高琰哲，陶桂兰

( 河海大学 港口海岸与近海工程学院， 南京 210098)

BIM(Building Information Models，建筑信息模型)是面向建筑领域，旨在提高项目信息化程度的功能模型与物理模型，具有可视化、可模拟、可优化、可协调、可出图五大功能，在工程高效的设计效率、项目信息化管理、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用[1]。BIM技术上世纪70年代在美国开始应用，经过多年的发展，目前已发展到世界多个国家[2]，在建筑、道路桥梁，机电等多个领域得到广泛应用[3]。实现BIM理念的工具有很多，Autodesk Revit软件可以在设计初期更好表达项目的设计理念与外形特点，并且为建筑、结构、电气与给排水等领域的可持续设计、碰撞检测、施工规划和施工的全生命周期服务[4]，成为了主流软件之一。随着各行业对BIM技术的应用需求逐渐旺盛，在实际工程应用领域方面，已从最初针对建筑行业的使用扩展延伸到面向水利水电行业、交通道桥行业的使用[5]。

港口工程作为交通工程的重要组成部分，在国民经济发展中起到重要作用。但BIM技术在港口工程领域的推广应用远远滞后于建筑领域，利用Revit参数化方法来探索高桩码头建模技术对促进港口工程的建设发展具有重要意义。

1 Revit软件的参数化驱动

Autodesk Revit最核心概念之一是基于参数化的设计。参数化设计的模型可以通过潜在的逻辑关系自动进行修改，改变任何一个关系数据即可得到一个新的实例。基于参数化设计使得revit的建模相比于其他外形建模软件具有了更大的优势，一方面revit模型含有更加丰富的信息，所有构件的几何模型参数、材料属性和物理参数、检验标准及合格与否，构件成本等信息都可以被赋予到项目的每一个具体构件之中[6]；另一方面revit的信息之间并不是简单的堆砌，而是由包含建筑构件属性和构件之间关系等信息的数据库生成的，具有很强的逻辑关系，在基于参数化的模型中，通过修改逻辑关系来达到具体实例的形状改变，更能提高建模效率与模型适应性[7]。

2 高桩码头结构

本码头结构为高桩梁板式，分为上下两部分组成：码头下部结构为桩构件，采用Ф800 mmPHC桩；码头上部结构分为前后两个平台：前平台由现浇横梁、预制前边梁、预制预应力轨道梁、预制纵梁，空心板组成；后平台为现浇横梁、预制后边梁、预制纵梁，空心板组成。工程位于长江下游，码头面标高6.10 m(黄海高程，下同)，码头前沿泥面近期标高为-12.5 m，码头泊位长182 m；总宽为 28 m，分前后平台。前平台宽度 14.5 m，后平台宽度 13.5 m。装卸设备为10 t-30 m门机，轨距为 10.5 m，排架间距为7 m(局部为5 m)。

该码头具有2个特点：一是桩体型式与位置复杂多变；二是由于结构受力的需要，码头构件种类繁多，如桩尖、斜桩、横梁、纵梁，面板等。这些特点为高桩码头revit模型的建立增加了困难。

3 高桩码头建模思路

使用revit进行码头建模主要分为建立码头构件族库与码头整体成型两个部分。

3.1 建立高桩码头族库

族库的建立部分包括族样板文件选择，利用参考线与原点确定模型位置，设立尺寸标注，使用建模技巧进行高效建模，参数化驱动，族的管理等步骤[8]。

本文建模选择了码头工程的一个结构段，依据码头构件形式可分为：结构桩族、横梁族、纵梁族、面板族、靠船构件族，水平撑族等。采用分部位建族，将码头各个构件分为若干部件。分部件建族的优点是便于日后在进行其他族设计时能将这些部件进行重复利用，提高效率。族的设置与管理直接影响到项目设计的质量与效率，一个优秀的族库不仅能帮助在本次项目中减少时间，避免出错，同时随着项目的不断积累，族库将越来越完善与成熟，对后续工程提供高质量高效率的帮助。

3.2 高桩码头整体成型

码头整体成型部分包括标高与轴网系统的建立，搭建现浇与预制构件，现浇节点控制，码头平面成型等步骤。标高系统定义了码头构件在高度上的位置。在搭建模型前，必须准确定位各类构件的位置关系。轴网系统在建模中将控制着在此范围内所有构件的平面安放位置，轴网布置的依据是设计桩位图。

4 建立高桩码头族库的难点与处理方法

建立码头族库的难点主要在于：与建筑行业相比，基于revit软件的码头构件族较少，比如码头结构桩族，需另行创建；如何平衡revit参数数量来提高建模效率；利用revit建模产生报错的处理方法。

4.1 码头结构桩族的创建

本工程码头桩族分为桩身主体及桩尖。桩尖结构由搭接板、钢筒及肋板组成；桩身的桩径、壁厚、桩长、斜度、扭角等参数使得桩构件种类繁多，本工程桩类型见表1。建模时先将桩体与桩尖分别创建为独立的族，然后将桩尖族载入到桩体族中另存为800 mmPHC管桩通用族。

表1 桩类型表Tab.1 Pile types

(1)族样板文件选择。

族样板主要是依据行业类型与族构件特点提供族的初始状态，可分为结构样板，建筑样板和构造样板等。一个具体的族样板主要包括：族的基本设置，族的基本信息，族的视图设置[8]。结构桩族创建中在revit初始界面中点击“族”栏目中的“新建”选择“公制结构基础”样板。

(2)几何建模的定位与约束。

由于revit捕捉精度有限，因此可通过数值锁定来控制参考线，依靠定位点与参考线的锁定约束准确定位几何图形。本工程几何建模中，通过切换“项目浏览器”中的“参考平面”，“立面视图”使用“对齐”，“平移”等工具调整桩体上端面圆心位置与族样板默认的原点重合，并使用参考线对桩位置进行锁定。

(3)建模与添加尺寸标注。

桩族的建模分为桩体建模与桩尖建模两部分。桩的主体部分建模过程中应注意运用体量工具如拉伸，空心拉伸等命令简化建模过程，提高工作效率。由于本码头桩尖形式为开口型钢桩尖，桩尖建模中，依据规范《预应力混凝土管桩10G409》可以得到相关参数，难点在于桩尖周围肋板的创建。首先创建肋板平面投影图像，选中肋板平面图像后，利用体量工具中的“旋转”命令，在属性框中的“结束角度”中输入角度值即可得到其中一个肋板形式，随后在参考标高平面视图中通过平面“旋转”与“复制”工具即可得到全部肋板。

图1 桩尖族样式 图2 结构桩族参数设置Fig.1 Types of pile tipFig.2 Parameter setting of structural pile family

尺寸标注是revit对构件进行参数化控制的一种方式。由于revit中的所有图元都是以构件的形式来体现的，而这些构件都需要一系列具体的参数进行定义。点击revit工具栏中“族类型”可以对族构件添加参数，通过使用“标注”工具得到构件的诸如尺寸、角度、数量、材质，可见性等信息，并对尺寸标注添加“标签”，关联这个参数即可对族构件进行驱动来控制颜色，几何形状，可视性等模型信息。图1为成形的桩尖族样式和结构桩族参数设置。

4.2 如何平衡Revit参数数量来提高建模效率

现对比横梁族与面板族的创建过程，来研究参数数量对建模效率的影响。

本码头工程共使用了两种横梁，如图3所示，由于HL1的码头面上要放置系船柱，为了满足受力要求与构造要求，在横梁江侧存在局部加宽如图4所示。

在横梁族的创建过程中，由于构件型式复杂，可以先创建一个通用族。所谓通用族是指从构件结构特点出发，先建立一个具有共同特性(例如几何形状相同部分)的族模型，然后通过参数驱动与模型局部修改的方法进一步创建出施工要求的族构件模型。本次创建中以HL2为横梁通用族，只需要在该局部位置使用“拉伸”工具进行加厚处理，再使用“修改/结构基础”模块中的“连接”工具进行模型一体化，就可以迅速得到HL1。比添加相关参数的驱动方法更直观高效。

本码头工程共使用了多种面板，由于部分面板的构造要求，存在尺寸不一的缺口。如图5所示。在面板的建模过程中，设置关于缺口的相关参数就可以极大方便建模，面板族的参数如图6所示。如果不使用参数进行驱动一个一个进行建模将耗时费力。

图3 两种型式的横梁结构族Fig．3Twotypesofbeamfamily图4 横梁局部位置对比Fig．4Comparisonofthelocationsofcrossbeam图5 面板族参数驱动形成的几种结构实例Fig．5Severaldifferenttypesofpanelstructures图6 面板族参数设置Fig．6Parametersettingofpanelfamily

4.3 Revit软件报错的处理方法

在本次revit软件建模过程中，出现了两种报错：

(1)参数修改导致报错：在添加参数后，逻辑约束关系发生冲突，导致构件参变行为异常，会出现软件报错，因此在对族构件添加参数时，每添加一个参数就需要修改驱动进行测试，便于在出现冲突时迅速判断哪个约束出现了问题，在不影响建模效率的情况下尽量减少参数数量。

(2)对构件进行工具操作时报错：本次桩结构建模过程中，在桩尖与桩主体进行搭接时出现了报错，由于桩尖族载入到桩体族中为嵌套族，而桩体和桩尖为不同的族图元，系统不支持对两个不同的图元进行旋转命令，因此造成报错，所以需要在独立的桩体族和桩尖族分别进行旋转后另存为新的族文件，再进行导入搭接就可以消除报错。

5 高桩码头模型搭建

在码头构件搭建过程中关键点主要有：桩结构的布置，构件之间现浇节点的控制。

5.1 桩结构的布置

本码头工程桩体型式与位置复杂，选择合适的桩放置方式非常重要。

选择横梁底部高程所在的结构平面进行轴网绘制，即可在实际施工中依照桩的设计桩位图进行桩体布置。由于本工程横梁构件的几何特点，在江侧与岸侧具有不同的高程。故实际操作中应在“岸侧/江侧横梁底部高程”两个结构平面上分别进行桩体布置，如图7所示。另外由于桩体在现浇横梁内部的预留高度为600 mm，故在桩族的创建中应将坐标原点位置定在结构桩族桩基顶部圆心以下600 mm处，便于准确放置桩体。

5.2 现浇节点的控制

码头上部构件搭建的的难点在于码头上部现浇混凝土浇筑方法。选择“江侧横梁底部高程”平面，进行现浇节点构件的搭建。现浇构件与预制构件在空间上的重合的地方应用“剪切”工具使用预制构件对现浇构件进行剪切，就可以保证结构在空间位置上不发生冲突，达到实际施工的效果。

5.3 成果展示

除了对所有构件的空间几何尺寸的参数进行设置，还需对材料类型、材料属性、成本，制造商以及规格进行参数选择或标注。至此，完成了码头工程主体结构的空间结构建模。图9为码头上部结构示意图，图10为码头结构段BIM模型示意图。

图7 桩布置图Fig．7Layoutmapofpiles图8 码头桩结构搭建Fig．8Pilestructuresofwharf图9 码头上部结构结构搭建Fig．9Superstructureofwharf图10码头结构段BIM模型示意图Fig．10SketchmapoftheBIMmodelofwharfstructuresection

6 结论

本文结合高桩码头工程实例，探讨了基于Autodesk Revit软件的码头族库的创建及族库的搭建技术。研究表明：

(1)参数数量过多虽然能够实现族更好的适应性，但在参数的定义上却花费了更多的时间并且容易出现报错。参数数量过少则不能体现参数驱动的建模优势，影响族的重复利用效率。确定适当的参数数量，能够提高建模效率。

(2)在建模过程中，每增加一个参数应及时进行驱动测试，以验证是否存在逻辑关系上的矛盾，在不影响建模效率的情况下，应尽量减少约束条件。

(3)族建模过程中应尽量提取所需创建实例的共有结构特点，建立一个通用族。其特殊部分可在通用族的基础上利用参数驱动与模型局部修改得到所需结构型式。

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