā)了結(jié)構(gòu)建模工具，鴻業(yè)軟件只有建筑和MEP的BIM產(chǎn)品，都沒有介入結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計軟件的開發(fā)。

世紀(jì)旗云公司主要致力于自主平臺的水池、煙囪、管廊計算，尚無Revit插件開發(fā)計劃。

8 結(jié)論

在設(shè)計收費不變的情況下，只有實現(xiàn)BIM設(shè)計效率和質(zhì)量不低于傳統(tǒng)的二維設(shè)計方式，使得結(jié)構(gòu)專業(yè)能從繁瑣的“畫圖”工作中解放出來并專注于“設(shè)計”本身，才能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計的全面應(yīng)用。

國內(nèi)外多家公司開發(fā)了Revit和計算模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換插件，盈建科、探索者、長沙恩為、廣廈GSRevit還進一步推出了輔助設(shè)計軟件。盡管和工程師人工操作額外創(chuàng)建BIM模型的方式相比能節(jié)省一定的工作量，但是均沒有能同時解決設(shè)計效率和質(zhì)量的問題，故而難以被結(jié)構(gòu)工程師廣泛采用。目前的軟件，只能在已有結(jié)構(gòu)分析模型的情況下快速形成3D模型配合建筑和機電專業(yè)BIM應(yīng)用，或者用于較為簡單規(guī)則結(jié)構(gòu)的BIM設(shè)計。