框架结构 BIM正向设计在结构专业的应用

胡军华 艾克拜尔 ·穆合塔尔 李鑫

摘要：科学技术的发展迅速带动了我国的建筑工程的发展。BIM技术在建筑领域得到了广泛应用。国内的BIM软件产品也不断推陈出新，涵盖建筑规划、设计、招投标、施工、运维管理等全生命周期。随着对BIM技术应用的探究愈加深入，各种问题也接踵而至，BIM技术的核心是信息共享，尤其是在专业协同时，如果缺乏信息间的共享，则会造成信息断层。在我国城镇化发展速度不断提升的今天，城市中的人口密度也在持续增长，给城市的土地资源造成了紧张的状况。为了缓解城市用地资源短缺的现状，城市开始大力建设高层建筑，提高建筑的容积率，保证更多人口能够得到安全的住所。在科学技术快速发展的过程中建筑技术水平也在逐步提高，框架结构的安全性以及质量也得到了重要保障，提高了城市建筑的综合质量。

关键词：框架结构BIM正向设计；结构专业；应用

引言

自2003年美国推出国家3D-4D-BIM计划及编制NBIMS后，英国、日本及法国等国家相继出台各种强制政策及标准，将BIM技术应用到各项政府工程；我国于2011年也相继颁布两部BIM技术发展纲要，并在政策、资金及项目评优等方面大力促进BIM技术发展。很长一段时间内，设计人员均通过翻模实现BIM应用，反向检验设计成果，给设计院带来额外负担。但工程师们都有这样的共识，三维正向设计是BIM技术的终极目标，将会从管理、设计方式、任务分配、协同工作等方面带来技术上的变革，并逐步成为主流设计手段。目前许多大型设计院已在三维正向设计方面进行积极探索，取得大量实践经验，正向设计正逐步占领更大的市场。但当前BIM全专业正向设计的难点及痛点在结构专业，而结构专业的难点在于BIM模型与计算模型之间信息的传递。本文基于盈建科公司YJK-REVIT平台，结合具体框架结构解决了结构专业正向设计的信息传递难点，实现了BIM模型与计算模型间数据的双向流通。

1传统结构分析与BIM结构设计区别

传统的结构设计方法是在盈建科、PKPM、ETABS等结构分析软件中单独进行结构建模，这样的结构模型是封闭且孤立的，且不能与其它专业的设计进行有效沟通。这样其他专业的设计师如果需要调取它的结构设计信息是比较困难的，而基于Revit软件能创建一个共享平台，实现信息资源的共享。基于BIM的结构设计方法是：①首先由结构工程师与建筑工程师共同商讨确定结构形式，利用Revit创建三维物理模型；②结构工程师在进行结构设计时，可根据建筑师前期建立的三维物理模型基础上进行结构构件的布置，以建筑物理模型为参照布置梁、板、柱。这样可大大缩短结构工程师建模时间，避免重复建模，提高工作效率；③结构模型创建好后导入相应的结构分析软件进行分析计算；④最后将分析后的模型导回至Revit软件中，再对其进行修改。这样，结构信息便保存在了Revit模型中，各专业工程师可随时查看相应的结构分析信息，实现各专业的协同设计。

2BIM技术应用

2.1工程特点

例如上海市某附属中学教学楼，用地面积69098m2，建筑面积15701m2（共10层），抗震设防类别为重点设防，场地类别为IV类场地，设计地震分组为第二组，结构高度为40.7m，结构抗震等级为一级，采用框架结构体系。

2.2技术亮点

在不断更新的技术条件、行业发展及国家政策的支持下，BIM正向设计的普及只是时间问题，区别于传统的二维设计，本工程结构设计采用BIM正向设计。设计师基于YJK-REVIT平台解决了结构专业在BIM模型与计算模型间数据互通的难题，实现了在BIM模型中绘制梁、板及柱施工图，并能够进行施工图改筋、三维钢筋联动显示及用量统计等。

2.3设计流程

首先在Revit建筑模型上布置结构构件，区分建筑构件与结构构件，不同的构件赋予相应的材质及容重等信息属性。其次，根据房间使用功能及非结构构件的布置进行恒、活载导算，将Revit模型及导算的恒、活载信息转换成YJK计算模型，并在YJK计算模型设置工程计算参数。

3建筑工程框架结构中模板工程施工技术要点

3.1基础模块安装技术要点

在完成垫层施工后，负责建筑工程项目的单位需要让相关的施工人员每日按时对垫层的水平基础进行准确测量，保证建筑整体的综合质量。施工人员需要灵活使用各种测量工具，如基础平面尺，并利用相应的标记工具将暗柱角进行重点标识，避免在安装过程中出现一定的数据误差。在正确的安装基础模板之后，能够有效的提升基础模板的安全性、稳定性以及承载能力。

3.2主体结构模板施工技术要点

在对主体结构进行施工时，需要重视立杆在建筑中的重要作用，保证将每一根立柱都打实、打准，进而保证立柱的稳定性。首先需要让立杆能够平稳的立于水平面之上，其次需要对上方建筑模块和建筑结构的支架进行检查，保证上层模板安装的稳定性和正确性，使立柱能够拥有较好的承载性。如果立柱在施工过程中出现弯曲或者变形的状况，则代表立柱的承载力较弱，这种现象的出现无法使下层楼板结构进行抽取操作。在进行立杆安装时，还要注意上下层模板之间的支柱位置，两者不能够出现在同一条垂直线上，如果施工出现错误，会直接影响建筑结构的整体施工质量。由此可见，在安装主体模板的过程中，必须要按照正确的标准以及规则进行安装，保证施工流程能够稳定进行。

3.3模板拆除要点

在建设建筑框架结构的过程中，模板拆除属于重点施工环节之一，对建筑整体质量有重要影响。在拆除模板时，需要严格按照原本的施工顺序来拆除，先将后续环节中的支立模板拆除，之后再拆除施工过程中最初支立的模板。为了保证建筑的稳定性和安全性，需要先拆除承重能力较弱的模板，再拆除承重能力强的模板，避免安全事故的发生。

3.4 PKPM软件

PKPM软件是中国建筑科学研究院所研发的工程管理软件，目前是我国建筑设计院、结构设计院最常使用的软件，市场占有率高，有广大的用户群体。它紧跟行业规范，及时满足我国建筑行业快速发展的需要。PKPM包含SATWE模块，此模块是基于壳元理论的三维组合结构有限元分析，可用于高层和多层钢筋混凝土框架、框架—剪力墙、剪力墙结构及复杂结构的结构计算分析，完成建筑结构在恒、活荷载、地震力等作用下的内力计算与分析，对钢筋混凝土结构还可进行配筋计算。但PKPM也有其缺点，相对与盈建科而言，其系统较封闭、接口较少。本文将用PKPM软件进行传统结构分析，并与基于BIM技术的结构设计分析数据进行对比分析。

结语

在经济快速发展的过程中，我国建筑行业的发展也迈入了新的时期，建筑技术水平也在逐步改进，不但提供了大量的住宿空间，还满足了人们对住宅环境的需求，对我国城市建筑建设的发展有重要意义。钢筋混凝土类型的框架结构一直被广泛应用在各种建筑中，具有极高的承载力，整体性以及坚固性要好于其他类型的框架结构，并且能够使用较长的时间。但是，框架结构需要在良好的施工技术下才能够达到预期的效果，这就对技术人员的水平以及所使用的材料有了较高的要求。施工单位需要严格把控建筑施工过程中所使用的结构材料以及具体的施工质量，提升建筑工程框架结构的质量，进而促进建筑综合质量的上升，满足人们日益增长的住宅需求。

参考文献

[1]张斌.基于Bentley市政快速路BIM正向设计应用研究[D].青岛理工大学，2018.

[2]杨发霞.分析基于Revit的建筑结构BIM正向设计及软件实现的方法[J].建材与装饰，2019（26）：104-105.