建筑结构设计中的模型自动转化方法

李学芳　梅神兵

摘 要：建筑结构设计中不同应用软件系统之间的模型转化问题一直是困扰工程技术人员的难题，本文基于这个问题提出了建筑结构设计信息模型的自动转化方法，并使建筑设计模型、结构设计模型、结构分析模型和工程量算模型之间的自动转化得以实现，这在实际应用过程中具有十分重要的意义。

关键词：建筑结构设计；模型；自动转化

随着计算机信息技术的不断进步和建筑业的快速发展，使得计算机技术和建筑行业领域之间联系的紧密度日趋增强，这主要的体现是在建筑结构方案的设计上，建筑设计过程中用到的施工图、施工资料管理、施工项目工程建模等都需要通过计算机来进行一系列的辅助计算，这样不仅节省时间、人力，而且准确率有很大的提高。由于在建筑结构设计过程中使用的软件有很多种，而且不同软件之间具有一定的差异性，这就会造成大量建筑结构设计工作的重复性，从而造成资源的浪费，影响工程的进度和建筑企业的经济效益。因此寻求一种方法使一系列建筑模型之间能够进行自动转化，提高工作效率和提高建筑结构设计的精准率是当前建筑结构设计领域急需解决的问题。

1 构建建筑结构设计信息模型

在建筑结构设计的过程中，不同软件之间的模型数据交换都要依靠软件之间的数据接口。出于利益考虑，大多数软件公司不愿意公开自己的模型数据格式，也就造成信息无法进行有效、顺畅的交换，这给实际的工作带来很多困难。针对这种情况，建立一个统一的工程信息模型是解决上述问题的关键，这样就可以使不同软件之间的数据信息得以共享和交换。建筑结构信息模型就是依据这样一个理念而形成的一种新的模型技术。建筑结构设计信息模型主要采用三维数字技术，并综合了建筑工程项目相关信息的数据模型，这种模型在具有物理模型基本结构和信息的同时还拥有模型的属性、模型管理以及模型的关联等信息。建筑结构设计模型信息具有关联性、一致性和完备性的特点，能够建立建筑结构设计过程中的数据源，能够有效解决工程数据之间全局共享和一致性的问题。为建筑结构设计过程中的模型自动转化提供了合理的解决方法。

2 建筑结构设计模型的自动转化

建筑结构设计是整个建筑工程设计的重要组成部分，建筑结构设计主要包括结构分析、结构设计和施工图设计等，而结构设计模型的转化必须以结构性的设计模型为中心。

2.1 建筑设计模型与结构设计模型的自动转化

目前，很多建筑企业在进行设计时还是采用比较传统的二维图设计方法，工作人员在进行施工图纸和建筑内部结构的绘制时还是依据固定的设计设计图纸来进行设计的。这样，比较简单的图元识别只能帮助施工作业人员对重大构件的位置加以明确，而较小但要求比较高的细节部分并不能来精准定位，因此使得施工过程变得繁杂，施工任务变得比较繁重，从而使施工效率地下。而统一了各建筑产品描述标准的IFC标准则涵盖了建筑项目的每一个环节，十分精准的描述了建筑设计过程中的几何模型，对不同模型之间的自动转化提供了方便，其主要的优势为：（1）更加容易识别建筑构件，使建筑项目的施工更容易进行。墙体、柱、梁等结构构件是建筑结构设计模型能够容易识别出来的，而经过IFC标准进行模型转化以后，建筑墙体不仅包括结构层，还包括墙体两侧的装饰层和保温层，同时还明确了门、窗等非结构构件；（2）加强了构件之间的关联性，转化以后的信息模型可依据具体实际情况进行二次处理；（3）实体定义和关联关系相结合，使结构的逻辑性增强，基于洞口和墙体实体对结构墙体进行精准的描述，并且定义建筑结构中墙体的多种材质模型，加强对IFC标准的解析是建筑设计向结构设计转化的一个难点，IFC文件解析可根据建筑项目的具体情况进行自主研发，也可以采用商业化IFC数据解析接口得以实现，最终通过对IFC文件的解析来获得建筑结构设计的模型。

2.2 结构设计模型与结构分析模型的自动转化

建筑结构设计过程中的一个比较重要的环节就是建筑结构分析，自动生成结构分析模型以及回传分析结果都是通过结构分析过程得以实现的，目前从国际上使用最普遍的有限元分析软件公开模型格式的数据来看，该过程的实现是比较容易的，建筑结构设计模型和结构分析模型之间的转化还停留在不同有限元分析软件间几何模型的基础上，二者转化的具体过程如下所示：（1）遍历生成的建筑结构设计模型利用有限元软件将结构构成信息导出，进而写入模型文件；（2）对已生成的模型文件，将其导入置软件中，并对此模型文件进行定义补充、荷载的施加，并对结构设计加以分析；（3）通过数据库借口将结构设计结果导入到数据库；（4）将需要的结构构件和构建信息与所生成的结果进行比较，并通过借口导入从而形成关联关系，构建完整的施工图设计模型，对工程的量算和施工图纸的实际进行指导。

2.3 结构施工图设计模型与工程量算模型的自动转化

工程量算是否准确直接影响项目的造价和工程项目的投资控制。建筑设计模型是建筑工程中工程量算数据的直接来源。目前，我国量算模型数据的转化大多采用三维图形量算软件，实现不了IFC数据的交换，因此只能通过专用的接口来实现数据间的转换。目前，国内应用比较广泛的广联达钢筋抽样软件是通过XML映射模型来实现结构设计与工程量算之间转化的，首先定义XML模型机制，再对模型模板进行定义，多采用模式定义或者文档定义，经过研究实践表明，可替代文档定义类型和稳定定义类型相比，前者表示方式比较灵活，文档采用的语法与相关模型机制语法相比具有高度一致性，并且具有强伸缩性，因此可替代文档类型可实现建筑施工设计模型向工程量算模型的转化。

3 结语

本文针对建筑结构设计中不同软件模型之间转化的问题，探究并解决了模型自动转化的方法，这使得建筑设计模型、结构设计模型、结构分析模型以及工程量算模型之间的自动转化得以实现，在建筑工程实际应用过程中具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]李晓卿.建筑结构不合理简化计算模型对结构安全的影响分析[J].内蒙古科技与经济，2012（09）：96-98.

[2]刘照球，李云贵，吕西林等.基于BIM建筑结构设计模型集成框架应用开发[J].同济大学学报（自然科学版），2010（07）：948-953.

作者简介：李学芳（1983-），女，天津宝坻人，讲师。endprint