一种基于BIM的综合管廊主体结构参数化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于BIM的综合管廊主体结构参数化设计方法，属于综合管廊BIM设计领域，解决了传统综的合管廊结构设计方法过程繁琐、效率低下的问题。本发明方法：根据综合管廊实际情况进行管廊主体结构设计，创建管廊主体结构BIM设计模型；将管廊主体结构BIM设计模型转换为结构分析模型，并进行结构有限元分析计算；根据计算结果调整结构模型，采用参数化设计方法进行钢筋三维设计；基于BIM模型导出施工图图纸，自动提取工程量，出具钢筋料表。利用本发明方法进行综合管廊主体结构参数化设计，方法简便，工作效率大大提高。

说明书

技术领域

本发明属于综合管廊BIM设计领域，具体涉及一种基于BIM的综合管廊主体结构参数化设计方法。

背景技术

建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）是在计算机辅助设计（CAD）等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性5大技术优势。

传统综合管廊结构设计方法是一种基于CAD技术的二维设计方法，这种方法虽然可以满足管廊结构设计的基本需求，但存在一些技术弊端，总结如下：

（1）结构设计的结构方案设计、结构力学计算、施工图绘制各阶段，设计数据相对独立，任何一处设计变更，其它三个阶段设计成果均需重新计算、绘制及返工，设计维护成本较高。

（2）管廊结构设计的计算环节一般采用Mdias Gen软件进行有限元模拟分析，软件建模工作费时费力，模型修改难度大，如有变更，基本需要重新建模，导致结构计算工作效率低下。

（3）计算模型中的结构信息与图纸中的标注信息无关联，容易出现施工图标注与模型数据不一致的情况，造成计算模型与图纸相分离，计算模型修改后需重新绘制施工图。

（4）相较BIM参数化设计，传统CAD的设计模式无法通过参数来驱动所设计的构件，使得设计的构件是一个个离散的模块，各类注释数据与构件也是离散的关系。这样的设计模式，往往导致一处更改需调整各个视图，修改图纸量大，过程繁琐。

（5）传统设计交付成果为二维图纸，已满足不了业主方与下游施工企业的需求，施工交底的过程中需要各方具有较高的专业素养和空间想象力，沟通成本较高，三维数字化交付逐渐必要化。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于BIM的综合管廊主体结构参数化设计方法，以解决传统综的合管廊结构设计方法过程繁琐、效率低下的问题。

本发明的技术方案是：一种基于BIM的综合管廊主体结构参数化设计方法，包括以下步骤：

S100：根据综合管廊实际情况进行管廊主体结构设计，创建管廊主体结构BIM设计模型；

S200：将管廊主体结构BIM设计模型转换为结构分析模型，并进行结构有限元分析计算；

S300：根据计算结果调整结构模型，采用参数化设计方法进行钢筋三维设计；

S400：基于BIM模型导出施工图图纸，自动提取工程量，出具钢筋料表。

作为本发明的进一步改进，在步骤S100中，根据实测地勘数据、荷载信息、管廊主体结构建筑方案以及预留孔洞与埋件信息进行管廊主体结构设计，基于Autodesk Revit设计平台创建管廊主体结构BIM设计模型。

作为本发明的进一步改进，在步骤S100中，当进行管廊结构设计的结构模型数量达到一定规模后，可创建管廊结构的模型库，根据所设计的管廊主体结构的功能用途与标准段断面形式在模型库中检索同类结构模型，如出线结点、端部井、交叉节点等,设计过程中根据设计需要，快速修改检索到的同类结构模型，完成管廊主体结构BIM设计模型的创建。

当项目实施可采用全专业BIM协同设计时，结构专业设计人员可在上游设计专业（包括：建筑专业与管线专业）传递模型的基础上根据设计需要进行修改，完成所述管廊主体结构BIM设计模型的创建。

作为本发明的进一步改进，在步骤S200中，调整管廊主体结构BIM设计模型的Revit软件中的分析模型使其与结构简化计算模型相一致，结构计算采用Mdias Gen结构有限元分析软件，将Revit中的管廊主体结构BIM设计模型导出中间格式，并将中间格式文件导入至Mdias Gen中生成结构计算模型，调整结构计算模型并添加荷载与边界条件，进行结构有限元分析计算并得出结构内力计算结果。

作为本发明的进一步改进，在步骤S300中，根据结构有限元分析计算得出结构内力计算结果调整管廊主体结构模型，进行结构板、梁、柱的结构配筋计算。采用Revit的参数化钢筋设计功能对所述管廊主体结构模型的顶板、底板、中隔板、壁板、结构梁与结构柱进行钢筋绘制，设置钢筋的型号、材料、形状、钢筋弯钩长度、钢筋搭接长度、保护层厚度等设计参数，自动生成三维钢筋模型；检查钢筋冲突，并通过修改钢筋设计参数与局部钢筋位置的调整解决钢筋冲突问题，优化钢筋排布。

作为本发明的进一步改进，在步骤S400中，设置标准出图样板，并建立项目信息，包括项目名称、编号、位置等；定义出图标高，并创建项目基点，生成管廊主体结构的平面、剖面及详图，并按照出图要求对出图视图进行处理，标注图形必要表示的尺寸信息与文字信息，通过Revit软件明细表功能，自动提取钢筋直径、长度、总重量等工程量，生成钢筋料表，最后布图并进行图纸导出。

本发明的有益效果是：

（1）设计环节信息的高效传递

将结构方案设计、结构力学计算、施工图绘制、设计数据等各个环节有序链接起来，做到结构设计各个阶段信息的高效传递，可以节省传统综合管廊结构设计的时间，提升设计效率。

（2）模型的参数化与联动修改

基于BIM的结构设计在设计流程上不同于传统的结构设计，弱化了传统流程中的设计准备环节，即计算分析模型的建立及荷载边界的施加，产生了基于模型的综合协调环节，即通过BIM平台软件与结构分析计算软件之间的模型互导实现了模型的综合协调。传统综合管廊结构设计方法当遇到方案及条件变更时，往往需要重新设计、建模、统量等工作，耗费大量时间。然而基于BIM的综合管廊主体结构参数化设计方法在遇到条件变更时具有很强的优势，经过很简单的操作即可实现模型的修改，修改后可以实现一键转换模型，这样可以节省方案设计、结构力学计算、施工图绘制、设计数据等环节的工作量，减少不必要的返工，降低设计维护成本。

（3）模型量快速统计

在BIM模型中，所有的模型都是包含信息的，所有的输出图纸（信息）都是建立在同一个建筑信息模型的数据库中，可以将建立在建筑信息模型中的所有钢筋信息快速导出、统计生成钢筋料表。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明中步骤S200的详细流程图；

图3是本发明中步骤S300的详细流程图；

图4是本发明中步骤S400的详细流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1、

图1-图4示出了本发明的设计方法流程。

S100：根据综合管廊实际情况进行管廊主体结构设计，创建管廊主体结构BIM设计模型。

步骤S100中提供三种管廊主体结构BIM设计模型创建方法：

（1）直接设计法：根据测绘专业提供的实测地勘数据、荷载信息、建筑专业提供的管廊主体结构建筑方案以及管线专业提供的预留孔洞与埋件信息进行管廊主体结构设计，基于Autodesk Revit设计平台创建管廊主体结构模型，管廊主体结构模型至少包括：用于结构计算分析的管廊底板、中隔板、顶板、结构梁与结构柱等构件。

（2）模型库检索法：当采用直接设计法进行管廊结构设计的结构模型数量达到一定规模后，可创建管廊结构的模型库，根据所设计的管廊主体结构的功能用途与标准段断面形式在所述模型库中检索同类结构模型，根据设计需要修改检索到的所诉同类结构模型完成管廊主体结构BIM设计模型的创建。

为方便结构设计中模型检索的便捷性，以下给出模型库的建立与划分方法。模型库的建立可根据管廊结构的功能用途分为：出线节点、吊装口、进风口、排风口、通风口、逃生口、人员出入口、交叉口等。模型库的建立还可根据管廊标段断面的结构形式分为：单舱、两舱、三舱、四舱、五舱与田子舱等。将相当数量的结构模型按照管廊结构的功能用途与管廊标段断面的结构形式放入对应模型库文件中，完成模型库的创建。

（3）协同设计法：当采用全专业BIM协同设计时，结构专业设计人员可在上游设计专业（包括：建筑专业与管线专业）传递模型的基础上根据设计需要进行修改，完成所述管廊主体结构BIM设计模型的创建。

S200：将管廊主体结构BIM设计模型转换为结构分析模型，并进行结构有限元分析计算，具体包括以下步骤：

S201：调整管廊主体结构BIM设计模型的分析模型使其与结构简化计算模型相一致。

调整管廊主体结构BIM设计模型的分析模型包括对管廊顶板、中隔板、顶板、侧壁分析面的调整以及对结构梁与结构柱分析线的调整，调整规则为：管廊顶板、中隔板、顶板结构分析面取板中心，管廊侧壁结构分析面取壁板中心，结构梁按照建模时的Y轴对正拾取线提取，结构柱按照中心线提取。

使用Revit创建结构板，板标高限制条件默认为楼层标高，并勾选延伸到墙中，当生成结构板时出现“是否希望将达此楼层标高的墙附着到此楼层底部”的提示时，应点选否。创建结构墙柱时，墙与柱底部限制条件为本层楼层标高，顶部限制条件为下层楼层标高。创建结构梁时，将Y轴对正设置为“原点”， Z轴对正设置为“顶”，拾取梁中心线进行绘制。

S202：开发Mdias Gen与Revit结构模型转换接口，进行结构计算模型转换。

使用Revit标题菜单中的附加模块中的Send model to midas Gen，设置中间文件导出位置、有限单元划分尺寸、导入目标以、单位、材料映射、结构梁柱尺寸映射等信息，导出结构模型中间格式文件。将中间格式文件导入Midas Gen中，生成带有有限单元的结构分析模型。

S203：调整结构计算模型，并添加荷载与边界条件。

首先利用Midas Gen中的显示自由边/面功能检查结构的自由边与自由面，确定导入的结构模型不存在有限单元不耦合的情况出现；然后将结构各迎土面的局部坐标系Z轴调整为迎土方向；其次将Revit导入的楼层信息删除；释放边界条件中的梁端约束；在材料选项中设置计算规范与材料的计算参数信息；在管廊结构计算模型的底板施加面弹性支撑边界条件；按照施加荷载的类型定义管廊结构分组，分别将计算好的自重、土压力荷载、水压力荷载、车荷载等荷载依分组施加到结构计算模型上；定义结构计算的荷载组合，分别采用准永久组合和基本组合计算结构内力。

S204：进行结构有限元分析计算得出结构内力计算结果。

进入结构计算后处理环节完成结构内力计算后，首先定义结构的用户坐标系统，然后在用户坐标系下分别按照X与Y方向分别查看管廊各构件的结构内力计算结果。

S300：根据计算结果调整结构模型，采用参数化设计方法进行钢筋三维设计，具体包括以下步骤：

S301：根据结构有限元分析计算得出结构内力计算结果调整所述管廊主体结构模型。

调整主要包括管廊顶板、底板、中隔板、壁板、结构梁与结构柱的尺寸调整。

S302：开发结构计算程序，进行结构板、梁、柱的结构配筋计算。

将结构设计规范中的关于结构板、梁、柱的结构计算的公式编写成计算程序，通过设计输入参数的修改即可完成结构计算，并导出钢筋配筋结果。

S303：采用Revit的参数化钢筋设计功能绘制三维钢筋。

采用Revit的参数化钢筋设计模块对所述管廊主体结构模型的顶板、底板、中隔板、壁板、结构梁与结构柱进行钢筋绘制，设置钢筋的型号、材料、形状、钢筋弯钩长度、钢筋搭接长度、保护层厚度等设计参数，自动生成三维钢筋模型。

S304：进行钢筋的冲突检查与优化排布。

检查钢筋冲突，并通过修改钢筋设计参数与局部钢筋位置的调整解决钢筋冲突问题，优化钢筋排布。

S400：基于BIM模型导出施工图图纸，自动提取工程量，出具钢筋料表，具体包括以下步骤：

S401：定义项目样板，建立项目信息。

在Revit中制作标准出图样板，设置施工图纸的钢筋的样式，出图的线性样式、标注样式、文字与字体、填充、颜色、图层、图示比例等信息，通过“项目属性”功能输入项目名称、项目编号、项目位置等信息。

S402：定义出图标高，创建项目基点。

通过Revit 的“标高”命令创建标高，标高名称会按照数字或字母顺序自动排序，创建新标高，也可通过“复制”或“阵列”命令，快速生成所需标高。建立标高后，在项目浏览器中添加“楼层平面”或“天花板平面”等视图；创建项目基点，根据管廊主体结构所在位置调整项目基点处于正确位置。

S403：生成平面、剖面及详图，并对出图视图进行处理。

在Revit所定义的出图标高上生成平面图，通过调整视图深度中的标高、底、剖片面、顶的偏移量达到平面图所要表达的效；利用“剖面”功能在需要剖切的位置生成剖面，拖动平面的视图框调整剖切深度达到剖面图所要表达的效果；详图可通过调整剖面中的视图框大小达到详图所要表达的效果。

S404：标注尺寸信息及文字信息。

首先通过Revit的族工具，根据项目的出图标准要求制作标注尺寸与文字族，标注尺寸与文字族应为参数化可调整的，并采用标准化的命名方式以便调取应用。在生成的生成平面、剖面及详图中利用标注尺寸与文字族快速完成图面的尺寸标注与文字标注。

S405：统计钢筋工程量，出具钢筋料表。

统计管廊主体结构各结构构件的工程量，通过Revit软件的明细表功能设置“族与类型”、“钢筋直径”、“总钢筋长度”字段，族与类型代表钢筋种类牌号。通过“添加参数”的方式为钢筋添加每延米重量的参数，单位设置为kg/m。常用的具体参数如Φ6mm重量为0.222Kg/m、Φ8mm重量为0.395 Kg/m、Φ10mm重量为0.617 Kg/m、Φ12mm重量为0.888 Kg/m，以此类推。通过“计算值”的方式为钢筋添加重量的参数，将参数的名称定义为钢筋重量。将参数的类型定义为数值。在公式的输入框中输入“总钢筋长度*每延米重量/1000”， 在末尾输入“/1000”是为了保证单位统一，最后核对单位是否匹配。至此就生成包含“钢筋种类牌号、直径、长度、每延米重量、钢筋重量”等信息的综合管廊钢筋料表。

S406：布图与图纸导出。

在Revit的项目浏览器中选择新建图纸，并设置图纸的大小，可根据项目要求制作标准图框，标准图框可包括业主名称、工程名称、项目编号、图名、设计阶段、比例、图纸编号、设计签名、修订版本、修订日期等出图信息；将标准好的平面图、剖面图与详图拖入图框中，调整图形位置至美观合理；在各出图视图的可见性中，把不需要导出的图形与信息进行隐藏；在导出CAD格式中进行导出设置，包括图层、线性、填充、文字和字体、颜色、实体、单位和坐标等信息的设置，导出图纸后在CAD中进行局部调整完成管廊主体结构的施工图出图。

利用本发明方法进行综合管廊主体结构参数化设计，方法简便，工作效率大大提高。