一、行业背景

20年前，结构专业硕士毕业生，加入设计院做结构设计，运用结构分析软件进行分析，然后在CAD中完成施工图纸，他的绝大部分时间是在CAD中画图；20年后的今天，结构专业硕士（或博士），加入设计院，他们基本在重复同样的事情，同样的结构分析软件，同样地在CAD中画图。不同的地方有：电脑速度快了、软件版本升级了，还有设计规范差不多10年更新一次。

现阶段结构设计流程为：确定结构布置方案并在结构分析软件计算通过，根据计算结果在二维CAD中绘制构件的布置、尺寸及配筋。 这种基于CAD的设计模式存在不直观、专业离散非协同、非参数化、错漏碰缺多等问题，是属于劳动密集型工作。这种已持续了几十年的模式，越来越无法适应行业发展精细化、可视化、信息化等需求。

BIM技术以其参数化、可视化、协调性、可出图性等特点，越来越多地应用到了建筑工程的各个阶段，它不仅提升行业效率，同时改变了传统的行业生产流程和管理模式。基于BIM结构设计，即整个项目在结构方案设计阶段和施工图设计阶段均采用BIM技术的正向设计，取代CAD模式的设计，是行业发展的必然趋势。

二、基于BIM结构设计

 一些设计院曾尝试基于BIM完成结构设计，但遇到一系列问题，主要包括：BIM结构模型及钢筋模型依赖于手工创建，工作量巨大，尤其是BIM钢筋的手工创建极其繁琐；配筋及施工图绘制均依赖于CAD插件，无法实现设计全过程基于BIM平台等。这些不涉及研发的尝试，解决不了专业化和本土化的问题，过程中不得不涉及多种软件，重复工作量大，所花费时间比基于CAD设计长，因此无法继续往前推进。

针对上述问题，星层科技和时代地产集团合作，在基于BIM结构设计方面取得了一系列专业化、本土化的研发成果。合作完成的基于BIM结构设计软件，技术路线如下：

图1 基于BIM结构设计技术路线

星层科技和时代地产合作研发的基于BIM结构设计软件的特点包括：1）结构分析模型智能导入BIM软件，避免了手工二次创建BIM模型；2）在读取任意结构分析软件模型及计算结果后，基于BIM平台独立进行结构设计，生成配筋结果，设计参数定义灵活，设计结果通用性强，不再受限于具体某款结构设计软件，也不需要另外的插件；3）通过关联配筋结果与平法标注信息，直接在BIM软件中生成符合国标标准的结构平法施工图，无须在CAD中绘制施工图；4）在得到构件信息及分析结果后，自动生成三维实体钢筋，可以快速得到精确的钢筋、混凝土及模板的工程量信息，无需为算量而建算量模型。

三、基于BIM结构设计软件操作步骤

基于BIM结构设计软件操作步骤如下：

（1）建立结构分析模型

确定项目的抗震设防烈度、抗震等级、风荷载、恒、活荷载等参数，进行结构计算分析，得到结构分析结果。

（2）模型导入Revit（同时导入分析结果）

将结构分析模型导入Revit，生成BIM结构模型（如图2），同时在构件属性中导入前处理信息与计算结果。

图2  结构分析模型转Revit模型

（3）生成BIM实配钢筋信息
根据结构分析结果，结合《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010) 等规范的规则计算得到BIM构件的实配钢筋信息。       

（4）生成平法施工图

根据构件配筋信息，结合16G101国标图集平法表达规则生成构件的结构平法施工图，并可对构件进行配筋校核（如图3~6）。

图3 梁平法图（含配筋校核信息）

图4 柱平法图

图5 墙平法图（含配筋校核信息）

图6 板平法图

（5）生成BIM三维实体钢筋

根据构件配筋信息，结合钢筋搭接锚固构造要求，生成主体构件三维实体钢筋模型（如图7~8）。设置次要构件及特殊构件构件的几何形状及钢筋信息，生成次要构件和特殊构件BIM模型与实体钢筋（如图9~10）。

图7 梁三维实体钢筋

图8 墙三维实体钢筋

图9 承台三维实体钢筋

图10 柱帽三维实体钢筋

四、结语

星层科技和时代地产合作研发的基于BIM结构设计软件，真正实现了基于BIM的正向设计，在完成平面施工图纸的同时，也得到了主体结构的BIM模型，同时在设计阶段就得到了混凝土、钢筋及模板的工程量，可以更好地限额结构设计和进行结构设计优化。整个过程中不涉及重复工作，并且可根据需要，扩展满足更多的项目实际需求。
软件目前主要针对剪力墙结构和框架结构，星层科技和时代地产在进一步测试、优化和扩展已有的BIM研发成果。

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