建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的模型自動轉(zhuǎn)化方法

李學(xué)芳　梅神兵

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不同應(yīng)用軟件系統(tǒng)之間的模型轉(zhuǎn)化問題一直是困擾工程技術(shù)人員的難題，本文基于這個問題提出了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息模型的自動轉(zhuǎn)化方法，并使建筑設(shè)計模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計模型、結(jié)構(gòu)分析模型和工程量算模型之間的自動轉(zhuǎn)化得以實現(xiàn)，這在實際應(yīng)用過程中具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；模型；自動轉(zhuǎn)化

隨著計算機信息技術(shù)的不斷進(jìn)步和建筑業(yè)的快速發(fā)展，使得計算機技術(shù)和建筑行業(yè)領(lǐng)域之間聯(lián)系的緊密度日趨增強，這主要的體現(xiàn)是在建筑結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計上，建筑設(shè)計過程中用到的施工圖、施工資料管理、施工項目工程建模等都需要通過計算機來進(jìn)行一系列的輔助計算，這樣不僅節(jié)省時間、人力，而且準(zhǔn)確率有很大的提高。由于在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中使用的軟件有很多種，而且不同軟件之間具有一定的差異性，這就會造成大量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的重復(fù)性，從而造成資源的浪費，影響工程的進(jìn)度和建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此尋求一種方法使一系列建筑模型之間能夠進(jìn)行自動轉(zhuǎn)化，提高工作效率和提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的精準(zhǔn)率是當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域急需解決的問題。

1 構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息模型

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，不同軟件之間的模型數(shù)據(jù)交換都要依靠軟件之間的數(shù)據(jù)接口。出于利益考慮，大多數(shù)軟件公司不愿意公開自己的模型數(shù)據(jù)格式，也就造成信息無法進(jìn)行有效、順暢的交換，這給實際的工作帶來很多困難。針對這種情況，建立一個統(tǒng)一的工程信息模型是解決上述問題的關(guān)鍵，這樣就可以使不同軟件之間的數(shù)據(jù)信息得以共享和交換。建筑結(jié)構(gòu)信息模型就是依據(jù)這樣一個理念而形成的一種新的模型技術(shù)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息模型主要采用三維數(shù)字技術(shù)，并綜合了建筑工程項目相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型，這種模型在具有物理模型基本結(jié)構(gòu)和信息的同時還擁有模型的屬性、模型管理以及模型的關(guān)聯(lián)等信息。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型信息具有關(guān)聯(lián)性、一致性和完備性的特點，能夠建立建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)源，能夠有效解決工程數(shù)據(jù)之間全局共享和一致性的問題。為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的模型自動轉(zhuǎn)化提供了合理的解決方法。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型的自動轉(zhuǎn)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個建筑工程設(shè)計的重要組成部分，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工圖設(shè)計等，而結(jié)構(gòu)設(shè)計模型的轉(zhuǎn)化必須以結(jié)構(gòu)性的設(shè)計模型為中心。

2.1 建筑設(shè)計模型與結(jié)構(gòu)設(shè)計模型的自動轉(zhuǎn)化

目前，很多建筑企業(yè)在進(jìn)行設(shè)計時還是采用比較傳統(tǒng)的二維圖設(shè)計方法，工作人員在進(jìn)行施工圖紙和建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的繪制時還是依據(jù)固定的設(shè)計設(shè)計圖紙來進(jìn)行設(shè)計的。這樣，比較簡單的圖元識別只能幫助施工作業(yè)人員對重大構(gòu)件的位置加以明確，而較小但要求比較高的細(xì)節(jié)部分并不能來精準(zhǔn)定位，因此使得施工過程變得繁雜，施工任務(wù)變得比較繁重，從而使施工效率地下。而統(tǒng)一了各建筑產(chǎn)品描述標(biāo)準(zhǔn)的IFC標(biāo)準(zhǔn)則涵蓋了建筑項目的每一個環(huán)節(jié)，十分精準(zhǔn)的描述了建筑設(shè)計過程中的幾何模型，對不同模型之間的自動轉(zhuǎn)化提供了方便，其主要的優(yōu)勢為：（1）更加容易識別建筑構(gòu)件，使建筑項目的施工更容易進(jìn)行。墻體、柱、梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型能夠容易識別出來的，而經(jīng)過IFC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模型轉(zhuǎn)化以后，建筑墻體不僅包括結(jié)構(gòu)層，還包括墻體兩側(cè)的裝飾層和保溫層，同時還明確了門、窗等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件；（2）加強了構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)性，轉(zhuǎn)化以后的信息模型可依據(jù)具體實際情況進(jìn)行二次處理；（3）實體定義和關(guān)聯(lián)關(guān)系相結(jié)合，使結(jié)構(gòu)的邏輯性增強，基于洞口和墻體實體對結(jié)構(gòu)墻體進(jìn)行精準(zhǔn)的描述，并且定義建筑結(jié)構(gòu)中墻體的多種材質(zhì)模型，加強對IFC標(biāo)準(zhǔn)的解析是建筑設(shè)計向結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)化的一個難點，IFC文件解析可根據(jù)建筑項目的具體情況進(jìn)行自主研發(fā)，也可以采用商業(yè)化IFC數(shù)據(jù)解析接口得以實現(xiàn)，最終通過對IFC文件的解析來獲得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的模型。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計模型與結(jié)構(gòu)分析模型的自動轉(zhuǎn)化

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的一個比較重要的環(huán)節(jié)就是建筑結(jié)構(gòu)分析，自動生成結(jié)構(gòu)分析模型以及回傳分析結(jié)果都是通過結(jié)構(gòu)分析過程得以實現(xiàn)的，目前從國際上使用最普遍的有限元分析軟件公開模型格式的數(shù)據(jù)來看，該過程的實現(xiàn)是比較容易的，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型和結(jié)構(gòu)分析模型之間的轉(zhuǎn)化還停留在不同有限元分析軟件間幾何模型的基礎(chǔ)上，二者轉(zhuǎn)化的具體過程如下所示：（1）遍歷生成的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型利用有限元軟件將結(jié)構(gòu)構(gòu)成信息導(dǎo)出，進(jìn)而寫入模型文件；（2）對已生成的模型文件，將其導(dǎo)入置軟件中，并對此模型文件進(jìn)行定義補充、荷載的施加，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計加以分析；（3）通過數(shù)據(jù)庫借口將結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫；（4）將需要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和構(gòu)建信息與所生成的結(jié)果進(jìn)行比較，并通過借口導(dǎo)入從而形成關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建完整的施工圖設(shè)計模型，對工程的量算和施工圖紙的實際進(jìn)行指導(dǎo)。

2.3 結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計模型與工程量算模型的自動轉(zhuǎn)化

工程量算是否準(zhǔn)確直接影響項目的造價和工程項目的投資控制。建筑設(shè)計模型是建筑工程中工程量算數(shù)據(jù)的直接來源。目前，我國量算模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化大多采用三維圖形量算軟件，實現(xiàn)不了IFC數(shù)據(jù)的交換，因此只能通過專用的接口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換。目前，國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的廣聯(lián)達(dá)鋼筋抽樣軟件是通過XML映射模型來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程量算之間轉(zhuǎn)化的，首先定義XML模型機制，再對模型模板進(jìn)行定義，多采用模式定義或者文檔定義，經(jīng)過研究實踐表明，可替代文檔定義類型和穩(wěn)定定義類型相比，前者表示方式比較靈活，文檔采用的語法與相關(guān)模型機制語法相比具有高度一致性，并且具有強伸縮性，因此可替代文檔類型可實現(xiàn)建筑施工設(shè)計模型向工程量算模型的轉(zhuǎn)化。

3 結(jié)語

本文針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不同軟件模型之間轉(zhuǎn)化的問題，探究并解決了模型自動轉(zhuǎn)化的方法，這使得建筑設(shè)計模型、結(jié)構(gòu)設(shè)計模型、結(jié)構(gòu)分析模型以及工程量算模型之間的自動轉(zhuǎn)化得以實現(xiàn)，在建筑工程實際應(yīng)用過程中具有十分重要的意義。

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作者簡介：李學(xué)芳（1983-），女，天津?qū)氎嫒耍v師。endprint