略談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化方法

1、略談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化方法    摘要：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要使用多個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行工程建模、計(jì)算分析、施工圖繪制、圖書(shū)檔案管理等工作。目前，在中國(guó)的工程設(shè)計(jì)中不同應(yīng)用軟件之間的模型重建造成了大量重復(fù)工作和資源浪費(fèi)，成為影響工程設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的主要因素之一。因此，研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中不同軟件系統(tǒng)之間的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化方法具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文簡(jiǎn)單論述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化方法，以供參考。 關(guān)鍵詞：建筑工程；模型數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)化流程；工程算量 中圖分類號(hào)：K826.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 近年來(lái)，各國(guó)已有一些學(xué)者對(duì)建筑工

2、程中的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行了研究。本文中筆者面向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，對(duì)基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型的構(gòu)建 目前，在建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，不同應(yīng)用軟件之間的模型數(shù)據(jù)交換大多通過(guò)軟件之間的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)。出于商業(yè)因素考慮，大多軟件廠商都不愿意對(duì)外公開(kāi)自己的模型數(shù)據(jù)格式，造成了各專業(yè)設(shè)計(jì)軟件之間的“信息孤島”現(xiàn)象。解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵在于建立統(tǒng)一的工程信息模型，實(shí)現(xiàn)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的信息共享和交換。建筑信息模型正是基于這一理念而提出的新的模型技術(shù)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。 面向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

3、信息模型除了包括基本結(jié)構(gòu)物理模型信息外，還包括模型屬性信息、模型關(guān)聯(lián)信息、模型管理信息等。結(jié)構(gòu)物理模型信息包括：構(gòu)件信息、節(jié)點(diǎn)信息、截面信息、軸網(wǎng)信息、約束信息等。屬性信息包括：荷載信息、材料信息、內(nèi)力信息、設(shè)計(jì)結(jié)果信息等。關(guān)聯(lián)關(guān)系信息包括：構(gòu)件關(guān)聯(lián)關(guān)系、模型關(guān)聯(lián)關(guān)系。管理信息包括：模型所有者信息、模型版本信息、用戶權(quán)限信息等。 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型具有信息的完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性等特征，可建立起面向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的單一的工程數(shù)據(jù)源，可解決分布式、異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間一致性和全局共享問(wèn)題，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化提供了有效途徑。 基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程設(shè)

4、計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)等。筆者提出了基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型的模型轉(zhuǎn)化流程，如圖所示。 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型轉(zhuǎn)化流程以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型為中心，具體步驟包括：首先通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)模型中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息的提取，建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)件信息模型，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型中不包含非結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息，不能由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型反向映射出建筑設(shè)計(jì)模型，因此該轉(zhuǎn)化過(guò)程具有單向性；然后通過(guò)筆者開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)分析模型導(dǎo)出接口，自動(dòng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型中提取出結(jié)構(gòu)分析模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)；再通過(guò)結(jié)構(gòu)分析模型導(dǎo)入接口，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果集成到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)件模型，形成完整的結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)信息模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)

5、計(jì)；最后通過(guò)模型接口，將包含施工圖設(shè)計(jì)結(jié)果的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為工程算量模型，進(jìn)行工程算量分析與統(tǒng)計(jì)。 建筑設(shè)計(jì)模型向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的轉(zhuǎn)化 目前，中國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)主要還是基于二維圖紙進(jìn)行的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員基于建筑設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置、內(nèi)力分析和結(jié)構(gòu)圖紙的繪制。在這一過(guò)程中，僅能依靠圖元識(shí)別的方法獲取建筑軸網(wǎng)和主要墻、柱 等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的 定位，存在大量的重復(fù)建模工作。 標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際通用的建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容覆蓋建筑全生命期，尤其在建筑設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑幾何模型信息的描述比較完善，國(guó)際主流 的 建 筑 設(shè) 計(jì) 軟 件，等都可以將各自的建筑設(shè)計(jì)模型導(dǎo)出為文件。基于描述的建筑設(shè)計(jì)整體模型為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

6、的自動(dòng)生成奠定了基礎(chǔ)。從建筑設(shè)計(jì)模型生成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型主要以幾何模型為主，而在建筑設(shè)計(jì)模型中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的識(shí)別是整個(gè)轉(zhuǎn)化工作的關(guān)鍵。標(biāo)準(zhǔn)定義的模型具有構(gòu)件可識(shí)別性好、構(gòu)件之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)，保證了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的識(shí)別與轉(zhuǎn)化的實(shí)現(xiàn)。 從建筑設(shè)計(jì)模型可以識(shí)別的結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括柱、墻、梁、板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。圖為一段墻體從建筑設(shè)計(jì)模型到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的映射關(guān)系。建筑設(shè)計(jì)模型中的墻體除包括結(jié)構(gòu)層外，還包括結(jié)構(gòu)層兩側(cè)的保溫層和裝飾層。此外，該墻體還包含門、窗等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。而該墻體的結(jié)構(gòu)模型為僅包含單一結(jié)構(gòu)層的混凝土構(gòu)件，建筑墻體的門、窗構(gòu)件則轉(zhuǎn)換為墻體的洞口。 在標(biāo)準(zhǔn)中，通過(guò)實(shí)體定義和關(guān)聯(lián)關(guān)系建立了建筑構(gòu)件的邏輯模型

7、。圖中給出了基于的格式描述的墻體模型定義。圖中的部分為墻體與門、窗關(guān)聯(lián)模型的定義，通過(guò)洞口關(guān)聯(lián)實(shí)體和洞口填充關(guān)聯(lián)實(shí)體分別建立墻體實(shí)體與門實(shí)體、窗實(shí)體的關(guān)聯(lián)。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，通過(guò)墻體實(shí)體和洞口實(shí)體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)墻體的描述。圖中的部分為墻體材料模型的定義，通過(guò)材料關(guān)聯(lián)實(shí)體和多層材料定義實(shí)體，可以定義建筑墻體多層材質(zhì)模型。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，可以通過(guò)對(duì)材料實(shí)體的識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn) 除墻體實(shí)體以外，柱實(shí)體、梁實(shí)體、板實(shí)體的定義與墻實(shí)體模型的定義方法相同，在此不再贅述。在建筑設(shè)計(jì)模型向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化的另一個(gè)難點(diǎn)是文件的解析。可以通過(guò)，等商業(yè)化數(shù)據(jù)解析接口進(jìn)行文件的解析，筆者采用自主開(kāi)發(fā)的進(jìn)行文件的解析。 結(jié) 語(yǔ) 針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中不同軟件系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)化問(wèn)題，提出了基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)換方法，建立了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型與建筑設(shè)計(jì)模型、結(jié)構(gòu)分析模型、工程算量模型之間自動(dòng)轉(zhuǎn)化的流程。最后，基于該轉(zhuǎn)化流程進(jìn)行了相應(yīng)模型轉(zhuǎn)化接口的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用驗(yàn)證。筆者主要針對(duì)結(jié)構(gòu)分析 軟件和工程 算量軟件 中 應(yīng) 用 比 較 普 及 的軟件和廣聯(lián)達(dá)軟件實(shí)現(xiàn)了模型自動(dòng)轉(zhuǎn)換，后續(xù)研究將致力于支持更多的軟件系統(tǒng)，