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【摘 要】建筑结构设计是建筑设计的基础,在结构设计中往往涉及到很多的演算和分析过程,此时计算机在分析与计算中扮演了重要的角色,但是多数设计软件之间的文件模式往往不能兼容,所以带来了大量的建模工作,因此需要利用模型自动转化完成建筑结构设计,下面以BIM为基础,提出一种模型自动转化的方式,帮助结构设计实现从设计到分析,计算到施工图设计流水化作业,提高建筑结构设计的效率.
【关 键 词】结构设计；BIM；自动转化；效率提高
一、建筑结构设计的信息模型
随着计算机技术的发展,在建筑结构设计中软件辅助设计已经成为重要的技术手段之一,然而多数软件不能兼容,其反复建立模型的工作影响了计算机辅助设计的工作效率,因为建筑设计中不同的软件在数据交换中都需要进行再次处理才能实现共享与衔接,多数供应商不会提供自身软件的模型格式,从而造成了信息衔接的瓶颈.所以建筑信息模型的理念应运而生,目前在建筑结构设计中建筑信息模型技术已经得到应用,该技术就是对建筑的物理和功能特征进行数字化处理,将建筑设计所需要的信息进行采集和处理形成一个共享的数据资源,建筑信息模型的本质就是信息库,同时建筑结构设计信息模型是以三维技术为基础,集成了各种工程项目信息的数据模型.
针对建筑结构设计的信息模型包含了建筑结构设计的所需信息,除了基本结构的物理模型信息外,还包括属性信息、模型关联信息、管理信息等.物理结构模型包括的有：结构件、节点、截面、轴网、约束信息等等；属性信息则有：载荷、内力、材料、设计分析等信息；而关联系统则有：结构关联、模型关联等；管理信息则是说明信息的来源等基本信息.因此在建筑信息模型技术的基础上,建筑结构设计信息模型的信息十分完备,且保持了一致性,可以为设计者提供必要的工程数据资料,也可解决分布式、异构工程等的数据分享,是建筑模型自动转化的基础.
二、建筑模型转化在结构设计中的应用
建筑结构设计是建筑设计的重要基础,设计的内容包括了结构分析、结构设计、施工图设计等等,在设计中利用模型的自动转化可以帮助提高设计效率,也可帮助实现检测与模拟等.在设计中利用以下步骤就可完善转化与设计.首先,结构设计信息的形成必须依靠设计信息模型,也就是在建筑设计模型中选择结构设计信息,利用IFC标准在建筑设计信息模型中选择结构设计信息,提取有价值的信息,并将其建立为建筑结构设计的信息模型,且结构设计中不会出现非结构设计信息,所以模型中也不会包含此类信息,该模型不能从结构设计模型中反向映射出建筑设计模型,所以这个提取过程是单向的.其次,通过针对性开发的结构分析模型的导出接口,将信息从结构设计信息模型中再次提取,形成结构分析模型,以此实现结构设计和分析.然后,利用结构分析模型的导出接口,将结构设计的结果集成到结构设计模型中,形成一个完整的结构施工图设计新项目模型,进行施工图的设计；最后,利用XML模型接口,将包括施工图设计结果的结构设计模型转换为施工计算分析模型,进行相关施工作业的工程量计算与分析.下面针对建筑设计模型-结构设计模型；结构设计模型-结构分析模型的转化进行简要的介绍,以此分析模型自动转化在建筑结构设计中的应用过程：
1.建筑设计转化为结构设计
目前我国的建筑设计中二维图的使用较为普遍,结构设计人员都是按照建筑设计图纸进行设计：内部结构、内力分析、图纸绘制等,在这样的过程中,设计多数依靠的是图元识别,以此获得建筑轴网和主要墙柱、结构件等的位置,期间建模工作量巨大,且多为重复劳动.而IFC标准的提出使得建筑产品的描述标准得到了统一,该标准完全涵盖了建筑的全部生命周期,尤其是在设计阶段,对建筑几何模型的描述十分完善且准确.一些国际流行的软件也都可将各自的建筑结构设计模型导出为IFC文件,所以设计转化可以以这个标准为基础.基于IFC描述的建筑设计模型为自动转化提供了平台.从建筑设计模型生成结构设计模型主要是几何模型的转变,而建筑设计模型中的结构件识别则是关键问题.IFC标准定义的模型优势在于构件容易识别、构件可以实现关联,完全可以在转化后被其他软件进行再处理.
从建筑设计模型可以识别的结构构件上看,墙、柱、梁、板等包含了所有的建筑结构构件,而且建筑设计模型中墙体除了结构层被描述外,也可包括其两侧的保温层、装饰层,当然也可以将门窗等非结构构件加以描述.在转化后,结构设计模型中墙体结构模型体现的是单一结构的混凝土构件,门窗等则被转化为墙体上的孔洞.
在IFC标准中,利用实体定义和关联关系就可形成一个建筑的结构逻辑模型,在实践中先给出的是IFC的墙体模型定义,转化中将墙体、门、窗关联模型进行定义,利用洞口关联、洞口填充关联分别可以获得墙体实体与门实体、窗实体之间的关联.对于结构设计模型,通过墙实体和洞口实体实现对墙体描述,此时文件中的墙体模型就会变为带有洞口的墙体模型.此时也可对墙体材料进行定义,通过材料关联实体和多层材料实体定义,可以定义建筑墙体的层数和材料,对于结构设计模型而言可以通过材料实体来识别墙体和门、窗的差异.
除了墙体以外,柱、梁、板也可通过上述的定义完成转化,从建筑设计模型变为结构设计模型,在建筑设计模型向结构设计模型转化时应注意,需要对IFC进行解析,通常是利用商业软件完成,也可根据实际需求进行自主的开发.当然其核心就是对IFC文件进行解析获得所需的结构设计模型.
2.结构设计-结构分析模型的转化
结构设计中的必要环节是结构分析,这是帮助结构设计来验证可行性的步骤.在转化中可以利用结构分析模型的接口来实现结构分析模型文件的生成与结构分析结果的采集.利用国际通用的软件都可实现这个过程,并完成有限元分析.但是模型的转化都是局限在不同有限元分析软件之间的几何模型转化.如：利用ETABS模型文件进行转化,实现结构设计模型向结构分析模型转化,然后利用数据库的功能将软件分析的结果集成到原有的设计模型中.按照工程文件结构设计模型向结构分析模型的转化步骤如下：先编辑并生成一个结构设计文件,利用软件的接口导出,将结构构件的基本信息写入到相关软件中,形成该软件模型下的文件.然后利用软件导入该模型文件,进行模型的定义和分析,如定义约束、施加载荷,完成对结构的分析与设计.然后利用软件提供分数据库接口,将计算结果导入到数据库中.最后利用软件接口导入接口,将构件的配置信息与对应的结构进行相互关联,形成一个完整的结构施工图文件进行输出,以此进行施工图设计和工程量的分析.完成上述步骤后,结构设计模型就变为分析模型、数据库数据、施工设计模型等.
三、结束语
模型自动转化可以帮助建筑设计简化设计过程,尤其是在结构设计方面,因为结构设计需要针对结构件进行组合与配置,并进行相关计算,因此在设计中需要借助多种软件完成设计,因此也就给结构设计工作带来了一定难度.而借助自动转化的技术,将结构设计与建筑信息模型结合起来利用建筑信息模型作为转化的基础,配置软件接口就可实现自动转化,由此形成了一个结构设计、结构分析、施工图设计、工程量模型之间的转化流程,由此将结构设计引入到更加自动化、智能化的水平.