SPASCAD和PMCAD數據結構差異分析及對結構建模的影響

張 欣

(中國建筑科學研究院，北京100013)

1 前言

針對不同形式的建筑結構，不僅在結構分析和設計手段上有所差異，也體現在建模階段的方式有所不同。建立準確有效的模型，是后期分析及設計的關鍵前提，此外建模效率也是突出的問題，不同側重點的軟件對不同的結構形式在數據結構的設計上有所傾斜，使其效率可以達到更高。如復雜結構由于其自身特點，越層構件、桁架網架連接、轉換層及平立面不規則的建筑形式等都會提高建模過程的復雜程度。[1]

圖1 規則結構和復雜空間結構

PMCAD針對規則結構，提供了標準層數據、樓層組裝的方式來快速建模，SPASCAD則針對復雜結構，建立在三維的數據結構之上，并提供了若干輔助手段，使建模手段更加任意(圖1)。下面分別對兩個軟件的特點進行分析，并提出了聯合應用的方式來提高混合結構建模效率。

2 PMCAD特點

PMCAD建模主要針對規則結構，所謂規則結構往往指的是有明確樓層的結構，其布局體現在房間的規劃上。這樣就可以采用最熟悉的平面網格方式，來作為最基礎的數據描述。采用平面網格方式(圖2)繼承了習慣的平面作圖方法，當立面基本不變時，擁有最高的布置效率，并且在程序的算法上，可以集中完善平面算法，極大的簡化了問題。

PMCAD在平面網格方式的基礎上，通過上節點高、柱底標高、墻底標高、斜桿等在局部突破層的限制，使立面能實現一定程度的變化(圖3)。

此變化依然建立在平面網格布置的基礎上，對于網架桁架等空間結構布置就有一些困難，并且容易造成構件沖突。如圖4布置中，為了布置斜桿而必須增加端部節點，而由于是平面網格，節點也在平面上且位于網格中間，使節點將網格打斷進而使整段梁在此節點處打斷成為兩端梁。此類問題在平面網格描述下不好解決。

PMCAD的另一個特點也是優勢是標準層與組裝。此方式的好處在于，平面布置標準層時可以不考慮相鄰層的牽扯影響，而在標準層布置完成后，通過積木的方式將各標準層定義的自然層組裝在一起，完成全樓設計。組裝方式使樓層間的偶聯關系最小，不會因為修改某個標準層而對其它層造成影響，從而降低了建模的難度。在處理大規模工程時，還可以有效縮小修改范圍到一個標準層的范圍內，從而極大地提高了程序處理效率，如圖5所示。

圖2 平面網格方式描述模型

需要注意的是，PMCAD本身并不處理樓層與樓層間的銜接問題，在SATWE和PMSAP前處理中，有專門的模塊將PM模型轉換為分析程序可以識別三維模型，并通過數據檢查功能報告建模中出現的構件沖突問題。對于復雜工程，需要反復根據此報告的提示，查找并修改模型中的錯誤，如圖6所示。

3 SPASCAD特點

SPASCAD是三維建模軟件，其底層數據結構以具有XYZ三個坐標的節點及空間網格，作為最基礎的描述數據，桿件、墻板、荷載等信息都在此基礎上建立。和PMCAD不同，SPASCAD中沒有平面網格及標準層概念，也沒有樓層組裝，所有操作都是針對自然層模型(圖7)。

正因為此特點，桿件的布置不再受到平面網格的限制，而且樓層關系直接通過自然層表現，連接關系更直觀。通過空間網格定位，布置出更為復雜靈活的空間模型，如體育場館，工業通廊棧橋等。但也正因為這些特點，空間網格要比平面網格多出一個維度，定位起來更復雜一些;直接自然層建模的方式更加直觀，沖突問題可以在建模階段可直接避免或直接發現，但此方式增加樓層間在建模階段的耦合，修改一個樓層可能會影響到其它樓層，需要更為仔細。可見針對不同的結構形式，運用不同的建模軟件或聯合應用，才能使效率最高。此外SPASCAD的另一個特點是，針對復雜結構在建模過程中的特點和SPASCAD的底層數據結構，開發了若干提供建模效率的工具。

通過大量工程的分析(如圖8)，在混合結構和復雜異形結構設計中，查找發現錯誤往往是困難的。建立復雜模型本身和正確處理其中連接關系具有同樣的重要性。為了解決復雜結構模型中的建模錯誤難以發現、難以查改的問題，針對實際工程中容易出現的問題，模型檢查提供了節點間距檢查、短構件檢查、重合網格檢查、懸臂構件檢查、異形墻板檢查、重合墻板檢查、簡單機構檢查、模擬施工3(構件級)定義檢查、荷載有效性檢查等，經實際工程驗證，工具大幅提高了查改模型的效率，使對模型的把握更加便捷有效。

現行規范對結構的整體分析有所要求，而采用剛性梁來模擬上部桁架網架的方式又太粗糙，難以反映整體結構的實際情況。由于桁架設計的特點，其上下弦桿和腹桿經常需要調整截面、修改荷載等，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，并可調用一個或多個選擇集來顯示。在導入dxf網格時，可以將圖層導入選擇集中，在插入子結構時也可以導入其他模型的選擇集，如圖9所示。

圖9 選擇集的應用

SPASCAD提供了多種方式來靈活快速的生成模型。可以直接導入PM/SAT模型(圖10)，例如對于看臺等規則的混凝土結構部分，可以用層模型的方式來快速建立。然后通過子結構拼裝的方式，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，既可以對結構的各部分進行獨立分析，也可以拼裝后完成整體分析。還可以通過dxf網格或excel文本這些通用的方式來導入完成，通過這些標準格式，可以實現各種專業軟件的互通，以用戶最熟悉的軟件來完成建模部分。

4 總結

PMCAD和SPASCAD在數據結構的設計上，就具有針對性，可以更方便地在各自擅長的領域更高效的建立結構模型。同時正是這種針對性，使其應用相對受到限制。而面對不同工程時，使用不同的模塊，或將各軟件聯合應用起來，才能夠達到更高的效率，起到事半功倍的效果。

[1]PMSAP復雜多、高層建筑結構分析與設計軟件用戶手冊

[2]SPASCAD空間結構建模軟件用戶手冊

[3]PMCAD結構平面CAD軟件用戶手冊