SpasCAD軟件中BIM技術(shù)的應用

1、第三屆工程建設(shè)計算機應用創(chuàng)新論壇論文集 上海2011SpasCAD軟件中BIM技術(shù)的應用張欣 馬恩成 夏緒勇 中國建筑科學研究院【摘要】 SpasCAD 結(jié)合 PMSAP是PKPM推出的針對復雜結(jié)構(gòu)進行建模、分析和設(shè)計的工具。其在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)接口和實現(xiàn)方式上都更符合BIM的思想?！娟P(guān)鍵詞】SpasCAD，BIM，PKPM 1 前言SpasCAD是PKPM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件中的一個空間結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊，該模塊的模型搭建基于三維空間坐標，可以建立任意復雜的空間結(jié)構(gòu)模型?？蓪崿F(xiàn)自定義荷載工況與自定義荷載組合，通用彈簧阻尼支座，滿應力優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)的屈曲分析，溫度應力的分析，預應力、混凝土收縮應力的模擬，

2、斜板、厚板轉(zhuǎn)換層等彈性樓板的應力計算與配筋設(shè)計，中（大）震彈性、中（大）震不屈服設(shè)計，動力時程分析等功能。 為了實現(xiàn)這些功能，SpasCAD在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織，多程序接口，子結(jié)構(gòu)的拼接應用等多方面都采用了BIM的設(shè)計思想。2 關(guān)鍵技術(shù)分析2.1 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SpasCAD采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，構(gòu)件的各種屬性都包含在桿件的定義中，當編輯模型時，不需要直接處理構(gòu)件與構(gòu)件屬性的關(guān)系。此外對于新增的屬性，增加了預留的數(shù)據(jù)段，可以實現(xiàn)對新需求的擴展和老格式的兼容。數(shù)據(jù)的組織采用鏈表的方式，復雜結(jié)構(gòu)的編輯修改，經(jīng)常涉及到比規(guī)則樓層更多的關(guān)聯(lián)關(guān)系。這意味著如果采用傳統(tǒng)的數(shù)組方式，則涉及更多的獨立無關(guān)數(shù)據(jù)的內(nèi)存操作

3、，降低了效率并提高了設(shè)計的復雜度。而鏈表方式非常適合表達這種大規(guī)模復雜結(jié)構(gòu)的描述。每個構(gòu)件時一個存儲節(jié)點，而節(jié)點與節(jié)點間的耦合關(guān)系更低。這種方式更加容易滿足BIM的多專業(yè)使用要求，可以更簡單的向模型中增加專業(yè)信息。2.2 豐富的接口對于造型復雜的體育場，首先的難點就是如何建立幾何模型，其次利用各軟件的優(yōu)勢，來實現(xiàn)模型的互通也是BIM的基本功能要求。SpasCAD提供了多種方式來靈活快速的生成模型。因為SpasCAD的模型基礎(chǔ)是網(wǎng)格，所以只要完成網(wǎng)格的搭建，就可以布置桿件，荷載等信息。而網(wǎng)格的搭建除了在SpasCAD中直接建立以外，還可以通過dxf網(wǎng)格或excel文本這些通用的方式來完成，通過這

4、些標準格式，可以實現(xiàn)各種專業(yè)軟件的互通，以用戶最熟悉的軟件來完成建模部分。此外作為PKPM系列軟件，SpasCAD可以直接導入PM模型，對于看臺等規(guī)則的混凝土結(jié)構(gòu)部分，可以用層模型的方式來快速建立。然后通過子結(jié)構(gòu)拼裝的方式，來完成整體模型，拼裝方式還有一個用處，因為各部分被保存為多個模型，既可以對結(jié)構(gòu)的各部分進行獨立分析，也可以拼裝后完成整體分析。正是基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使子結(jié)構(gòu)分塊設(shè)計的方法得以實現(xiàn)。對于更復雜的應用，往往需要二次開發(fā)才能實現(xiàn)。為此SpasCAD設(shè)計了程序接口為二次開發(fā)打下基礎(chǔ)。SpasCAD的底層結(jié)構(gòu)采用動態(tài)庫的方式，提供接口函數(shù)來實現(xiàn)IO功能和輸出功能函數(shù)。extern

5、C void _declspec(dllexport) _stdcallSETNODE(int &ID,int &ino,float &x,float &y,float &z);上式例舉了增加一個節(jié)點的接口函數(shù)，接口采用標準數(shù)據(jù)，而與內(nèi)部數(shù)據(jù)采用的類、結(jié)構(gòu)、鏈表等組織方式無關(guān)，提高了通用性。門式剛架導入程序，pm導入程序等都是采用這種方式實現(xiàn)的。在不同的構(gòu)架的不同程序之間，可以通過通用數(shù)據(jù)接口來連接，而不用考慮其數(shù)據(jù)兼容問題。2.3 選擇集的應用現(xiàn)行規(guī)范對結(jié)構(gòu)的整體分析有所要求，而采用剛性梁來模擬上部桁架網(wǎng)架的方式又太粗糙，難以反映整體結(jié)構(gòu)的實際情況。由于桁架設(shè)計的特點，其上下弦桿和腹桿經(jīng)常需

6、要調(diào)整截面、修改布置荷載等，這就需要對模型的局部有所記錄。選擇集可以選擇部分模型并記錄下來，并可調(diào)用一個或多個選擇集來顯示。在導入dxf網(wǎng)格時，可以將圖層導入選擇集中，在插入子結(jié)構(gòu)時也可以導入其他模型的選擇集。SpasCAD的選擇集可以按多種用途來分類。在導入子結(jié)構(gòu)時可以根據(jù)用途多次疊加，保留各部分的選擇集屬性。而模型始終是統(tǒng)一的。這樣在編輯，刪除等處理中，不會因為模型的變動而影響選擇集的歸類，而選擇集的生成也不影響結(jié)構(gòu)連接關(guān)系。在空間建模環(huán)境，特別是復雜的結(jié)構(gòu)，根據(jù)屬性做局部篩選是很重要的功能，而這點在二維環(huán)境的規(guī)則工程中需求并不特別突出。而篩選的前提條件是有構(gòu)件附加屬性，SpasCAD采用

7、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，才能使此功能得以實現(xiàn)。2.4 對復雜模型的精確檢查體育場館類型的模型建立過程中，另一個難點就是對模型的檢查。由于形式復雜，很容易出現(xiàn)一些難以察覺的錯誤，這些錯誤會影響分析的結(jié)果，例如錯誤的構(gòu)件連接產(chǎn)生懸臂構(gòu)件，而出現(xiàn)的局部振動；重合網(wǎng)格導致的構(gòu)件重復布置，使剛度和質(zhì)量重疊；過短的構(gòu)件使局部剛度過大，而導致配筋異常等問題。針對這些常見問題，因為采用了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使模型的輔助分析更加容易實現(xiàn)。SpasCAD提供了最小節(jié)點間距，短構(gòu)件過濾檢查，重合網(wǎng)格檢查，重合墻板檢查，懸臂構(gòu)件檢查，異形墻板檢查及異常數(shù)據(jù)處理等多個檢查項。此外還提供了模型統(tǒng)計功能，能對整體模型的構(gòu)件使用量，每層構(gòu)件的布置情況，截面的使用情況進行統(tǒng)計，結(jié)合上述檢查功能，對模型的整體情況準確把握。3 總結(jié)SpasCAD的設(shè)計初衷就是解決復雜工程的建模分析與設(shè)計，所以對于體育場館，大跨等復雜結(jié)構(gòu)類型的建筑能方便的建模，結(jié)合PMSAP計算分析程序，可以滿足此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要。在三維環(huán)境中，對復雜模型的處理要比二維環(huán)境中更復雜，而基于BIM的程序構(gòu)架為這些處理提供了更有效的手段。張欣，男，工程師，地址：北京市北三環(huán)東路30號建研院主樓1210 郵政編碼100013， 電話：（010）64517559，傳