[转载]BIM软件中构件与其附着层的关系探讨

廖生宵 · 发表于 2013-5-9 22:39:32

来源：新浪博客作者：celticblue 　　

一、 BIM主流软件中构件与其附着层的关系处理现状

BIM模型是建筑的数字化虚拟模型，原则上以真实反映建筑各组成部分（各构件）的模型与信息为己任。但从软件的实现方法角度来考虑，未必能完全按现实中的构件分类、组成部分以及连接关系等进行建模，必须通过内置一定的规则，既使模型尽可能接近现实，又使建模过程的操作相对简单，在深度方面也可根据应用阶段与用途进行不同深度的表达，同时还要满足不同软件之间的数据传递与协同设计的要求。

当前主流的BIM建模软件（本文以Autodesk Revit 2013、Graphisoft ArchiCAD 15为例）基本上按墙体、门、窗、柱、梁、楼板、楼梯、屋顶等构件分类体系进行整体软件框架的搭建，经过多个版本的改进已日趋成熟，但在应用过程中仍发现有不完善的地方。本文着重关注构件主体与其附着层之间的逻辑关系。

在现实中，墙体、柱、梁、楼板、屋顶等构件类别在大部分情况下都有在构件主体之外添加饰面层的需要，有的还需在主体与饰面层之间添加填充层。由于饰面层与填充层均需附着在构件的主体之上，因此本文将构件的主体构造层称为“核心层”，核心层以外的饰面层与填充层统称为“附着层”。如图1所示，为常见的保温砂浆墙体的构造层次示意，图中的基层墙体即为核心层，基层墙体之外的多个构造层次均为附着层。

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目前主流BIM软件对于构件的附着层，在逻辑上将其作为主体的一部分来考虑，在技术上则通过“复合材质”来实现。图2为Revit与ArchiCAD通过设定复合材质来模拟上述的保温墙体。

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应该说复合材质解决了墙体、楼板、屋顶这几类构件的基本模型表达，但对于另外两类构件——梁跟柱，软件并没有提供很完善的解决方式，同时在实际的BIM整体应用中，复合材质方案仍然存在不少的问题，下面对这些问题进行归纳与分析。

二、现状导致的问题

1. 梁或柱无法添加附着层

首先是梁柱两类构件的附着层问题。对于外围护层的梁柱，在现实中的附着层（外侧）一般是跟外墙一致的；内部梁柱（及外围护梁柱的内侧）则是跟内墙一致的饰面。目前版本的Revit与ArchiCAD两个软件，对于梁柱的附着层有不一样的考虑，分述如下：

1) Revit：该软件的柱分为结构柱与建筑柱，建筑柱可自动将墙体的饰面层对柱子进行包络（并非所有附着层都可包络），但更普遍使用的结构柱则无法添加饰面层。对于结构梁也无法直接添加饰面层，如图3所示。

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2) ArchiCAD：该软件的柱跟墙有较好的连接关系，柱可设为“独立式”或“包裹式”，包裹式可将墙体所有附着层对柱进行包络，效果如图4左图示。另外，柱子可单独添加饰面层（仅限单层材料）。但对于梁，同样无法添加饰面层。

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在实际应用中，柱的饰面层基本可以解决，即使是Revit的结构柱，也可以通过加一层墙体来进行“手动包络”；但对于梁，除非修改自定义截面，否则几乎毫无办法。

2. 构件交接部位较难处理

在墙、柱、梁、板等构件的交接处，附着层的连接处理非常复杂，很难做到核心层与附着层均连接正确，两个主流BIM软件均努力解决这个问题，但目前仍未尽如人意。如图5所示，一个最常见的墙体与楼板、梁交接的节点，即可看出软件的不完美之处。

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3. 难以满足不同专业在协同设计时的不同要求

对于结构专业来说，一般只需要考虑构件的核心层，当BIM模型导出至结构计算软件时，采用复合结构的构件可能会将核心层的尺寸误认为包含附着层的总尺寸，从而出现失误。比如通过IFC格式将Revit或ArchiCAD模型导入Tekla Structure，会发现所有构件都按总厚度显示，以这样的模型为基础进行协同设计很容易造成失误。

即使是Revit内部的建筑与结构专业通过工作集协同设计，对同一构件的不同理解也会造成配合中的麻烦或冲突。如图6所示，对建筑来说，楼板定位标高为10.700，其结构标高实际为10.650，但由于采用了复合材质，楼板没有任何参数表明其核心结构层标高比其定位标高低了50，因此对结构专业来说，这个楼板的定位也就成了10.700了。如果以结构楼板为准，只表达核心层，那么建筑专业中的楼板饰面层、填充层又无从表达，这是一个很矛盾的问题。

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4. 难以将核心层与附着层分开显示

Revit跟ArchiCAD都有考虑到对于BIM模型不同深度的表达需求。Revit通过“详细程度”来控制图面是否显示各构造层次，但无法仅显示核心层，并且“详细程度”功能对3D视图无效；ArchiCAD通过“复合层部分结构显示”功能可实现不同深度的切换。

但由于附着层始终属于构件的组成部分，无法单独剥开，因此在下游应用中，BIM模型的构件亦是核心层与附着层一体的，这导致某些功能难以实现，比如在现实中构件的核心层施工跟填充层、饰面层施工总是分开的，但将BIM模型导入Navisworks进行4D施工模拟时，一体化的构件很难将这两个施工过程分开表达。

5. 附着层的修改可能导致核心层的位置改变

随着设计的推进，构件材料不可避免会有更改。对于墙体，目前BIM软件考虑得比较周到，提供了多种定位方式，如图7所示。以外墙为例，采用核心层外侧定位，则无论墙体增加保温层、修改饰面层或修改砌体厚度，其砌体外边线均可保持一致，不影响核心层的位置。

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其他构件则没有这样的待遇。比如楼板与屋顶，虽然都可以采用复合材质，但其定位均为整体定位：楼板以顶部定位，屋顶以底部定位。以楼板为例，将架空木地板修改为地砖，会导致楼板的结构层高度变化，如图8所示，与实际明显不符。需说明的是，尽管在方案初期，可能只需考虑完成面的变高，反而需要图示效果，但一旦进入多专业协同设计阶段，这种结构标高的改变需极其慎重。

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如果BIM模型应用到建成后的改建阶段，填充层与饰面层应可随意更换，但结构层一般不允许随意变更。目前的BIM软件一旦变更楼板面层材料厚度，其标高值还需相应修改，才能保持结构层标高不变。而楼板标高改变可能会带来一系列的连锁反应，这里不再展开。

6. 图面表达方面，需花费大量时间处理附着层的交接

当前BIM软件的现状，导致在精细化设计时图面表达有许多问题，需要通过二维的方式手动处理。前面也提到，在附着层的交接处很难处理，如图9所示，要将一个这样的节点处理好需花费相当多的时间。这种意义不大但又必不可少的图面处理将BIM设计流程的效率明显降低，往往让设计人员视为畏途。

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三、解决的思路

上面所总结的多方面问题，归结起来原因只有一个：将构件的附着层与核心层一起作为构件本身的组成部分，无法拆分，各种构件又各自为政，缺乏整体的考虑。如何解决上述问题，软件厂商可以以当前的框架继续细化构件设置、对构件之间的连接多加考虑，并对IFC格式转换进行附着层的专门处理，尽量减少实际应用中的障碍。

而当我们跳出单一类构件本身设置的惯性思维，不再纠结于不同构件附着层之间的连接关系，或许会有新的思路。回到“虚拟现实”的本源，重新考察附着层与构件主体之间的逻辑关系，我们发现，其实构件的附着层与核心层之间是一种“依附”的关系，并不一定是紧密结合在一起的整体，在施工工序上也有明显的先后区别。就如“毛坯房”与“精装修房”的关系，核心层应当可以单独存在；附着层应当可以随时添加、拆除、更换，而不影响核心层的定位。

从这个思路出发，笔者提出一个解决方案，即在当前BIM软件的构件分类架构上，单独增加一个“附着层”的分类，在暂不考虑编程难度的前提下，“附着层”拟拥有以下技术特点：

1) 可以附着在各类构件的各个表面，跟随主体移动；

2) 附着层本身可以设置复合材质；

3) 不同构件的附着层相交时，相同材料的附着层会自动相连；

如果采用这样的思路，前面所述的问题将可以迎刃而解。

四、可实现的效果

1. 梁柱也可以添加跟墙体一样的附着层

独立的附着层可以附着在墙、柱、梁、板甚至楼梯等各种构件的表面，如图10示意。

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