BIM在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件開發(fā)中的實(shí)踐

1、第三屆工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集 上海.2011PAGE BIM在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件開發(fā)中的實(shí)踐張曉龍 夏緒勇 馬恩成建研科技股份有限公司 摘要 BIM以其先進(jìn)的理念及在工程中成功應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化設(shè)計(jì)軟件STXT基于其思想進(jìn)行開發(fā)，采用以三維模型數(shù)據(jù)為核心，參數(shù)化建模及讀取PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型來完成模型搭建，進(jìn)行詳圖設(shè)計(jì)。真實(shí)的三維模型顯示方便實(shí)時(shí)查看、模型檢查，通過三維模型自動(dòng)生成全套施工圖紙及進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，本文將圍繞上述特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。關(guān)鍵詞 BIM 深化設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu)詳圖 STXT 1 前言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM以先進(jìn)的理念和對(duì)整個(gè)建筑行業(yè)生產(chǎn)效

2、率的極大提升受到廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的2D繪制圖紙相比，其最大的優(yōu)勢(shì)是建立了真實(shí)的三維信息模型，直接通過三維模型提取需要的各項(xiàng)信息，同時(shí)便于檢查、交互修改，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)模型對(duì)象關(guān)聯(lián)管理，模型數(shù)據(jù)能最大程度的共享。目前國(guó)內(nèi)深化設(shè)計(jì)基本都是停留在二維繪制狀態(tài)，手工繪制強(qiáng)大非常大，而且由于鋼結(jié)構(gòu)形式多樣，截面種類多，節(jié)點(diǎn)連接復(fù)雜，準(zhǔn)確性也難以保證。如果能夠借鑒BIM的理念，開發(fā)優(yōu)秀的詳圖設(shè)計(jì)軟件，協(xié)助詳圖設(shè)計(jì)人員完成鋼結(jié)構(gòu)后期的加工、制作詳圖設(shè)計(jì)，不但能提升效率，還可以減少詳圖設(shè)計(jì)中的各類問題。因此，在由中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD設(shè)計(jì)軟件事業(yè)部開發(fā)完成了鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件STXT，下面將圍繞著軟件

3、的相關(guān)功能特點(diǎn)進(jìn)行介紹。2 STXT軟件簡(jiǎn)介PKPM鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖CAD/CAM軟件STXT，是國(guó)內(nèi)自主版權(quán)的專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計(jì)軟件，其框圖如圖1所示，是以三維模型數(shù)據(jù)為核心，包括主要構(gòu)件（梁、柱、支撐等）和細(xì)部連接零件（螺栓、焊縫、連接板、加勁肋等），所有構(gòu)件和連接零件采用了和真實(shí)結(jié)構(gòu)相同的實(shí)體模型來表示，要繪制的施工圖（構(gòu)件施工詳圖、零件下料圖、安裝節(jié)點(diǎn)圖、平面布置圖、立面布置圖、零件清單等）都可以由三維模型自動(dòng)生成；可以產(chǎn)生用于數(shù)控機(jī)床加工的零件數(shù)據(jù)文件；可以導(dǎo)出詳細(xì)的工程量統(tǒng)計(jì)表。STXT軟件中，建立了內(nèi)部連接類型庫(kù)（目前已經(jīng)達(dá)到381種）：針對(duì)性強(qiáng)，涵蓋了國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)

4、構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的常用節(jié)點(diǎn)形式；緊扣國(guó)內(nèi)規(guī)范要求；參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單明了，且根據(jù)選擇的連接部位與截面給出了合理的初始參數(shù)，對(duì)可能出現(xiàn)矛盾的參數(shù)之間進(jìn)行合理性關(guān)聯(lián)。對(duì)于不能自動(dòng)建立節(jié)點(diǎn)類型，軟件提供了自定義創(chuàng)建的方式，適合于目前連接庫(kù)中沒有的各種復(fù)雜節(jié)點(diǎn)形式。用戶可以交互的添加連接板、螺栓、焊縫，對(duì)構(gòu)件、零件進(jìn)行切割等操作，交互的創(chuàng)建各種連接形式。圖1 鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件框圖鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件STXT可以單獨(dú)使用，也可以和PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件配合使用，詳圖設(shè)計(jì)軟件可以直接讀取PMCAD或STS建立的三維模型；也可以讀取SATWE、TAT、PMSAP三維分析軟件的設(shè)計(jì)內(nèi)力，自動(dòng)完成全樓節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。3 軟件的

5、核心問題3.1參數(shù)化建模BIM技術(shù)的核心就是三維信息模型的建立，它是圖形顯示、交互以及后期施工圖、工程量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)，建立一個(gè)完整、精細(xì)的三維模型至關(guān)重要。圖3 樓梯等次結(jié)構(gòu)圖2 鋼框架三維模型moxingmoxing模型STXT軟件在三維模型的輸入方面分為三個(gè)層次：1）結(jié)構(gòu)建模：提供了多種快速建模方式，能快速完成主結(jié)構(gòu)建模，同時(shí)還提供專業(yè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)建模模塊，圖2為一個(gè)框架模型圖。參數(shù)化的構(gòu)件及截面描述，方便交互編輯，既能完成主結(jié)構(gòu)模型，同時(shí)也能補(bǔ)充完成次要結(jié)構(gòu)的輸入，如樓梯、圍欄、吊車梁等，如圖3。同時(shí)還提供導(dǎo)入DXF網(wǎng)格數(shù)據(jù)、用戶插件等多種輔助的建摸途徑，能完成各類結(jié)構(gòu)的模型建立；2）節(jié)點(diǎn)連

6、接的創(chuàng)建：在節(jié)點(diǎn)連接的精細(xì)模型處理上，軟件提供了豐富的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)庫(kù)（目前已經(jīng)達(dá)到381種），通過交互選擇關(guān)聯(lián)構(gòu)件及連接的類型，采用對(duì)話框參數(shù)化錄入的方式直接建立，節(jié)點(diǎn)庫(kù)涵蓋了國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的常用節(jié)點(diǎn)形式；圖4 模型管理圖3）自定義方式創(chuàng)建：軟件總結(jié)了各種連接組成對(duì)象的類型，除了各類型鋼、常見零件板、螺栓、焊縫、彎折圓管等實(shí)體對(duì)象進(jìn)行了參數(shù)化描述外，還包括了切割面、切割零件、各類標(biāo)注、剖面等信息的詳細(xì)描述及記錄，可以方便的對(duì)模型進(jìn)行交互修改，對(duì)建立一個(gè)真實(shí)、完整、準(zhǔn)確和精細(xì)的模型提供了保證。交互建立的模型對(duì)象可以定制為組件、連接，可以重復(fù)使用，還可以導(dǎo)入、導(dǎo)出在不同的工程中

7、重復(fù)使用，提高效率。3.2以三維信息模型為核心的基本功能1 模型顯示在模型顯示上分為模型空間、圖紙空間兩種模式。模型空間顯示真實(shí)的三維幾何模型，提供了多種顯示方式，通過對(duì)象分類顯示控制、ID區(qū)間過濾及選擇集等方式來控制顯示規(guī)模。圖紙空間提供在建模過程中及時(shí)查看各類節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件、零件圖紙，便于查看建模中的問題。2 碰撞檢查在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件中，構(gòu)件及零件加工詳圖都是由三維模型直接產(chǎn)生，直接用于指導(dǎo)加工生產(chǎn)。建立的模型及連接節(jié)點(diǎn)是否合理，零件之間是否相互碰撞或螺栓安裝是否留有足夠的空間，都需要在節(jié)點(diǎn)連接創(chuàng)建時(shí)綜合考慮，避免在安裝加工時(shí)安裝難度大或不合理碰撞情況。鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件STXT中提供了模

8、型碰撞檢測(cè)及螺栓安裝空間合理檢驗(yàn)。可以在三維模型中非常直觀的進(jìn)行模型檢查，避免建模和節(jié)點(diǎn)中存在的不合理問題。3 生成圖紙STXT軟件中圖紙均為真實(shí)的三維模型直接變換消隱得到，和模型完全一致，建模時(shí)只要保證三維模型準(zhǔn)確即可。建模完成后，STXT軟件根據(jù)真實(shí)的三維模型進(jìn)行全樓構(gòu)件、零件的歸并與編號(hào)，自動(dòng)生成全套詳圖圖紙，包括布置圖、構(gòu)件圖、節(jié)點(diǎn)圖、零件下料圖，還提供了1：1放樣的DXF零件數(shù)據(jù)文件輸出，可以應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床。4 工程量統(tǒng)計(jì)軟件可以根據(jù)三維信息模型及計(jì)算統(tǒng)計(jì)規(guī)則進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，對(duì)全樓的構(gòu)件中的用鋼進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，輸出內(nèi)容包括零件截面尺寸、零件長(zhǎng)度、鋼號(hào)以及數(shù)量等信息。同時(shí)還給出全樓零

9、、構(gòu)件、螺栓、用鋼量統(tǒng)計(jì)表，分類構(gòu)件零件明細(xì)統(tǒng)計(jì)表等，統(tǒng)計(jì)的報(bào)表數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入Excel表格方便用戶進(jìn)行后續(xù)的工程造價(jià)工作。3.3圖紙管理圖5 編號(hào)設(shè)置 詳圖設(shè)計(jì)往往工期緊張、周期長(zhǎng)，一個(gè)比較大的工程，高層的部分還處于設(shè)計(jì)，底層的已經(jīng)開始加工、安裝和施工了，在施工過程中，模型發(fā)生變更的事情時(shí)常發(fā)生，但是一部分圖紙已經(jīng)調(diào)圖結(jié)束進(jìn)入加工階段，如何在后期變更模型時(shí)，盡可能的標(biāo)識(shí)圖紙的改動(dòng)量，同時(shí)還保證準(zhǔn)確性，是詳圖設(shè)計(jì)中一個(gè)核心問題。圖6 圖紙管理STXT程序能自動(dòng)對(duì)全樓構(gòu)件、零件進(jìn)行歸并編號(hào)，可以修改構(gòu)件編號(hào)前綴或起始編號(hào)，如圖5所示。當(dāng)模型或連接發(fā)生變化時(shí)，可以只對(duì)變化部分進(jìn)行編號(hào)，未變化部分，編

10、號(hào)可以保持不變。自動(dòng)管理全樓構(gòu)件、零件圖。當(dāng)連接變更、模型變更時(shí)，對(duì)于已出圖紙，未變化部分可以選擇保留，只更新變化部分圖紙和增加新的圖紙，如圖6所示。3.4協(xié)同作業(yè)BIM不僅僅是在某個(gè)設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，而是貫穿整個(gè)生命周期內(nèi)的各個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)高度數(shù)據(jù)共享。目前國(guó)內(nèi)一些比較大鋼構(gòu)公司往往擁有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與詳圖設(shè)計(jì)兩個(gè)部門，同時(shí)一些設(shè)計(jì)公司也開始把業(yè)務(wù)擴(kuò)展到詳圖設(shè)計(jì)領(lǐng)域。如果能夠在詳圖設(shè)計(jì)階段直接采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，既可以節(jié)省重復(fù)建模的工作，也可以避免二次建模有可能帶來的錯(cuò)誤，同時(shí)還能更好的就建模及細(xì)部處理中存在的各類問題與設(shè)計(jì)方進(jìn)行交流。圖7 讀取PKPM結(jié)構(gòu)模型及分析內(nèi)力目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)主要還是采用PKPM

11、的設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件STXT提供與PKPM設(shè)計(jì)軟件的無縫接口，能載入PKPM結(jié)構(gòu)模型與設(shè)計(jì)內(nèi)力。設(shè)計(jì)建模采用PMCAD或者STS，設(shè)計(jì)采用三維分析軟件SATWE、TAT或者PMSAP完成時(shí)，詳圖設(shè)計(jì)軟件可以直接讀取其三維模型，并且可以讀取三維分析軟件的設(shè)計(jì)內(nèi)力，自動(dòng)完成全樓節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，并提供詳細(xì)的計(jì)算書。4 結(jié)論綜上所述，可以得出以下結(jié)論：1、鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)軟件STXT，以三維模型數(shù)據(jù)為核心，能完成模型搭建、節(jié)點(diǎn)錄入、加工詳圖生成、工程量統(tǒng)計(jì)等基本功能；2、提供了模型碰撞檢測(cè)及螺栓安裝空間合理檢驗(yàn)?？梢栽谌S模型中非常直觀的進(jìn)行模型檢查，避免建模和節(jié)點(diǎn)中存在的不合理問題；3、詳圖設(shè)計(jì)由于工期緊張、周期長(zhǎng)，往往存在設(shè)計(jì)后期模型變更的可能，軟件提供的編號(hào)及圖紙管理，能自動(dòng)對(duì)變化模型單獨(dú)編號(hào)，標(biāo)示變化的圖紙，解決了詳圖設(shè)計(jì)中的一個(gè)核心問題；4、軟件能無縫銜接PKPM設(shè)計(jì)模型、分析模型以及STS的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)結(jié)果模型，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與詳圖設(shè)計(jì)能協(xié)同作業(yè)，避免了二次建模可能的錯(cuò)誤，提高了效率，縮短了工程周期，節(jié)約了成本，為設(shè)計(jì)方和施工方的合作提供了一種新的可能。張曉龍，男，1981年10月生，工程