于BIM建筑结构设计模型集成框架应用开发 孙立伟

于BIM建筑结构设计模型集成框架应用开发孙立伟
发表时间：2018-04-20T11:43:11.480Z 来源：《基层建设》2017年第35期作者：孙立伟
[导读] 摘要：由于我国对于建筑信息模型这一领域的涉足比较晚，因此目前在我国这一领域的相关研究还是比较有限的。

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摘要：由于我国对于建筑信息模型这一领域的涉足比较晚，因此目前在我国这一领域的相关研究还是比较有限的。

邓雪原（上海交通大学）研究发现可以直接由IFC自动获取得到SAR2000以及ETABS结构模型的基本框架，张建平、胡振中（清华大学）研究则发现能够通过建筑设计、施工管理以及结构设计相结合的施工安全信息模型来进行建筑施工中的安全事故分析。

笔者结合多年的相关经验，根据前人的研究基础，结合结构模型以及建筑信息模型的转换，取得了结构设计和建筑设计信息的共享和集成。

关键词：基于；BIM技术；建筑结构设计；模型集成框架；应用；开发
前言：在建筑结构设计的过程中，需要使用多个计算机辅助设计软件进行工程建模、计算分析、施工图绘制、图书档案管理等工作。

目前，在中国的工程设计中不同应用软件之间的模型重建造成了大量重复工作和资源浪费，成为影响工程设计效率和质量的主要因素之一。

而目前BIM技术的逐步推广和应用以及现今IFC（industry foundation classes）也就是工程信息交换标准被行业所接受，在建筑生命周期之中运用到信息集成技术也是越来越普及。

在建筑领域，结构设计以及建筑设计无疑使其最重要的设计阶段，因此关于采用何种方法有效实现结构设计以及建筑设计的信息集成也就是模型集成框架中最为重要的问题。

随着工程信息交换标准IFC（industry foundation classes）和BIM技术在土木工程领域应用的推广和普及，有关工程生命周期设计信息集成技术的研究已经越来越多。

比如，支持协同工作的计算机集成建造CIC系统，用于提高建筑业信息交流的分布式虚拟空间DIVERCITY 项目，基于Web的IFC项目数据共享环境WISPER系统，基于IFC标准的集成设计信息管理DIMS体系，共享计算机辅助结构设计模型SCASD框架等。

由于建筑和结构两个设计阶段是工程整个设计过程的中心，如何实现建筑和结构专业信息的有效集成，已经成为工程设计模型集成框架开发的核心问题。

国内这方面的研究比较少，上海交通大学邓雪原等曾提出一种从IFC建筑模型自动提取信息生成ETABS和SAR2000结构模型的基本框架，清华大学张建平、胡振中等提出一种将建筑设计、结构设计以及施工管理统一的基于4D的施工安全信息模型，可以用于施工期间建筑结构安全分析研究。

现在比较成熟的方法是构建的基于BIM的建筑结构设计模型集成框架是在国内应用广泛的PKPM系列软件平台下，通过建筑模型信息与结构模型信息的转换，首先实现建筑和结构设计信息的集成和共享。

其中，转换的建筑模型是基于IFC格式，结构模型是基于PKPM中的PMCAD格式。

1 BIM信息集成过程和特征
近年来，在建筑结构设计的大范围内，不同应用软件之间的模型数据交换大多通过软件之间的数据接口实现。

出于商业因素考虑，大多软件厂商都不愿意对外公开自己的模型数据格式，造成了各专业设计软件之间的“信息孤岛”现象。

解决上述问题的关键在于建立统一的工程信息模型，实现专业设计软件的信息共享和交换。

建筑信息模型BIM，正是基于这一理念而提出的新的模型技术。

BIM（Building Information Modeling，中文直译：建筑信息模型，中文含义：建筑结构设计信息模型是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型。

以下简称BIM）经过二十一世纪第一个十年在全球工程建设行业的实际应用和研究，已经被证明是未来提升建筑业和房地产业技术及管理升级的核心技术。

近十年来，BIM技术在美国、日本、香港等国家和地区的建筑工程领域取得了大量的应用成果。

国内不少具有前瞻性与战略眼光的施工企业开始思考如何应用BIM技术来提升项目管理水平与企业核心竞争力。

美国建筑科学研究院（NIBS–National Institute of Building Sciences）在2007年颁布美国国家BIM标准第一版第一部分。

信息集成（集成平台）Integrated information（Integrated platform）是指系统中各子系统和用户的信息采用统一的标准，规范和编码，实现全系统信息共享，进而可实现相关用户软件间的交互和有序工作。

标准化是信息集成的基础，主要包含通信协议标准化（如MAP/TOP，制造自动化协议/技术办公室协议等），产品数据标准话（如STEP，产品模型数据交换标准等），以及调节网络标准化，电子文档标准化，交互图形标准化等。

集成平台是信息集成的有力工具，这是面向对象的开放式集成技术，例如有X个需要交互的应用软件，只要把每个应用软件分别接到集成平台，就可在一组集成服务器的支持下，实现X个应用软件的集成，因而集成的复杂性由多个降到一个。

集成平台技术正在逐步完善之中。

使建筑全生命周期的所有信息流全部都集成起来则是BIM信息集成的最终目的。

但是难度自然也是很大，这主要是由于在建筑全生命周期之中，数据的相关信息和工程项目建设都是在长时间的过程中的一个积累，在这个长时间的过程之中，每一段时间都会产生不同的信息流，而BIM的信息集成则必须在这个长时间的过程之中保证信息的螺旋上升，知道项目完工后BIM信息模型框架体系构建的完成。

2 建筑结构模型的复杂性
一般而言，建筑结构设计模型具有很大的复杂性。

在建筑结构设计模型中，其除了包括基本结构物理模型信息外，还包括模型属性信息、模型关联信息、模型管理信息等。

结构物理模型信息包括：构件信息、节点信息、截面信息、轴网信息、约束信息等。

属性信息包括：荷载信息、材料信息、内力信息、设计结果信息等。

关联关系信息包括：构件关联关系、模型关联关系。

管理信息包括：模型所有者信息、模型版本信息、用户权限信息等。

3 基本对象表达的区别
任何事情都是根据实际情况具体对待与解决，由于专业不同，建筑模型和结构模型对同一建筑对象的信息表达侧重点也有区别。

对于建筑产品的基本对象之间的空间分配关系、空间拓扑关系、外观真实表现则是建筑模型比较关注的；而对于结构模型，对各个对象和产品之间的受力分析以及连接关系探析才是其重点。

2.模型数据构建的反复
在模型数据构建过程中，建筑模型一般都是处于顶端位置，它所产生的诸多信息流会分别被节能设计、结构设计、水暖电提取和继承。

在将建筑模型的信息提取和继承之后，还会根据自身特性来二次建模。

在二次建模的过程之中信息的获取会反复很多次，直到最终满足设计相关要求。

4 建筑结构信息模型ASIM集成框架
4.1 ASIM上层模型流程设计
模型转换的中间环节就是应用开发接口（模型信息转换平台），解析IFC标准的EXPRESS语言表达类则是通过程序语言（FORTRAN
或者C++），并且通过相关技术手段来获得对象之间拓扑关系信息和建筑基本对象（构件）信息，最终实现在PKPM的CFG平台之上显示能够最终成为结构模型的建筑对象。

4.2 ASIM集成框架
综合上文所述，根据建筑部分建模的相关特点，对ASIM（建筑结构信息模型集成框架体系）进行构建，这个系统之中主要有四个体系：模型体系、应用体系、数据库体、转换体系，其中，应用体系为设计者使用相关软件的操作层，建筑设计阶段所形成的建筑模型和数据库为体系的顶端资源，通过转换平台提取的建筑基本对象数据是其他工作阶段的信息模型基础。

5 ASIM信息转换平台
在ASIM集成框架体系中，模型信息转换平台对于整个体系的顺利运转起着重要的作用。

模型信息转换平台（或称为数据信息应用开发接口）通过对建筑模型的底层建筑基本对象（梁、柱、板、墙、洞等）及其关系属性信息的提取和映射。

为其他过程模型的发展构建了底层数据信息。

结束语
建筑工程在我国的发展过程中有着巨大的作用和意义，因此，相关科研人员对于建筑领域的新技术和新工艺的研究创新非常重视，BIM技术就是新技术中的一种。

伴随BIM技术在建筑工程管理过程中的应用日益普遍，相关人员就在此基础上，针对建筑结构设计模型集成框架进行了良好的开发和应用。

在建筑工程中，设计工作的水平和质量能够对工程的全过程产生影响，因此，加强设计工作的效率和质量是非常必要的，利用模型集成框架技术可以使建筑结构设计更加智能化、数字化、自动化和现代化，而且设计完成的模型集成框架还可以进行良好的保存，以便后期遇到相似的建筑结构，重复利用，这大大提高了建筑结构设计的整体效率和质量，从而加快我国建筑领域的发展进步速度。

参考文献：
[1]薛梅，李锋.面向建设工程全生命周期应用的CAD/GIS/BIM在线集成框架[J].地理与地理信息科学，2015，01.
[2]孙澄，杨阳，韩昀松.数字化加工制造P-BIM技术框架研究-以钢结构建筑为例[J].新建筑，2014，11.
[3]王勇，张建平.基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计[J].华南理工大学学报（自然科学版），2013，02.。