基于BIM技術的結構有限元計算研究現狀

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)是以計算機技術為基礎，運用三維軟件工具，建立包含建筑工程完整信息的數字模型，從而對建筑物的真實信息進行仿真模擬，并進一步對建筑工程的設計、施工、運維等階段進行指導[1]。BIM具有對整個項目周期信息進行存儲，分析，計算，展示的能力，能為做出正確決策提供必要支持，具有以下五大優點：可視化、協調性、優化性、模擬性、可出圖性[2]

我國推行運用BIM相比其他發達國家較晚，目前多數人還沒能了解BIM的準確內涵，尤其是在橋梁工程中的發展應用還相對比較滯后，運用實例較少。這導致了我國對于BIM的理論研究和實際工程應用大多還停留在模型建立、管理、仿真、檢查等方面的研究。而對于基于BIM模型的結構有限元分析，國內這方面的文獻資料十分稀少，僅有的少數研究也集中于模型的轉化上。而BIM技術在目前的力學計算和分析中的運用還存在很多的問題和不足，結構模型的力學計算和分析一直是整個BIM信息集結構分析BIM模型框架和數據轉換應用成鏈中脫節的一環[3]。這些問題都亟待研究人員解決。總的來說目前基于BIM的結構有限元分析總體處于十分初始的發展階段。

本文從BIM模型轉換研究和工程實例兩個方面總結了此問題的研究現狀，為以后相關方面的研究提供素材。

一、BIM模型轉換研究

只有實現模型的對接才有可能真正的實現BIM技術的全面運用[4]由于BIM模型對信息具有良好的存儲和傳遞能力，可以作為各個軟件之間進行數據傳遞的橋梁。

IFC(Industry Foundation Classes)是國際通用的建筑產品數據描述標準[5]已逐漸成為當前主導BIM構建的技術標準，通過IFC進行數據交換，可用于異構系統交換和數據共享[6]與BIM軟件無關，只需提供對IFC標準的支持即可。BIM所采用的IFC格式模型的雛形就是定義建筑設計階段數據信息的表達[7]。

張曉洋等[8]先提出了IFC-API建筑結構轉換模式，解決傳統轉換模式所造成的信息錯誤與丟失等難題，實現了一整套較為完善的基于BIM的結構模型轉換機制。

中國建筑科學研究院[9]于EDM平臺開發了建筑工程信息共享IFC模型平臺CabrIFC軟件，初步實現了IFC標準與PKPM的企業標準SpasCAD之間的幾何信息、材料信息的交換和共享。

二、工程實例

李坤[10]M軟件Revit對地鐵車站標準段進行建模，通過BIM技術配套軟件Robot Structure Analysis 2014進行結構有限元計算。此結構設計軟件是專門為運用BIM模型來計算而設計的一套軟件，能夠實現大多數有限元計算軟件的常用功能，通過細致的自動劃分網格、進行非線性計算等，還能結合工程規范對計算結果進行評價和驗算，實現了BIM軟件和有限元軟件之間的結合。李坤成功的將BIM技術運用在此工程實踐中，證明了通過BIM技術進行對于傳統的建模軟件之間的巨大優勢，是BIM運用到全項目的流程中，為今后BIM技術在結構設計中的應用提供了參考，助力于BIM在地鐵車站全項目周期的使用。

唐克[11]Dassault公司旗下的CATIA建立基坑支護模型。相比傳統的有限元分析軟件，采用CATIA進行建模具有模型結構參數化、曲面設計能力強、可以采用骨架驅動[12]立模型和零部件與裝配件之間具有聯動性等優點。采用同為Dassault公司的有限元計算軟件ABAQUS進行結構分析，保證結構數據的準確性。通過對比實際檢測數據與相關規范要求，證明了基于BIM的結構有限元分析在基坑工程上滿足結構設計要求。

三、總結與展望

通過以上綜述，目前基于BIM的結構有限元分析幾乎都是在現有BIM軟件和結構有限元分析的軟件基礎上，開發出一套能實現模型處理和數據轉換的機制，來實現數據的導入和結果的導出。在今后的研究中，我認為更加重要的是建立一套能更加適應結構模型處理的規范標準，這樣才能在標準的基礎上對數據進行處理、轉化和進行基于標準的二次開發，這樣才能更好得利用BIM軟件精細的建模能力和有限元分析軟件強大的機構分析能力來提高BIM的適用性和結構計算的精確性。