桑 沖

(中鐵四院集團(tuán)西南勘察設(shè)計(jì)有限公司，昆明 652000)

引言

隨著城市的快速發(fā)展，地鐵建設(shè)在我國(guó)城市建設(shè)發(fā)展中正在加快，截止目前全國(guó)已有37個(gè)城市已有在建城市軌道交通項(xiàng)目，地鐵通車(chē)總里程達(dá)到約4 600km。

BIM作為最近越來(lái)越實(shí)用的技術(shù)已廣泛應(yīng)用于住宅和商業(yè)項(xiàng)目當(dāng)中[1-5]，但作為地鐵項(xiàng)目，大規(guī)模采用BIM進(jìn)行正向設(shè)計(jì)的工程實(shí)例卻不多[6-10]，由于地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身和民用建筑設(shè)計(jì)存在較大不同[11-12]，就導(dǎo)致在地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用BIM設(shè)計(jì)技術(shù)就更加的困難。

為解決以上問(wèn)題，本項(xiàng)目組委托北京盈建科軟件公司基于Revit和軟件Revit-YJK開(kāi)發(fā)出一套針對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，并通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例分析和介紹，闡述本次二次開(kāi)發(fā)軟件在地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的適用性和可行性，可為其他地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的工程參考。

1 軟件概況

軟件是基于盈建科軟件Revit-YJK開(kāi)發(fā)出的一款針對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軟件，Revit-YJK軟件本身已自帶一部分BIM結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)通用性的軟件建模功能和模型轉(zhuǎn)換功能及一些后處理功能，但對(duì)于地鐵結(jié)構(gòu)不太適用，本次針對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要開(kāi)發(fā)以下幾個(gè)功能：

1)創(chuàng)建剖面功能；

2)自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)平面布置圖和標(biāo)注功能；

3)自動(dòng)生成板、梁、墻柱施工圖；

4)自動(dòng)生成三維鋼筋功能。

圖1 軟件操作界面

2 軟件功能介紹

2.1 軟件二次開(kāi)發(fā)原理和方法

軟件基于Revit平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，Visual Studio 2013(VS2013)作為開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)調(diào)用revitapi獲得.rvt文件中的元素(包括視圖，構(gòu)件等)信息，使用YJK平臺(tái)的接口獲得YJK工程的信息，來(lái)實(shí)現(xiàn)以下功能：

2.1.1 剖面

通過(guò)調(diào)用YJK平臺(tái)接口來(lái)獲得整體工程的位置信息，配合創(chuàng)建剖面的revitapi來(lái)生成相應(yīng)的剖面。

2.1.2 平面布置圖

通過(guò)調(diào)用YJK平臺(tái)接口獲得YJK工程的樓層信息，配合創(chuàng)建平面的revitapi來(lái)生成平面視圖，通過(guò)調(diào)用調(diào)整元素屬性的revitapi來(lái)改變視圖中元素的顯示，達(dá)到預(yù)期的平面布置圖效果。

2.1.3 施工圖

通過(guò)調(diào)用YJK平臺(tái)接口獲得YJK計(jì)算結(jié)果，與.rvt文件中的元素進(jìn)行匹配，將匹配成功的元素進(jìn)行相應(yīng)屬性的賦值，在平面圖中通過(guò)調(diào)用revitapi進(jìn)行繪制線(xiàn)條、文字、圖形等元素，達(dá)到預(yù)期的出圖標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 三維鋼筋

通過(guò)調(diào)用YJK平臺(tái)接口獲得YJK中的三維鋼筋信息，在Revit中進(jìn)行繪制實(shí)體三維鋼筋，通過(guò)Revitapi繪制出不同形狀的鋼筋，在Revit中展示不同構(gòu)件中的鋼筋分布和布置情況。

軟件操作主界面如圖1所示，本軟件在Revit操作界面創(chuàng)建“YJK-地鐵”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)菜單，軟件開(kāi)發(fā)的功能均列在“YJK-地鐵”的菜單內(nèi)。圖1中可以看出，以YJK作為首字母的均為盈建科軟件YJK-Revit相應(yīng)的功能菜單，其余菜單均為Revit軟件自帶菜單功能。

2.2 創(chuàng)建剖面菜單

自動(dòng)生成剖面菜單如圖2所示，主要有以下幾個(gè)功能：1)連接構(gòu)件； 2)創(chuàng)建縱向剖面； 3)創(chuàng)建橫向剖面； 4)修改剖面。通過(guò)創(chuàng)建剖面功能可以生成適用于地鐵的橫剖面和縱剖面，而且軟件開(kāi)發(fā)可以自動(dòng)標(biāo)注構(gòu)件的名稱(chēng)和尺寸，可以大大提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，避免了手工標(biāo)注的繁瑣。如果遇到方案的修改和變更，軟件可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修改相應(yīng)標(biāo)注和尺寸，避免重復(fù)性的工作。

圖2 創(chuàng)建剖面功能

2.3 自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)各層平面布置圖

自動(dòng)生成平面布置圖菜單如圖3所示，主要有以下幾個(gè)功能：1)新建底圖； 2)修改標(biāo)注； 3)鋼筋標(biāo)注；4)添加標(biāo)注。通過(guò)自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)平面布置圖的功能可以生成適用于地鐵的各層結(jié)構(gòu)平面布置圖，而且軟件可以自動(dòng)標(biāo)注構(gòu)件的名稱(chēng)和尺寸，可以大大提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，避免了手工標(biāo)注的繁瑣。如果遇到方案的修改和變更，軟件可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)相應(yīng)修改標(biāo)注和尺寸，避免重復(fù)性的工作。

2.4 板配筋施工圖

自動(dòng)生成板配筋圖菜單如圖4所示，主要有以下幾個(gè)功能：1)板區(qū)域鋼筋拉通； 2)墻鋼筋拉通； 3)柱配筋圖。

通過(guò)本菜單可以進(jìn)行板鋼筋的計(jì)算和繪制，可實(shí)現(xiàn)生成地鐵結(jié)構(gòu)板的BIM施工圖。并且針對(duì)于地鐵結(jié)構(gòu)，增加了板筋拉通和添加鋼筋的功能，添加鋼筋主要針對(duì)地鐵中特有的互錨鋼筋而設(shè)置的； 針對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)中經(jīng)常使用的雙層雙向鋼筋，程序還增加了自動(dòng)選擇區(qū)域設(shè)置為雙層雙向鋼筋的功能，并且實(shí)現(xiàn)快速修改鋼筋型號(hào)的功能。

圖4 自動(dòng)生成板配筋圖

2.5 墻配筋施工圖

自動(dòng)生成墻配筋圖菜單如圖5所示，主要有以下幾個(gè)功能：1)繪新圖； 2)清理圖面； 3)墻鋼筋拉通； 4)添加鋼筋。

通過(guò)本菜單可以進(jìn)行墻鋼筋的繪制，可實(shí)現(xiàn)生成地鐵結(jié)構(gòu)墻的BIM施工圖。并且針對(duì)于地鐵結(jié)構(gòu)，增加了墻筋拉通和添加鋼筋的功能，添加鋼筋主要針對(duì)地鐵中特有的互錨鋼筋而設(shè)置的； 針對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)中經(jīng)常使用的雙層雙向鋼筋，程序還增加了自動(dòng)選擇區(qū)域設(shè)置為雙層雙向鋼筋的功能，而且程序還可以生成墻鋼筋的立面圖，墻鋼筋的立面圖是地鐵結(jié)構(gòu)中獨(dú)有的，程序還可以實(shí)現(xiàn)快速修改鋼筋型號(hào)的功能。

圖5 自動(dòng)生成墻配筋圖

2.6 自動(dòng)生成梁配筋施工圖

自動(dòng)生成梁配筋圖菜單如圖6所示，主要有以下幾個(gè)功能：1)繪新圖； 2)局部繪圖； 3)清理圖面； 4)詳圖。

通過(guò)本菜單可以進(jìn)行梁鋼筋的繪制，可實(shí)現(xiàn)生成地鐵結(jié)構(gòu)梁的BIM施工圖。

圖6 自動(dòng)生成墻配筋圖

2.7 自動(dòng)生成柱配筋施工圖

自動(dòng)生成柱配筋圖菜單如圖7所示，主要有以下幾個(gè)功能：1)繪新圖； 2)局部繪圖； 3)清理圖面； 4)詳圖。

通過(guò)本菜單可以進(jìn)行柱鋼筋的繪制，程序可生成地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)柱的BIM施工圖。

圖7 自動(dòng)生成柱配筋圖

2.8 自動(dòng)生成三維鋼筋

自動(dòng)生成三維鋼筋菜單如圖8所示，主要有以下幾個(gè)功能：1)繪新圖； 2)局部繪圖； 3)清理圖面； 4)詳圖。

通過(guò)本菜單可以進(jìn)行各構(gòu)件三維鋼筋的繪制，程序可生成地鐵車(chē)站三維鋼筋的BIM施工圖。此功能是程序特有的功能，利用此功能生成的三維鋼筋可用于統(tǒng)計(jì)鋼筋量并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋節(jié)點(diǎn)的施工。

圖8 自動(dòng)生成三維鋼筋圖

3 工程實(shí)例應(yīng)用分析

3.1 車(chē)站概況

本次以昆明市軌道交通5號(hào)線(xiàn)工程河尾村地鐵站(已出具CAD結(jié)構(gòu)施工圖)為工程依托，使用該軟件建立了BIM模型。

該車(chē)站為標(biāo)準(zhǔn)地下二層地鐵車(chē)站，車(chē)站總高度為12.31m，其中站廳層高度為5.75m，站臺(tái)層和底板層高度為6.56m； 結(jié)構(gòu)頂板、中板和底板的厚度分別為0.9m、0.4m和1.0m； 結(jié)構(gòu)側(cè)墻厚度為0.7m(標(biāo)準(zhǔn)段)和0.8m(盾構(gòu)段)。車(chē)站結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，車(chē)站總長(zhǎng)度185m，總寬度為19.7m(標(biāo)準(zhǔn)段)—23.2m(盾構(gòu)段)。

3.2 生成BIM模型

首先使用計(jì)算軟件YJK2.0建立車(chē)站結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，模型各項(xiàng)參數(shù)需滿(mǎn)足持久和抗震工況的參數(shù)要求，結(jié)構(gòu)模型需經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算調(diào)整后計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范各項(xiàng)要求并生成施工圖模型，軟件生成的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖9所示。

打開(kāi)Revit-YJKS軟件直接進(jìn)入了Revit軟件界面，軟件Revit-YJKS的功能均被集成在Revit的菜單里。

利用Revit-YJKS軟件自帶的菜單功能，可將盈建科模型轉(zhuǎn)換為BIM模型，如圖10所示。

圖9 車(chē)站結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

圖10 車(chē)站BIM模型

3.3 生成BIM施工圖

利用本公司開(kāi)發(fā)的BIM地鐵施工圖軟件的“BIM地鐵結(jié)構(gòu)模塊”，可進(jìn)行地鐵結(jié)構(gòu)施工圖的后處理設(shè)計(jì)工作。

首先是生成橫剖面圖，橫剖面圖是地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)一項(xiàng)重要的表達(dá)內(nèi)容，可用來(lái)反映構(gòu)件的標(biāo)高關(guān)系和構(gòu)件的相互連接關(guān)系。利用軟件可自動(dòng)選擇剖面所在位置，選擇剖切位置后即可自動(dòng)生成橫剖面圖，并且程序可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)標(biāo)注構(gòu)件名稱(chēng)及尺寸，圖紙的外側(cè)尺寸標(biāo)注均可自動(dòng)標(biāo)注一鍵生成，無(wú)需多余的人工干預(yù)。采用軟件生成的橫剖面結(jié)果如圖11所示。

圖11 車(chē)站橫剖面圖

其次是生成各層結(jié)構(gòu)平面布置圖，包括結(jié)構(gòu)頂板、中板和底板結(jié)構(gòu)平面布置圖。軟件此處的功能也是一鍵自動(dòng)生成，圖紙生成前軟件采取用戶(hù)交互方式輸入構(gòu)件的編號(hào)排列規(guī)則，軟件對(duì)話(huà)框如圖12所示。根據(jù)各自的習(xí)慣，可選擇不同的編號(hào)順序，可以先豎向再橫向，也可以先橫向編號(hào)再豎向編號(hào)，采用軟件生成的平面布置圖如圖13所示。

圖12 平面布置圖生成交互式窗口

通過(guò)軟件可生成結(jié)構(gòu)梁、板、墻柱等構(gòu)件的平法施工圖，平法施工圖的表達(dá)符合地鐵設(shè)計(jì)單位的表達(dá)習(xí)慣，同樣也可以根據(jù)習(xí)慣不同采取民建項(xiàng)目的平法表達(dá)方式。采用軟件生成的梁板柱平法施工圖如圖14所示。

圖13 車(chē)站結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖14 車(chē)站梁板柱施工

3.4 生成BIM三維鋼筋和局部三維施工圖

采用軟件的三維鋼筋功能可按照指定的部位生成結(jié)構(gòu)的三維鋼筋或生成整個(gè)項(xiàng)目的三維鋼筋。采用軟件生成的局部部位的三維鋼筋圖如圖15所示，可生成結(jié)構(gòu)梁、板、墻柱等構(gòu)件的三維施工圖，使用本功能可直觀指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)鋼筋的綁扎并方便鋼筋量的統(tǒng)計(jì)工作。

采用軟件的局部三維剖面功能，可生成結(jié)構(gòu)局部三維圖，利用此功能可以生成結(jié)構(gòu)局部的三維效果。對(duì)于局部空間關(guān)系復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)采用此功能比較實(shí)用，避免整體模型的干擾且避免在三維視圖里局部拖動(dòng)的繁瑣操作。施工單位和設(shè)計(jì)人員通過(guò)此功能，可快速識(shí)別復(fù)雜的三維關(guān)系，并方便操作，生成的局部三維圖如圖16所示。

圖15 車(chē)站局部三維圖

圖16 車(chē)站三維鋼筋圖

3.5 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的對(duì)比情況

通過(guò)軟件二次開(kāi)發(fā)，對(duì)正向設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索，并與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)二維方法進(jìn)行了對(duì)比分析。

采用二次開(kāi)發(fā)軟件功能，可實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)二維軟件基本相同的圖紙成果，但從表達(dá)效果以及給業(yè)主后期項(xiàng)目管理、造價(jià)管理和運(yùn)營(yíng)管理帶來(lái)的效益來(lái)看，BIM成果是遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)成果。

從設(shè)計(jì)效率上比較，在第一遍設(shè)計(jì)階段采用二次開(kāi)發(fā)后的軟件進(jìn)行地鐵BIM結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)的時(shí)間相較傳統(tǒng)CAD二維設(shè)計(jì)時(shí)間仍略多20%左右，主要在于BIM正向設(shè)計(jì)時(shí)在模型細(xì)節(jié)修改上較耗費(fèi)時(shí)間。但在方案修改及變更階段，由于BIM信息化的優(yōu)勢(shì)，方案修改階段可將模型和圖紙聯(lián)動(dòng)編輯和批量修改，此時(shí)設(shè)計(jì)效率較傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)修改提高約70%，且修改后成果不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中錯(cuò)改、漏改、多張圖紙不對(duì)應(yīng)不匹配的情況。綜合考慮第一遍設(shè)計(jì)和方案修改，采用二次開(kāi)發(fā)后的軟件進(jìn)行地鐵BIM結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)的效率較傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)可提高約15%。

4 結(jié)論

(1)對(duì)于地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)采用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)盈建科軟件建立結(jié)構(gòu)模型并導(dǎo)入到Revit-YJKS軟件進(jìn)行施工圖的后處理工作；

(2)通過(guò)軟件二次開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)地下車(chē)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用BIM進(jìn)行正向設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)采用BIM軟件出具全套結(jié)構(gòu)施工圖；

(3)對(duì)于BIM項(xiàng)目中采用翻模出圖或有正向設(shè)計(jì)需求的地鐵車(chē)站項(xiàng)目，可采用二次開(kāi)發(fā)軟件功能或借鑒本實(shí)例的思路進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)的出圖工作，以實(shí)現(xiàn)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)能夠采用BIM進(jìn)行正向設(shè)計(jì)并出圖，同時(shí)可提高約15%的設(shè)計(jì)效率。