建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)重用策略研究

石鑫磊

摘要：由于工作習(xí)慣和專業(yè)等方面的特點(diǎn)，建筑結(jié)構(gòu)工程要結(jié)合自身的特點(diǎn)，借鑒其他領(lǐng)域的重用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有針對性的改進(jìn)。本文將建筑結(jié)構(gòu)工程的自身特點(diǎn)和設(shè)計(jì)流程相結(jié)合，構(gòu)建了具有一套簡單可行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重用策略。

關(guān)鍵詞：工程設(shè)計(jì);工作模式;設(shè)計(jì)重用;建筑結(jié)構(gòu)

前 ?言

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效率的提高，讓已有的設(shè)計(jì)被新設(shè)計(jì)使用。在新設(shè)計(jì)中盡可能的采用已有設(shè)計(jì)，這就是我們所說的設(shè)計(jì)重用。傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)重用可以減少新設(shè)計(jì)的工作量，能夠有效提高現(xiàn)代工程的設(shè)計(jì)效率（如軟件工程、機(jī)械工程等）。為了減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重復(fù)設(shè)計(jì)的工作，設(shè)計(jì)重用思想也可以用于建筑結(jié)構(gòu)工程。但在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重用時，由于服務(wù)目標(biāo)、工作對象以及工作模式的不同，在實(shí)施方法和策略上與軟件工程等有著比較大的差異。本文借鑒其他較為成熟領(lǐng)域的重用策略，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其常見思路，提出了一套建筑結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)重用方法。實(shí)踐證明，該方法簡單可行，能明顯提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作效率。

一、設(shè)計(jì)重用的方法與思路

將設(shè)計(jì)零件化，這是設(shè)計(jì)重用的基本思路。在設(shè)計(jì)過程中，通過零件的標(biāo)準(zhǔn)化，讓其在不同的設(shè)計(jì)中通用，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)重用。零件是設(shè)計(jì)信息的子集，可以采用特定的功能、物理邊界或者設(shè)計(jì)特征等來劃分子集邊界，形成可重用單元。我們可以對零件進(jìn)行參數(shù)化，零件被參數(shù)化后，參數(shù)結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行記錄，可以使重用更為靈活，調(diào)整參數(shù)的時候可以獲得新的零件實(shí)例。除此之外，另外一個重點(diǎn)就是重用設(shè)計(jì)知識，對以往設(shè)計(jì)時所使用的推理、知識及思路等通過記錄和重現(xiàn)，即可重用以前的成果進(jìn)行新設(shè)計(jì)。

相關(guān)的研究人員應(yīng)用各種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)上述的設(shè)計(jì)重用思想。如采用設(shè)計(jì)原理，依照設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法和所滿足的功能劃分設(shè)計(jì)元素，形成可重用的單元;或根據(jù)設(shè)計(jì)的材料、幾何等相關(guān)特征，采用特征建模等方法定義可重用的單元;此外，確定可重用單元也可以將重用性作為標(biāo)準(zhǔn)。與當(dāng)前設(shè)計(jì)的可重用單元相匹配的方法想死，還可以從重用單元庫中搜索。如可視化的可重用單元信息的描述，提供了比較和查找可重用單元的途徑;通過對單元的相似度進(jìn)行評價(jià)以實(shí)現(xiàn)測量可重用度。

有效利用可重用單元也是當(dāng)前的一個主要研究內(nèi)容，為了使設(shè)計(jì)重用思想得到全面應(yīng)用，有研究者在分項(xiàng)技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，提出了一些宏觀設(shè)計(jì)重用框架及體系等問題的解決方法。相關(guān)文獻(xiàn)在對重用在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行介紹時，也對不同的重用方式和重用程度做出了解釋。如為了讓其能夠符合當(dāng)前的設(shè)計(jì)，可以采用參數(shù)化建模的方法對一些參數(shù)進(jìn)行修改，也可以原封不動的代替，或者是通過替換部件重用其設(shè)計(jì)框架來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

二、設(shè)計(jì)重用目標(biāo)及建筑結(jié)構(gòu)工程特點(diǎn)

在軟件工程與機(jī)械工程領(lǐng)域，從零件出發(fā)的重用策略得到了廣泛應(yīng)用。這給研究人員以啟發(fā)，嘗試在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用類似的方法。模塊或者零件構(gòu)成了軟件系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)，它們便于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)成就了零件策略。借用這一概念，在建筑工程中某些分項(xiàng)或分部如果具備相同特點(diǎn)也是可以應(yīng)用零件策略的。但建筑工程是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不具備應(yīng)用零件策略的條件。構(gòu)成建筑的基本力學(xué)體系和構(gòu)件的是板、墻、梁、基礎(chǔ)、柱等，這些都是結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)對象。每個建筑都是一個定制工程，都是一個獨(dú)立的作品，這就導(dǎo)致工程與工程之間缺少可通用的部分。不同建筑體系的尺寸、結(jié)構(gòu)構(gòu)建以及構(gòu)成都需要按照需求重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，結(jié)構(gòu)沒有零件與機(jī)械不同，所有固定在一起的構(gòu)件形成了一個有機(jī)整體。雖然也可以人為進(jìn)行劃分，但是人為劃分標(biāo)準(zhǔn)比較模糊，隨意性很大，難以實(shí)現(xiàn)零件化，部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化也就更加無法實(shí)現(xiàn)。在這樣一個工程環(huán)境中，我們需要做的是尋找設(shè)計(jì)重用的新策略。

設(shè)計(jì)重用的本質(zhì)是為了提高設(shè)計(jì)新工程的效率，充分利用已有的設(shè)計(jì)成果。從不同的設(shè)計(jì)理論上來說，只要存在相似或相同的部分，那么就可以采用設(shè)計(jì)重用的方法來減少重復(fù)的工作量。在建筑工程內(nèi)，存在著很多重復(fù)的內(nèi)容。因?yàn)榻ㄖ镌诮ㄔ斓倪^程中必須逐層從下向上，各樓層之間的平面布局是逐層漸變的，相近和相鄰的樓層之間存在著一定數(shù)量的重復(fù)內(nèi)容。通常相同布局的樓層在設(shè)計(jì)的過程中，工程師會將其歸為標(biāo)準(zhǔn)層，并在進(jìn)行設(shè)計(jì)將其作為相對獨(dú)立的設(shè)計(jì)單元。對每個標(biāo)準(zhǔn)層逐一進(jìn)行設(shè)計(jì)，圖紙是單獨(dú)成套的。本文的主要研究目標(biāo)有兩個，一個是提高維護(hù)設(shè)計(jì)的效率;另一個是為了減少設(shè)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)層時的工作量，從已完成的標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)中提取可重用的設(shè)計(jì)信息。

三、設(shè)計(jì)重用方案—— 以重用范圍為基礎(chǔ)

管理可重用單元、提取可重用單元以及使用可重用單元是設(shè)計(jì)重用方案的三個要素，與以零件為基礎(chǔ)的思路相對應(yīng)，提出了以重用范圍為基礎(chǔ)的思路對可重用單元進(jìn)行劃分。在以零件為基礎(chǔ)的方案當(dāng)中，具有確定的邊界，它是依照零件的自身特性劃分的，但并不能確定有哪些可以應(yīng)用到新設(shè)計(jì)中。在以重用范圍為基礎(chǔ)的方案中，單元的重用范圍是可以確定的?？梢愿鶕?jù)可重用單元的適應(yīng)范圍來確定單元，以此形成的單元邊界是靈活的，但不一定具有明確的工程定義。

四、重用程序模塊的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

1.開發(fā)需求

在設(shè)計(jì)重用策略的實(shí)施過程中，工程師可以將可重用的標(biāo)準(zhǔn)層和單元作為單獨(dú)的文件進(jìn)行儲存，可以用編碼對文件進(jìn)行命名。工程師可利用 CAD 提供的引用其他文件信息的功能，在標(biāo)準(zhǔn)層文件中引用需要的可重用單元文件。在設(shè)計(jì)重用的整個過程中，由于建筑工程所具有的靈活性及復(fù)雜性特性，想要用程序自動實(shí)現(xiàn)可重用單元的編碼以及形成過程，在生產(chǎn)實(shí)踐中所要求的精確度是比較難達(dá)到的。這部分與傳統(tǒng)的工作模式相仿，是需要人工完成的。在引用標(biāo)準(zhǔn)層文件的過程中，如果有程序支持，那么只需要比較編碼就可以確定刻板;如果沒有程序支持，則需要將 CAD 的外部參照功能啟動，對編碼的關(guān)系進(jìn)行比較。同時，插入可重用單元文件。

2.應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)

2.1 對于標(biāo)準(zhǔn)層文件名，組裝程序會自動進(jìn)行解析，確定其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)層編號與內(nèi)容的種類。

2.2 對可重用單元庫中的文件進(jìn)行搜索，對文件名進(jìn)行解析，獲取適用范圍，匹配包含可重用單元的文件。

2.3 將可重用單元文件借助外部參照控制函數(shù)插入到標(biāo)準(zhǔn)層文件當(dāng)中。

五、結(jié)束語

為了將建筑中各標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重用有效利用，由此提出了建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)重用策略。實(shí)踐證明，該策略具有可行、增效、便于操作等特點(diǎn)，可以有效減少工程師在設(shè)計(jì)維護(hù)和創(chuàng)建環(huán)節(jié)的工作量。本策略能夠大幅度減少設(shè)計(jì)工作量，便于工程師組織可重用信息、提取可重用信息以及管理可重用信息。既可以提高設(shè)計(jì)效率，也能實(shí)現(xiàn)利用設(shè)計(jì)重用的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王玉，邢淵，阮雪榆.設(shè)計(jì)重用研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2001（05）.

[2]陳莉，劉弘，邵增珍.支持復(fù)用的建筑設(shè)計(jì)圖樣系統(tǒng)研究[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2004（02）.