基于BIM模型的結構設計審查方法研究

張吉松，趙麗華，崔英輝，任國乾，李海江

基于BIM模型的結構設計審查方法研究

張吉松1，趙麗華1，崔英輝1，任國乾2，李海江2

(1. 大連交通大學土木工程學院，遼寧 大連 116028； 2. 卡迪夫大學工學院，英國威爾士 卡迪夫 CF24 3AA)

建筑信息模型(BIM)作為建筑工程的數字化表達，正在成為實現建筑全生命期信息化、工業化和智能化的重要手段。以BIM模型作為設計交付成果是未來建筑設計領域發展趨勢。然而，現階段建筑結構設計的審查工作還是以人工手動審查為主，普遍存在主觀、效率偏低且易出差錯等問題。因此，以框架結構模型審查為實例，通過關系數據庫方法解析BIM模型數據，采用Java編程轉譯結構設計規范條文，提出一種基于BIM模型的結構設計審查方法。實現過程包括：①模型準備與信息映射；②規范條款分類和轉譯；③建立連接和代碼執行。結果表明：該方法可以部分實現結構模型的自動化審查，提高了設計審查工作的科學性、可靠性和規范性，為今后全面實現設計審查的自動化和智能化提供了技術基礎和參考方法。

建筑信息模型；結構設計；合規性審查；關系數據庫；Java

建筑信息模型(building information modelling，BIM)是建設項目全生命期(設計、施工、運維)信息的數字化表達與共享方法，在許多國家和地區工程項目中得到廣泛應用。BIM作為信息技術與工程建設過程深度融合的技術基礎，是推動建筑業向數字化、網絡化、智能化發展的重要載體，對于促進傳統建設行業轉型升級發揮著越來越重要的作用。目前，世界各地對BIM的應用率要求越來越高。以英國為例，從2016年開始所有政府投資公建項目必須采用3D BIM技術來協同交付項目[1]。我國住建部在2015年印發《關于推進建筑信息模型應用的指導意見》，提倡在新建項目勘察設計、施工、運營維護中廣泛應用BIM技術。上海市要求到2020年新建政府投資項目在規劃施工階段應用BIM比例不低于60%[2]。我國很多城市也采用多項措施推進BIM技術應用，要求在建筑設計中交付BIM模型作為工程設計成果。

然而，全面推進BIM技術落地遇到很多瓶頸。其中重要原因之一是設計成果由傳統的二維圖紙轉變為三維模型，給施工圖審查(即三維模型審查)帶來了相當大的難度，因為三維模型審查涉及技術、管理、法律法規等多個層面問題，目前國內外還沒有一種被廣泛采用的標準方法。近些年，國內外學者關于BIM合規性審查主要集中在以下幾個方面[3]：①BIM模型審查軟件或插件應用。典型的軟件包括SMC (Solibri Model Checker)，SMARTcodes，EDM Model Checker，FORNAX和EXPRESS Data Manager。這些軟件大都無法按照用戶自己設定的規則進行審查，只能在軟件提供的框架下修改規則實現審查。②基于決策表的方法，該方法將規范條款轉換成多個基于邏輯的決策表并實現審查，如FENVES[4]提出將鋼結構設計規范轉化成涵蓋“條件”和“行動”的決策表。③基于關系數據庫或對象關系數據庫的方法。如YOU和YANG[5]將STEP的數據轉換為結構化查詢語言(structured query language，SQL)數據庫；KANG和LEE[6]提出基于工業基礎類(industry foundation class，IFC)的對象-關系數據庫來管理模型信息。④基于語義規則的方法。采用Ontology進行查詢和推理模型是近年來研究的熱點，如文獻[7]采用Ontology來表示IFC，提出EXPRESS-to-OWL具體轉換方法，給出了ifcOWL Ontology的構建方法；文獻[8]提出了一種基于Ontology的建設領域知識的語義組織和結構化方法。以上4種方法都是基于分析IFC實體、對象或EXPRESS為基礎實現的。

EASTMAN等[9]在2009年提出基于BIM的規則檢查的4個步驟：①規則解釋(規范轉譯)并在邏輯上進行結構分類；②BIM模型建立和準備；③規則執行；④生成審查報告。其中最核心且最難的步驟是規范轉譯，原因為：①我國的規范體系龐大，數量眾多，以結構設計為例，直接或間接涉及的規范超過50本以上，對于整個規范知識的抽取和轉譯必然是一個巨大的工程；②設計領域的知識(規范條文)可以分為“顯式”和“隱式”，而“隱式”的規范條文較難直接轉譯，有時還包含很多“模糊語言”；③設計知識碎片化，設計規范條文相互關聯和層層嵌套，有時甚至會出現互相矛盾的設計條款。規范轉譯的難點在于設計條款的分類和表達。

因此，本文基于國內外合規性審查的研究現狀，結合國內結構設計規范的實際情況，探索一種結構設計規范重新分類(條文直接轉譯和轉述后轉譯)的方法，并且通過解析BIM模型中的IFC文件，構建了從IFC建模語言EXPRESS到Java語言再到My SQL數據類型的映射規則，并運用Java進行結構設計條款的表達和轉譯，提出一種基于BIM模型的結構設計審查方法。

1 模型建立與信息提取

1.1 BIM模型準備

BIM模型準備對于審查結果的可信度和準確性起到至關重要的作用。如果模型過于簡單，未包含必要的相關信息，則無法實現全方位的審查；如果模型過于精細復雜，則容量過于龐大，會導致審查效率的低下。因此，以審查為目的的模型應遵循“適度”的原則。一般情況下，可以采用從結構分析軟件(例如PKPM，Midas等)中導入Revit的方法進行，或直接在Revit中建立模型。本文采用在Revit中的“結構”建立一個框架結構模型，材料為鋼筋混凝土，3層(每層層高4 m)，柱網6 m×6 m (3跨，框架總長和寬為18 m×18 m)，包括16個框架柱(柱截面500 mm×500 mm)，框架梁截面尺寸為300 mm× 700 mm。模型建好后導入Robot Structural Analysis軟件進行結構分析，并將含有配筋的框架結構模型作為本研究結構設計審查的模型，如圖1所示。

圖1 BIM模型建立

1.2 EXPRESS向關系數據庫映射規則構建

為增強互操作性，BIM數據結構采用IFC作為中性文件交換標準。IFC源于產品模型數據交換標準(standard for the exchange of product model data，STEP)，采用EXPRESS形式化數據語言(STEP中的PART11)來描述產品，借鑒面向對象的方法將數據組織成有等級關系的類，以繼承、多型、封裝、抽象、參照等各種不同的關系來描述數據間的關聯性。因此，IFC文件語法適合在計算機系統之間進行產品數據的傳輸，任意EXPRESS語法都能映射到交換結構的語法中去。

EXPRESS數據類型[10]包括：①簡單數據類型(數值型NUMBER、實數形REAL、整數型INTEGER、邏輯型LOGICAL、布爾型BOOLEAN、字符串型STRING、二進制型BINARY)；②聚合數據類型(數組ARRAY、列表LIST、包BAG和集SET)；③命名數據類型(實體數據類型ENTITY和定義數據類型TYPE)；④構造數據類型(枚舉ENUMERATION和選擇SELECT數據類型)。

為了實現BIM模型數據存儲到關系數據庫，本研究建立了EXPRESS語言向關系型數據庫的映射規則。EXPRESS語言具有 “實體、關系(繼承)和數據” 3個特點。其中實體可以映射為關系數據庫中一張表格，表中每一行數據代表某一個具體的實體，每一列代表實體的某個屬性，實體屬性值可以是數據，也可以關聯到其他的實體。繼承關系(主要指實體之間)可以通過關系數據庫中的“外鍵”方式(類型ID)，與數據庫中的另一張表進行關聯。數據類型與關系數據庫中的數據類型可以直接找到對應關系，并直接映射到關系數據庫。為了保留EXPRESS數據類型更多的語義信息，需要對關系數據庫系統中對應的數據類型加一些值域限制，如限制枚舉類型的取值范圍在枚舉表范圍之內。EXPRESS數據類型與關系數據庫的映射對應關系見表1。

表1 EXPRESS向關系數據庫映射規則

1.3 映射到Mysql數據庫

映射規則建立完畢，就可將BIM模型中實體、關系(繼承)和數據等信息映射到關系數據庫中。BIM模型中的實體(如梁、板、柱等)映射后為一張或幾張表(梁表，板表、柱表等)。每種實體的具體實體(如具體某根柱子)，在數據庫中對應著相應表格中的一行數據。某個具體實體的屬性，對應著表格中的一列數據。以某根梁為例，在IFC文件中可描述為：#168= IFCBEAM ('24BByyjcz3bwE4fWzP qSXt',#41,'Concrete-Rectangular Beam:300×600 mm:423263',$,'Concrete-Rectangular Beam:300×600 mm', #135,#164,'423263')，該實體描述共包含8項，依次為：IfcGloballyUniqueId，IfcOwnerHistory，Name，Description， ObjectType， IfcObjectPlacement，IfcProductRepresentation和IfcIdentifier。其中IfcOwnerHistory，IfcObjectPlacement和IfcProductRepresentation 3項在IFC文件中分別關聯到實體#41，#135和#164進行詳細描述，映射到關系數據庫后以“外鍵”方式與另一張表進行關聯。此外，其余的5項描述例如IfcIdentifier均以表格中的具體一列表示。

以柱子為例，在IFC文件中是一個實體，即IfcColumn，導入到關系數據庫后該柱子實體對應為結構柱表。在導入的關系庫中點擊該結構柱表后，可以看到表中數據如圖2所示。取結構柱表中ID(即IfcIdentifier)為460642的柱為例，可以看到表中估計的鋼筋體積數據為0.011 991 46 m3，及該實體包含的其余屬性信息，如對應實體的類型ID、體積、結構材質、標高、保護層厚度和長度等相關信息。接著打開Revit，點擊管理項中的“按ID選擇”項，輸入460642進行搜索，從查詢結果中可以看出，Revit軟件顯示的結構數據估計的鋼筋體積為11 991.46 cm3與關系數據庫中的0.011 991 46 m3結果一致，說明BIM模型在導入關系關鍵庫的過程中數據保存準確。在BIM模型中導出的IFC文件中可以看出，本研究建立的框架結構模型共包含200多個實體，因此映射到關系數據庫中也有200多個表格。但是有很多表格是空表(如梁IFC文件中第4項“$”，表示為空)，從信息的查詢和結構設計審查的角度來看，可以忽略部分相關信息。因此，本研究的結構主要規范條文與BIM模型實體具有直接對應關系的實體信息提取和規則編寫，如柱、梁、板、鋼筋等實體，這些實體可以在關系數據庫中找到相關的表格，本研究后續Java轉譯的規范條文也基于這些實體。

圖2 映射后結構柱表信息

2 規范轉譯

2.1 規范條款分類和選取

在鋼筋混凝土框架結構設計的過程中，依據的規范有：《混凝土結構設計規范》[11](GB 50010-2010，簡稱《混規》)、《建筑抗震設計規范》[12](GB 50011-2010，簡稱《抗規》)、《建筑結構荷載規范》和《建筑結構可靠度統一標準》等。前文提到，結構設計涉及的規范較多且存在較難直接轉譯的條文。因此本研究在轉譯結構設計規范的過程中，將結構設計條款重新分成以下幾類：①規范條文與BIM模型實體具有直接對應關系，可以直接轉譯。例如《混規》第9章和第11章都有關于“梁”構件的各種構造要求和規定，可以直接對應BIM模型中的梁實體(IFCBEAM)以及與其關聯的各種實體；②規范條文與BIM模型實體具有間接對應關系，采用同等含義的“轉述”表達后，也可以進行轉譯。例如《混規》第4.1.2條規定，鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C20，該條款可以轉述為“鋼筋混凝土結構中的梁、板、柱等構件混凝土強度等級不應低于C20”，進而可以采用第一種方法(構件與BIM模型實體對應)進行轉譯；③規范條文與BIM模型實體沒有任何對應關系，無法量化的條文，也無法直接轉譯，只能通過設計總說明或查看結構計算書進行人為判斷。如建筑結構安全等級，抗震設防類別等信息；④只能通過模型或計算書人為識別和判斷的信息。如結構方案是否合理、經濟，計算參數取值、周期比、位移比等等。因此，本文的研究范圍為可直接或間接對應于BIM模型實體或關系的結構設計條款，包括結構構件的基本規定、構造措施和材料強度等條款。為了用較少篇幅闡述方法的有效性，本文從《混規》和《抗規》截取出10余個條款，見表2。以梁為例，在《混規》中選取6種不同類型的條款，分別是梁的混凝土強度等級、最小保護層厚度、梁高與縱向鋼筋、梁高與箍筋、梁截面寬度、高寬比、跨高比和縱向鋼筋最小配筋率。需要注意的是，有些條款可以直接轉譯成計算機代碼，而有些條款需要轉述才能更方便地轉譯。如，《混規》第11.4.11條規定：“矩形截面框架柱，抗震等級為四級或層數不超過2層時，其最小截面尺寸不宜小于300 mm，一、二、三級抗震等級且層數超過2層時不宜小于400 mm”，該條文可以轉述為：“抗震設計時鋼筋混凝土框架柱最小截面尺寸不宜小于300 mm (因為抗震等級分為四級，同時包含了層數低于或高于2層的任何情況)”，轉述后能夠更方便地進行轉譯。

2.2 轉譯規范條款

規范轉譯過程包括2個部分：規范條款的表示和審查算法的實現。規范條款的表示方法有：①決策表方法[4]，如早些年文獻[4]提出將結構設計規范條款轉化成決策表，多個決策表可以構成決策樹，最終設計出SASE系統；②基于規則的語言方法[13](rule-based language)，可將設計條款轉換成IF (條件)和THEN (行動)；③基于邏輯的方法[14-15](rule-based language)，主要是一階謂詞邏輯表示法；④基于對象表示法[16](object-oriented)，該方法建議采用信息模型和類等級(class hierarchies)表示規范，并將規范條款按照對象分成4個不同等級；⑤語義規則語言(semantic rule language)和Ontology的方法，如文獻[7]提出的ifcOWL Ontology構建和轉換方法。

審查算法的實現一般在條款表示的基礎上，采用規則進行推理，包括基于對象的語言編程方法、基于對象的參數檢驗方法、語義網本體語言、SQL語言和基于邏輯查詢化語言等[17]。本研究采用Java編程的方法實現規范條款的表示，采用SQL結構化查詢語言實現審查算法。SQL中的SELECT語句具有強大的查詢功能，只要數據庫存在的數據，總能通過適當的方法將其查找出來。SELECT語句進一步分為SELECT，FROM，WHERE和ORDER BY等子句，以便滿足不同的查詢功能。本文共轉譯規范條款50條，以《混規》第11.4.11(1)條為例，即“一、二、三級抗震等級且層數超過2層時，框架柱的截面尺寸不宜小于400 mm”進行轉譯，采用JAVA和SQL編寫的具體代碼如圖3所示。

表2 結構設計規范轉譯條款(部分)

圖3 框架柱條款的轉譯

在圖3中，利用select的where子句實現對柱表的查詢結果進行篩選，從“結構表”和“結構柱類型”中選擇截面尺寸小于400 mm的柱子類型并顯示其ID，其格式為 select from <結構柱表或者結構柱類型表> where<條件>，條件為“類型名稱”(即截面)小于400 mm的柱截面尺寸，其中substr為截取字符串函數，可以返回一個從指定位置開始的指定長度的子字符串。System.out.printIn為查詢后交互截面顯示的句子，例如“所有的結構柱均符合柱截面寬度大于400 mm”和“不符合柱截面寬度大于400 mm的結構柱ID有”等等。以某柱的審查為例，SQL語句為SELECT a.ID FROM`結構柱` a LEFT JOIN `結構柱類型` b ON b.ID = a.`類型 ID` WHERE SUBSTR (b.`類型名稱` FROM 1 FOR 3) < 400 OR SUBSTR (b.`類型名稱` FROM 5 FOR 3) < 400，其中可通過外鍵關系綁定結構柱與結構柱類型的連接，實現多表查詢。由于Mysql數據庫中一般表與表中間通常是經過外鍵進行關聯，所以本文在對數據進行查詢時大量使用了SQL語句中的表連接語句，以體現IFC文件中實體之間關系的描述。

3 規范審查實現

3.1 Java代碼連接數據庫

為實現BIM模型按規范進行審查，需要建立數據庫連接(Java database connectivity，JDBC) JDBC是Java語言中訪問數據庫的應用程序接口，提供查詢和更新數據庫中數據的方法，能夠實現Java與Mysql數據庫的連接，可以向數據庫發起查詢請求并且能夠處理數據庫返回結果。

因此本文創建了一個JDBC連接數據庫的程序，即：①定義參數：包括用戶名、密碼、統一資源定位標識和驅動；②創建數據庫連接：采用DriverManager的getConnectin方法傳入指定的欲連接的數據庫的路徑、數據庫的用戶名和密碼，以便實現數據庫連接；③創建Statement實例：在執行SQL語句之前，需要獲得Java.sql.statement實例，本研究采用執行動態SQL語句的Preparedstatement實例來實現；④執行SQL語句：采用ExecuteQuery執行查詢數據庫的SQL語句，并返回一個結果集(ResultSet)對象；⑤遍歷結果集：執行更新返回的是本次操作影響到的記錄數，執行查詢返回的結果是一個ResultSet對象；⑥處理異常，關閉JDBC對象資源。具體過程如圖4所示。

圖4 SQL語句的執行

3.2 代碼執行和結果顯示

實現結構設計審查，即執行規范審查代碼，需要一個進入程序的主方法，在Test類下創建一個Main方法作為整個程序的入口。Main方法能夠調用規范審查的邏輯執行代碼，以圖3所示規范轉譯后的SQL語句為例，實現的審查功能是框架柱的截面尺寸不宜小于400 mm，調用工具類JDBC執行語句ExecuteQuery中的方法GetIds()可以實現查詢結果。

執行SQL語句完成后，JDBC可以反饋一個查詢結果集，通過對查詢結果集的循環遍歷取出數據庫返回的結果。一般而言，返回結果后就可以在控制臺輸出規范審查結果。控制臺輸出的結果為所有的結構柱均符合Test1方法中定義的規范審查語句，可通過Navicat數據庫可視化工具驗證審查結果是否正確。通過查看數據庫中的結構柱類型表，發現在該結構中只有一種結構柱類型，截面尺寸為(500×500) mm2，滿足本文設定的規范審查條件截面尺寸大于400 mm，實現了設計審查的功能，如圖5所示。同理，其余的審查也可以通過以上的方法進行實現。

圖5 查詢結果

4 分析與討論

本研究通過將BIM模型導入關系型數據庫，采用JDBC將Java與Mysql數據庫連接，運用Java轉譯結構設計規范并編寫邏輯判斷代碼，實現了結構設計審查最基本的功能，只是一個初步的嘗試，今后還需要更多地研究和完善，現存問題有待進一步研究和解決：

(1) BIM模型建立和準備。精確、完整并且按照一定規則建立的模型是設計審查的基礎。傳統二維圖紙設計是通過人的視覺(矩形線條輪廓和長寬高比例)來判斷是一根“梁”還是一片“墻”，是“人”識別“構件”。而基于對象的BIM模型是通過實體的類型和屬性來區分，是“計算機”識別“構件”。因此，對于模型的建立要求會更嚴格，需要嚴格按照一系列建模要求來規范。建模可以參照分類編碼標準，例如美國OmniClass、英國Uniclass和我國《建筑信息模型分類和編碼標準》，美國《GSA BIM Guide 02 – Spatial Program Validation》則給出了一些基于規則檢查的建模要求，可以作為我國建立相關標準的參考。同時，基于審查目標的設計模型精細度(level of details，LOD)和模型視圖定義(model view definition，MVD)是充分實現自動化審圖的基礎，亟待開發和完善相關標準。

(2) BIM模型的輕量化和非規則構件的信息提取問題。由于設計模型精細度的要求，很多復雜工程的BIM模型容量越做越大，相應地帶來模型“輕量化”問題，即如何保證模型最大限度的包含所有審查需要的相關信息，同時也能最小化模型容量，并依據規則適當簡化審查模型，是今后值得研究的問題。另外，BIM模型中的所有構件，并非獨立標準的柱梁板實體(即IFC的776個實體中沒有涵蓋的)，對該種類型的構件，如何進行審查是未來值得研究的問題。

(3) 以設計審查為目標的結構設計規范重新分類。我國的規范體系十分龐大，建筑法、施工圖文件審查制度和規范條文(強制性條文和一般性條文)構成了我國規范實施的監督體系，僅以一個專業為例(建筑或結構)，涉及的規范達數十本之多，這些規范不僅是“平行”的關系，在平行的同時又存在相互引用、嵌套等關系，轉譯工作量較大；對于包含“模糊語言”的“隱式”的規范條文較難直接轉譯，需要采用新技術和新方法進行解釋和轉譯。因此，如何將這些規范整理成系統的、準確的、并且計算機可以識別的“語言”，構建設計審查專門的數據庫，是成功實現結構設計審查的關鍵一步，也是今后長期的研究方向。

(4) 規范條文的轉譯。規范條文的轉譯可以有很多種方法，如利用計算機語言編碼方法和參數表法等。本研究僅僅是眾多方法中的一種，只對結構設計條款中可以直接轉譯的部分進行轉譯，還有很多模糊的、非客觀的條款暫時無法進行轉譯。如，對于規范中的“不宜”則較難轉譯。同時，對于有些信息無法包含在模型里的部分，如建筑抗震設防類別、建筑結構安全等級、荷載的取值、計算模型的簡化、結構的合理性(周期比、位移比、剛重比和剪力重比等)等還需要通過結構設計說明和計算書來進行判斷，這些方面還需要國內外學者開展進一步研究。

5 結束語

施工圖設計審查對于保障我國建設工程設計和施工質量起到了重要作用。BIM技術的出現使得今后施工圖審查由傳統的二維圖紙轉向三維模型的審查，涉及涵蓋技術、管理、法律法規等多個層面的問題。本研究旨在技術層面探討如何實現結構設計審查，采用Java編程轉譯結構設計規范條文的方法，將BIM模型導入關系數據庫，研究了基于BIM模型的結構設計審查方法，并以一個框架結構模型審查實例驗證了該方法的有效性，研究成果可以為今后國家編制 BIM 相關設計審查成果標準提供參考和借鑒。然而，仍有如下的問題有待解決：

(1) 規范條文的分類和轉譯方法的選擇十分重要。本文轉譯的設計條款大多數是“定量”化的條文，這些條文可以較容易地采用一定的邏輯關系轉換為計算機程序語言和代碼，而對于大多數的“定性”條文和“隱式”條文，較難直接轉譯，或者需要將其近似地轉化為定量條文，或者采用人工識別的方式，這也是今后需要研究的重要方向之一。

(2) 按照不同用途定義結構設計模型精細度和模型視圖。在結構設計的過程中，結構模型可以按照不同的用途進行分類，如專門為審查提供的“設計審查模型”、用于結構分析的“結構分析模型”、用于造價分析的“概預算模型”和返給建筑師結構設計條件的“結構-建筑模型”、用于可持續分析的“綠色模型”等，可以極大地提高結構設計在各領域的應用效率。

(3) 除模型以外的文件、表格數據對于審查可以起到很大的輔助作用。模型包含的信息有限，尤其是計算模型的取值、建筑抗震設防類別和建筑結構安全等級等一系列信息無法包含在模型中的，可以采用文件(例如計算書等)和數據表格的方式輔助審查。

[1] UK Infrastructure and Projects Authority. Government construction strategy 2016-2020[R]. London: UK Infrastructure and Projects Authority, 2016.

[2] 上海市人民政府辦公廳. 關于促進本市建筑業持續健康發展的實施意見[EB/OL]. (2017-12-24) [2020-03-16]. https://www.shanghai.gov.cn. General Office of Shanghai Municipal People's Government. Implementation suggestions on promoting the sustainable and healthy development of construction industry in Shanghai city[EB/OL]. (2017-12-24) [2020-03-16]. https://www.shanghai.gov.cn (in Chinese).

[3] ISMAIL A S, ALI K N, IAHAD N A. A review on BIM-based automated code compliance checking system[C]//2017 International Conference on Research and Innovation in Information Systems (ICRIIS). New York: IEEE Press, 2017: 1-6.

[4] FENVES S J. Tabular decision logic for structural design[J]. Journal of Structural Engineering, 1966, 92(ST6): 473-490.

[5] YOU S J, YANG D. Relational DB implementation of STEP based product model[EB/OL]. [2020-06-22].https://www.irbnet.de/daten/iconda/CIB9696.pdf.

[6] KANG H S, LEE G. Development of an object-relational IFC server[C]//The 6th International Conference on Construction Engineering and managrment/Project Management. Jeju: Korea ICCEM/ICCPM Press, 2009: 1346-1351.

[7] PAUWELS P, TERKAJ W. EXPRESS to OWL for construction industry: towards a recommendable and usable ifcOWL ontology[J]. Automation in Construction, 2016, 63: 100-133.

[8] YURCHYSHYNA A, ZARLI A. An ontology-based approach for formalisation and semantic organisation of conformance requirements in construction[J]. Automation in Construction, 2009, 18(8): 1084-1098.

[9] EASTMAN C, LEE J M, JEONG Y S, et al. Automatic rule-based checking of building designs[J]. Automation in Construction, 2009, 18(8): 1011-1033.

[10] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. 工業自動化系統與集成產品數據表達與交換第11部分: 描述方法: EXPRESS語言參考手冊: GB/T 16656.11— 2010[S]. 北京: 中國標準出版社, 2010. General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China. Industrial automation systems and integration—product data representation exchange—part 11: description methods: the EXPRESS language reference manual: GB/T 16656.11—2010[S]. Beijing: China Standard Press, 2010 (in Chinese).

[11] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 混凝土結構設計規范: GB 50010—2010[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2011. Ministry of Housing and Urban Rural Development of the People's Republic of China. Code for design of concrete structures: GB 50010—2010[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2010 (in Chinese).

[12] 中華人民共和國住房和城鄉建設部, 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. 建筑抗震設計規范: GB 50011—2010[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2010. Ministry of Housing and Urban Rural Development of the People's Republic of China. Code for seismic design of buildings: GB 50011—2010 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2010 (in Chinese).

[13] ROSENMAN M A, GERO J S. Design codes as expert systems[J]. Computer-Aided Design, 1985, 17(9): 399-409.

[14] JAIN D, LAW K H, KRAWINKLER H. On processing standards with predicate calculus[EB/OL]. [2020-05-02]. https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=873be64ff768ffe5a9c65d7db09f6336&site=xueshu_se.

[15] RASDORF W, LAKMAZAHERI S. Logic-based approach for modeling organization of design standards[J]. Journal of Computing in Civil Engineering, 1990, 4(2): 102-123.

[16] GARRETT J H, MAHER HAKIM M. Object-oriented model of engineering design standards[J]. Journal of Computing in Civil Engineering, 1992, 6(3): 323-347.

[17] NARAYANASWAMY H, LIU H X, AL-HUSSEIN M. BIM-based automated design checking for building permit in the light-frame building industry[EB/OL]. [2020-05-02]. https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=1e2d0xt08b490pq04j2m0e10hn017143&site=xueshu_se.

Code compliance checking of structural design based on BIM model

ZHANG Ji-song1, ZHAO Li-hua1, CUI Ying-hui1, REN Guo-qian2, LI Hai-jiang2

(1. School of Civil Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian Liaoning 116028, China; 2. Cardiff School of Engineering, Cardiff University, Cardiff CF24 3AA, UK)

Building information modeling (BIM), as the digital expression of construction engineering, is becoming an important means to realize the informatization, industrialization, and intelligence of the whole life of building. The utilization of BIM model as a design delivery represents the future trend of construction design. However, currently, the compliance checking of structural design is conducted manually, which tends to be subjective, inefficient and error-prone. As a result, this paper carried out a case study of the compliance checking of the frame structure, analyzed the BIM model data using the relational database, and employed Java programming to translate the provisions of structure design code, thereby proposing an approach to compliance checking of structural design based on the BIM model. The process can be divided into three main steps: ①Model preparation and information mapping; ② Provision classification and translation; ③Development of connection and code execution. The results show that the proposed method can partially realize the automatic compliance checking of structural design, improve the scientificity, reliability, and standardization of conformance checking, and provide a technical basis and alternative method for the automation and intelligence of code compliance checking in the future.

building information modelling; structural design; compliance checking; relational database; Java

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2021010133

A

2095-302X(2021)01-0133-08

2020-06-24；

24 June，2020；

2020-09-07

7 September，2020

遼寧省科技廳博士科研啟動基金計劃項目(2019-BS-041)；遼寧省教育廳青年科技人才育苗項目(JDL2019036)；遼寧省教育廳基礎研究項目(JDL 2019018)

：Ph.D Research StartupFoundation of Department of Science & Technology of Liaoning Province (2019-BS-041); Scientific Talents Breeding Foundation of Educational Department of Liaoning Province (JDL2019036);Fundamental Research Foundation of Educational Department of Liaoning Province (JDL 2019018)

張吉松(1983–)，男，遼寧鞍山人，講師，博士。主要研究方向為BIM技術。E-mail：13516000013@163.com

ZHANG Ji-song (1983-), male, lecture, Ph.D. His main research interest covers BIM. E-mail：13516000013@163.com

趙麗華(1981–)，女，遼寧朝陽人，副教授，博士。主要研究方向為軌道交通數字化。E-mail：zhaolihua1015@126.com

ZHAO Li-hua (1981-), female, associate professor, Ph.D. Her main research interest covers digitalization of rail transit. E-mail：zhaolihua1015@126.com