分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化方法

邢曉軍

【摘要】如今在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我們可以通過(guò)使用多種輔助軟件完成設(shè)計(jì)工作，應(yīng)用軟件進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)主要步驟為：建模、分析計(jì)算、繪制施工圖以及對(duì)檔案的管理。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)階段各種不同軟件設(shè)計(jì)出的模型可以進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)化，加大軟件在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的使用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化；建筑信息模型

如何完成不同軟件與系統(tǒng)建模之間的相互轉(zhuǎn)化一直都是從事建筑行業(yè)工作者面臨的難題。本文通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的了解，對(duì)建模軟件進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化方法進(jìn)行分析，希望可以對(duì)相關(guān)工作者有所幫助。

一、構(gòu)建信息模型

目前，隨著機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不同應(yīng)用軟件之間模型的數(shù)據(jù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)交換，這種交換通過(guò)數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)。但是由于涉及到商業(yè)機(jī)密，所以每個(gè)軟件商家都不愿意將自己的模型數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)模型進(jìn)行公開(kāi)，這樣就會(huì)導(dǎo)致各種軟件之間信息無(wú)法進(jìn)行溝通，解決這一問(wèn)題的最有效方法就是構(gòu)建同一標(biāo)準(zhǔn)的信息模型。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息模型是一種以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集合了建筑工程各項(xiàng)目有關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型。

建筑結(jié)構(gòu)信息模型包括：模型屬性、結(jié)構(gòu)物理模型、模型管理、模型關(guān)聯(lián)等信息。其中模型屬性信息包括：材料信息、設(shè)計(jì)信息、內(nèi)力信息等。結(jié)構(gòu)物理模型包括：節(jié)點(diǎn)信息、軸網(wǎng)信息、界面信息等。模型管理信息包括：模型版本信息、模型擁有者信息等。模型管理信息包括：模型關(guān)聯(lián)關(guān)系、構(gòu)件關(guān)聯(lián)關(guān)系等。

建筑結(jié)構(gòu)信息模型信息具有關(guān)聯(lián)性、完備性等，能夠面向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立單一的數(shù)據(jù)源。這樣就可以解決全局共享、數(shù)據(jù)一致性的問(wèn)題，使模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)化成了可能。

二、自動(dòng)轉(zhuǎn)化信息模型

建筑工程設(shè)計(jì)主要由建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組成。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要由結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)三個(gè)部分組成。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的轉(zhuǎn)劃的流程如圖1：

圖1轉(zhuǎn)化流程圖

轉(zhuǎn)化的主要步驟為：首先依據(jù)IFC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息進(jìn)行提取，根據(jù)提取信息建立構(gòu)件信息模型，由于在轉(zhuǎn)化過(guò)程中只能由建筑設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，因此改轉(zhuǎn)劃不具有雙向性。然后在結(jié)構(gòu)分析模型上做一個(gè)接口，自動(dòng)將結(jié)構(gòu)信息模型從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息中提出來(lái)，對(duì)其進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)。在通過(guò)接口將設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件到構(gòu)件模型上，完成施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，最后利用XML接口將機(jī)構(gòu)圖紙轉(zhuǎn)化成工程算量，再對(duì)工程算量進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)。

建筑設(shè)計(jì)模型于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的轉(zhuǎn)化

目前，我國(guó)在建筑工程設(shè)計(jì)主要還是運(yùn)用二維圖紙。結(jié)構(gòu)人員在結(jié)構(gòu)布局、內(nèi)力分析、繪制圖紙的過(guò)程中只能靠使用圖元識(shí)別法獲取墻、柱、建筑軸網(wǎng)等構(gòu)件的方位，這樣就會(huì)在建模過(guò)程中進(jìn)行大量的重復(fù)工作。

IFC標(biāo)準(zhǔn)在建筑產(chǎn)品中是使用全世界通用的國(guó)際通用建模標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容涵蓋建筑物的生命期，尤其對(duì)建筑幾何模型信息的進(jìn)行了詳細(xì)的描述，現(xiàn)在一些國(guó)際主流設(shè)計(jì)軟件都可以將各自的建筑設(shè)計(jì)模型的IFC文件進(jìn)行導(dǎo)出。對(duì)于IFC的建筑設(shè)計(jì)模型描述為自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型奠定了基礎(chǔ)。

由建筑設(shè)計(jì)模型于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的轉(zhuǎn)化過(guò)程中主要以幾何模型為主，在整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中對(duì)于構(gòu)件的識(shí)別是關(guān)鍵。IFC標(biāo)準(zhǔn)定義下模型的構(gòu)件具有可識(shí)別高、構(gòu)件之間具有關(guān)聯(lián)性，確保了結(jié)構(gòu)構(gòu)件可識(shí)別與轉(zhuǎn)化的實(shí)現(xiàn)。

從可識(shí)別的構(gòu)件來(lái)看，建筑設(shè)計(jì)模型主要包括柱、墻、梁等構(gòu)件。圖2為結(jié)構(gòu)強(qiáng)與設(shè)計(jì)模型之間的映射關(guān)系在建筑設(shè)計(jì)模型里墻體主要包括：機(jī)構(gòu)層、結(jié)構(gòu)層兩側(cè)的裝飾層和保溫層、窗、門(mén)等。同時(shí)該墻體的結(jié)構(gòu)模型僅僅包含了單一結(jié)構(gòu)層的混凝土構(gòu)件，建筑墻體的窗、門(mén)、構(gòu)件在轉(zhuǎn)化過(guò)程中則轉(zhuǎn)換成墻體的洞口。

圖2結(jié)構(gòu)強(qiáng)與設(shè)計(jì)模型之間的映射關(guān)系

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型同結(jié)構(gòu)分析模型之間的轉(zhuǎn)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)分析，我們可以通過(guò)相應(yīng)的接口使想結(jié)構(gòu)分析模型數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成與結(jié)果的自動(dòng)回傳。目前隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全世界的結(jié)構(gòu)分析軟件的數(shù)據(jù)模式都采取公開(kāi)形式，現(xiàn)在想要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程并不是問(wèn)題。目前實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換都要在不同限元件分析軟件中進(jìn)行幾何模型轉(zhuǎn)化。

本文在軟件的選取上，選用了比較常用的ETABS軟件做為研究對(duì)象，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化成ETABS模型。以及使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)文件對(duì)ETABS軟件的設(shè)計(jì)結(jié)果集成到原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，轉(zhuǎn)化流程如圖3。

首先，遍歷所生成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，設(shè)計(jì)者通過(guò)開(kāi)發(fā)ETABS接口，把所用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息錄入到ETABS模型文件中；再將ETABS模型文件導(dǎo)入到ETABS軟件之中，對(duì)模型的定義進(jìn)行補(bǔ)充、施加荷載以及約束。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要通過(guò)ETABS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把設(shè)計(jì)好的結(jié)果導(dǎo)入Access數(shù)據(jù)庫(kù)之中；最后，利用ETABS結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)入，然后將結(jié)構(gòu)構(gòu)件同構(gòu)件配筋相關(guān)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)模型，利用結(jié)構(gòu)施工圖模型對(duì)結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行工程算量分析和施工圖設(shè)計(jì)。

圖3轉(zhuǎn)化流程圖

結(jié)構(gòu)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模型同工程算量模型之間的轉(zhuǎn)換

通過(guò)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之后西形成的結(jié)構(gòu)施工圖世界模型中主要包含了工程算量模型中的所有信息，它使使功臣算量模型的數(shù)據(jù)的來(lái)源。目前在我國(guó)很少有三維圖形算量設(shè)計(jì)軟件支持IFC國(guó)際數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。在開(kāi)軟件的開(kāi)發(fā)中，智能通過(guò)專用的結(jié)構(gòu)完成模型數(shù)據(jù)之間的裝換。目前在我國(guó)應(yīng)用比較廣泛的三維圖形算量設(shè)計(jì)軟件有廣聯(lián)達(dá)鋼筋抽樣軟件GGJ2009，該軟件在設(shè)計(jì)中使用了XML映射模型，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模型同工程算量模型之間的轉(zhuǎn)換。

結(jié)束語(yǔ)：

各種設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作變的不在那么難，但是隨著設(shè)計(jì)軟件多樣性，如何完成模型之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)化成了一個(gè)難題。對(duì)于這一問(wèn)題解決不但需要建筑行業(yè)人員的努力同時(shí)也需要軟件開(kāi)發(fā)人員的努力。

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