李雙雙

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 城市軌道與地下工程設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430063）

0 引言

設(shè)計(jì)階段是城市軌道交通工程BIM技術(shù)應(yīng)用的一個重要階段，其影響后續(xù)階段應(yīng)用效果。目前我國二維圖紙仍是主要合法的設(shè)計(jì)交付文件，如何準(zhǔn)確高效地從三維模型剖切得到符合國家規(guī)范及行業(yè)要求的二維圖紙是實(shí)現(xiàn)三維正向設(shè)計(jì)應(yīng)用必須解決的問題［1］。相較于傳統(tǒng)的二維平面制圖，利用三維BIM模型制圖可以顯著提升結(jié)構(gòu)的專業(yè)化程度，增強(qiáng)各專業(yè)間設(shè)計(jì)人員的協(xié)同設(shè)計(jì)，高效準(zhǔn)確地對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

近年來，隨著BIM技術(shù)自身發(fā)展以及我國相關(guān)行業(yè)要求，各地城市軌道交通工程均在積極主動探索適用于自身的BIM技術(shù)應(yīng)用［2］。然而，我國各設(shè)計(jì)院的BIM技術(shù)在城市軌道交通工程中的應(yīng)用雖在推進(jìn)中，但是推進(jìn)速度慢、效率低，目前主要應(yīng)用點(diǎn)在專業(yè)間的碰撞檢查、可視化設(shè)計(jì)、各專業(yè)間協(xié)調(diào)作業(yè)等方面，在三維模型出圖方面的應(yīng)用尚不成熟。

以武漢地鐵5號線楊園站為例，利用中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司（簡稱鐵四院集團(tuán)公司）聯(lián)合北京盈建科軟件股份有限公司（簡稱盈建科公司）一起開發(fā)的Revit-YJKS地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)插件，進(jìn)行地鐵車站三維模型結(jié)構(gòu)施工圖正向設(shè)計(jì)的應(yīng)用探索。利用該插件，可以實(shí)現(xiàn)車站結(jié)構(gòu)平面布置圖、剖面布置圖、配筋圖、構(gòu)件配筋大樣圖等均來源于同一個Revit三維結(jié)構(gòu)模型，在Revit模型中的任何修改、結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算、參數(shù)修改設(shè)置均可同步在圖紙上動態(tài)反映，從而有效避免圖模不一致、圖紙計(jì)算書不一致等誤差和錯誤。

1 工程概況

武漢地鐵5號線楊園站位于武漢市武昌區(qū)和平大道與才林街交叉路口，車站沿和平大道南北方向布設(shè)。車站主體結(jié)構(gòu)長約232.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬約21.3 m，開挖面積約5 098.0 m2。楊園站地下結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度約18.5 m，盾構(gòu)段基坑開挖深度約20.9 m。

楊園站為標(biāo)準(zhǔn)段地下2層島式站臺車站，車站主體結(jié)構(gòu)為雙層雙跨局部三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地連墻+內(nèi)支撐，車站主體設(shè)全外包防水層。楊園站站位信息見圖1，土建Revit模型見圖2。

圖1 楊園站站位信息

圖2 楊園站土建Revit模型

2 基于Revit的正向設(shè)計(jì)

基于Revit的特點(diǎn)，各專業(yè)間正向協(xié)同設(shè)計(jì)方式為：建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)在同一個項(xiàng)目文件中采用不同工作集的方式進(jìn)行土建模型協(xié)同設(shè)計(jì)；其他專業(yè)通過鏈接土建模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。地鐵車站正向協(xié)同設(shè)計(jì)流程見圖3。

圖3 地鐵車站正向協(xié)同設(shè)計(jì)流程

全三維的設(shè)計(jì)模式、全專業(yè)的信息集成、全生命周期的數(shù)據(jù)管理使Revit在我國建筑行業(yè)迅速普及。在Revit系列軟件中，由于Revit本身只能建立物理模型，將該模型發(fā)送至Robot Structural Analysis進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化模型，再將模型發(fā)回Revit進(jìn)行更新［3］。但由于Robot Structural Analysis提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法不符合我國規(guī)范，不能滿足我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)要求，因此Revit目前還不能完全代替結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的地位。

許多學(xué)者就“Revit三維模型和結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算軟件間的數(shù)據(jù)交換”進(jìn)行了廣泛的探索研究［4-10］，各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件商也開發(fā)了諸如YJK、SAP2000、MIDAS、PKPM、STAAD等結(jié)構(gòu)專業(yè)常用設(shè)計(jì)軟件的接口軟件，主要目的是實(shí)現(xiàn)將結(jié)構(gòu)分析軟件的計(jì)算模型傳遞至Revit中進(jìn)行下一階段的BIM應(yīng)用。解決了模型間數(shù)據(jù)交換的問題后，如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“BIM三維模型快速出圖”成為各軟件商關(guān)注的首要問題。

現(xiàn)階段，二維施工圖紙仍然是主要合法的設(shè)計(jì)交付文件。在BIM技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用中，如何由Revit三維模型得到符合我國規(guī)范及行業(yè)要求的二維圖紙，是目前BIM技術(shù)研究的重難點(diǎn)之一。在此，研究重點(diǎn)為如何利用Revit模型準(zhǔn)確高效地完成結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)。

3 基于Revit的結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)流程

為解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息在Revit中傳遞的技術(shù)瓶頸，基于自身技術(shù)優(yōu)勢，盈建科公司推出了基于Revit的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件Revit-YJKS。從通用工具、輔助建模、結(jié)構(gòu)模型、結(jié)構(gòu)平面、施工圖等方面給出了全套解決方案，有效突破了Revit在結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)孤島，最大程度地實(shí)現(xiàn)了YJK結(jié)構(gòu)模型信息和Revit模型信息的實(shí)時共享。

由于目前YJK軟件廣泛適用于多、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和高層鋼結(jié)構(gòu)，在城市軌道交通工程地鐵車站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用很少。因此，為實(shí)現(xiàn)“基于Revit三維結(jié)構(gòu)模型準(zhǔn)確高效地自動生成地鐵車站結(jié)構(gòu)施工圖”這一目標(biāo)，鐵四院集團(tuán)公司同盈建科公司，聯(lián)合開發(fā)了基于Revit的城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。該軟件基于Revit-YJKS增加了相應(yīng)的功能，施工圖設(shè)計(jì)模塊主要包括基于Revit三維結(jié)構(gòu)模型自動生成平面布置圖、縱剖面和橫剖面布置圖，基于YJK受力分析及配筋計(jì)算結(jié)果自動生成板墻配筋圖，自動進(jìn)行梁柱施工圖平法標(biāo)注，自動生成車站三維鋼筋模型等功能。軟件菜單見圖4。

圖4 軟件菜單

3.1 關(guān)聯(lián)Revit物理模型與YJK計(jì)算模型

在繪制施工圖前，首先需要將車站的Revit物理模型與YJK計(jì)算模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，完成構(gòu)件截面匹配后，便可在Revit中直接讀取YJK計(jì)算模型內(nèi)力分析計(jì)算結(jié)果及配筋計(jì)算結(jié)果等，方便直觀地判斷車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性、準(zhǔn)確性。Revit-YJKS可以實(shí)現(xiàn)模型定位信息、構(gòu)件幾何信息、結(jié)構(gòu)計(jì)算信息、構(gòu)件鋼筋信息、施工圖繪制以及三維實(shí)體鋼筋間的數(shù)據(jù)傳遞和共享，為依據(jù)Revit物理模型準(zhǔn)確、高效地自動生成結(jié)構(gòu)施工圖提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。Revit物理模型與YJK計(jì)算模型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)見圖5，車站主體結(jié)構(gòu)Revit物理模型見圖6、YJK計(jì)算模型見圖7。

圖5 Revit物理模型與YJK計(jì)算模型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

圖6 車站主體結(jié)構(gòu)Revit物理模型

圖7 車站主體結(jié)構(gòu)YJK計(jì)算模型

3.2 結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

采用楊園站實(shí)際工程建模，車站主體結(jié)構(gòu)YJK計(jì)算模型受力分析計(jì)算結(jié)果見圖8。SAP是目前我國城市軌道交通工程地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析常用軟件之一，將YJK三維計(jì)算結(jié)果與SAP二維計(jì)算結(jié)果相比較進(jìn)行驗(yàn)證，標(biāo)準(zhǔn)段斷面彎矩計(jì)算結(jié)果對比（車站標(biāo)準(zhǔn)段單柱雙跨斷面結(jié)果為例）見表1，經(jīng)對比分析，YJK三維計(jì)算內(nèi)力分布合理，但是部分?jǐn)?shù)值稍偏小，考慮到二維平面計(jì)算結(jié)果普遍較實(shí)際內(nèi)力偏大，可認(rèn)為YJK三維計(jì)算內(nèi)力總體較合理。

圖8 車站主體結(jié)構(gòu)YJK計(jì)算模型受力分析計(jì)算結(jié)果

表1 標(biāo)準(zhǔn)段斷面彎矩計(jì)算結(jié)果對比（車站標(biāo)準(zhǔn)段單柱雙跨斷面結(jié)果為例）

3.3 車站施工圖繪制

3.3.1 創(chuàng)建平、剖面施工圖底圖

點(diǎn)擊“新建結(jié)構(gòu)平面布置圖”后，程序彈出帶有標(biāo)高的列表框（見圖9），其中顯示了可用于繪制底圖的平面樓層，程序自動讀取底圖設(shè)置中的參數(shù)內(nèi)容，然后在當(dāng)前列表框的被定義平面視圖上創(chuàng)建底圖。新建的平面布置圖可以在項(xiàng)目瀏覽器視圖中的結(jié)構(gòu)平面（結(jié)構(gòu)施工圖）目錄中查看。

圖9 創(chuàng)建平面布置圖列表框

點(diǎn)擊“創(chuàng)建縱向剖面”或“創(chuàng)建橫向剖面”后，可以在新建的平面底圖上進(jìn)行縱、橫向剖面創(chuàng)建。點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵確定剖面位置后，當(dāng)前視圖跳轉(zhuǎn)至新建剖面，可以在該剖面中進(jìn)行剖面施工圖繪制。新建的剖面施工圖可以在項(xiàng)目瀏覽器視圖中的結(jié)構(gòu)剖面（結(jié)構(gòu)施工圖）目錄中查看。創(chuàng)建的平面布置示意見圖10、縱向剖面布置示意見圖11、橫向剖面布置示意見圖12。

圖10 創(chuàng)建的平面布置示意圖

圖11 創(chuàng)建的縱向剖面布置示意圖

圖12 創(chuàng)建的橫向剖面布置示意圖

3.3.2 添加構(gòu)件標(biāo)注

點(diǎn)擊“結(jié)構(gòu)構(gòu)件及尺寸標(biāo)注”可以實(shí)現(xiàn)在新建平面布置圖或剖面布置圖中自動進(jìn)行梁柱等構(gòu)件名稱及尺寸的平法標(biāo)注。軟件同時提供“修改標(biāo)注”“添加標(biāo)注”等功能，方便對已生成的布置圖進(jìn)行構(gòu)件標(biāo)注補(bǔ)充與修改，自動添加構(gòu)件標(biāo)注效果見圖13。

圖13 自動添加構(gòu)件標(biāo)注效果圖

3.3.3 配筋圖及配筋大樣

利用軟件提供的“板配筋”“墻配筋”“梁配筋”“柱配筋”等工具（見圖14），可以根據(jù)YJK的受力分析計(jì)算內(nèi)力結(jié)果及配筋結(jié)果，自動進(jìn)行板配筋圖、墻配筋圖、平法表示梁柱配筋圖及梁、柱等構(gòu)件配筋大樣的繪制。

圖14 配筋圖工具欄

由于YJK在進(jìn)行受力分析時，無法分析長寬比較大的細(xì)長板構(gòu)件，因此為了實(shí)現(xiàn)車站三維模型內(nèi)力分析及配筋計(jì)算，需要建立虛梁對結(jié)構(gòu)板進(jìn)行分割，模型、施工圖中均有虛梁的存在，后期進(jìn)一步研究如何在繪制車站結(jié)構(gòu)板施工圖時，自動隱藏虛梁等輔助構(gòu)件。另外，目前YJK默認(rèn)的鋼筋排布樣式以及平法鋼筋圖的表達(dá)樣式偏向于民用建筑的表達(dá)風(fēng)格，與我國地鐵車站結(jié)構(gòu)施工圖常規(guī)表達(dá)樣式有差異，因此，后期可以基于地鐵車站結(jié)構(gòu)鋼筋排布規(guī)則、結(jié)構(gòu)配筋圖出圖樣式進(jìn)一步定向研發(fā)，以滿足地鐵車站結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)需求。

3.3.4 三維鋼筋顯示

YJK計(jì)算完成后，Revit-YJKS可以根據(jù)結(jié)果自動生成全部結(jié)構(gòu)件的三維鋼筋。基于BIM技術(shù)三維可視化的特性，利用三維鋼筋模型可以詳細(xì)展示節(jié)點(diǎn)處的鋼筋布置、構(gòu)件中的箍筋布置、鋼筋搭接長度等細(xì)節(jié)。利用BIM模型進(jìn)行設(shè)計(jì)交底和指導(dǎo)施工，通過查看整體三維鋼筋模型，可以清楚直觀地表達(dá)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)處各構(gòu)件鋼筋間的搭接關(guān)系。但是基于目前的BIM技術(shù)，對整個車站的三維鋼筋模型進(jìn)行創(chuàng)建、修改、檢查等工作量很大，且三維鋼筋模型附帶的大量信息數(shù)據(jù)，對電腦配置的要求比較高，因此車站三維鋼筋整體實(shí)體模型的推廣應(yīng)用還存在較大困難。局部三維鋼筋模型示意見圖15。

圖15 局部三維鋼筋模型示意圖

4 結(jié)束語

Revit是目前主流的建筑信息模型軟件，可以結(jié)合三維模型和二維平面實(shí)現(xiàn)模型平、立、剖面間的信息高效聯(lián)動，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率和設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。如何解決基于Revit的結(jié)構(gòu)施工圖正向設(shè)計(jì)問題，是影響B(tài)IM技術(shù)在設(shè)計(jì)單位推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

以武漢地鐵楊園站為例，總結(jié)出一套適用于結(jié)構(gòu)專業(yè)基于Revit的結(jié)構(gòu)施工圖正向設(shè)計(jì)出圖流程，即利用Revit三維結(jié)構(gòu)物理模型，結(jié)合YJK三維計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)專業(yè)施工圖二維圖紙的自動繪制，經(jīng)測試，該流程基本可行。但由于YJK目前廣泛適用于多、高層民用建筑，其軟件計(jì)算參數(shù)設(shè)置、鋼筋排布樣式、施工圖表達(dá)樣式均偏向于民用建筑結(jié)構(gòu)，因此通過進(jìn)一步的二次開發(fā)，使該軟件的計(jì)算結(jié)果、施工圖表達(dá)方式等可以滿足城市軌道交通地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求，將是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。