基于BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型集成框架應(yīng)用開發(fā)

【摘要】文中通過對BIM信息集成過程和特征的分析，探討了BIM在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性和必要性，對建筑結(jié)構(gòu)模型的復(fù)雜性進(jìn)行了深入分析，分析了BIM在解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的復(fù)雜性問題的潛力，通過對ASIM集成框架的實際建立情況進(jìn)行分析，討論了其在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用情況和效果，通過具體應(yīng)用案例，介紹了ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺的運作原理和具體應(yīng)用方式。研究結(jié)果表明，基于BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型集成框架的應(yīng)用開發(fā)對于提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效率和質(zhì)量具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】BIM；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；集成框架

【中圖分類號】TU17；TU318" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）02-0028-03

0 引言

信息化背景下，工程信息交換標(biāo)準(zhǔn)IFC（industry foun

dationclasses）以及BIM技術(shù)被廣泛應(yīng)用到諸多領(lǐng)域，尤其是在土木工程領(lǐng)域中更是得到了廣泛應(yīng)用。此外，很多研究者將關(guān)注點放在工程生命周期設(shè)計信息集成技術(shù)領(lǐng)域，并在該領(lǐng)域取得了不俗的成果。例如，計算機(jī)集成建造CIC系統(tǒng)5已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作，該系統(tǒng)如今出現(xiàn)在建筑行業(yè)，普及力度很大，使建筑行業(yè)的信息交流變得靈活自如，它的出現(xiàn)使建筑業(yè)內(nèi)部的分布式虛擬空間DIVERCITY也得到進(jìn)一步完善。建筑工程在整個建筑過程中時刻圍繞著建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行，為加快集成建筑和結(jié)構(gòu)兩個階段所產(chǎn)生的專業(yè)信息，國內(nèi)的諸多研究人員為此投入了很多的精力。此前，上海交通大學(xué)的鄧雪原在該領(lǐng)域取得了一項成果，他設(shè)計出一種提取信息的自動框架，先組建IFC建筑模型，后借助生成的ETABS和SAR2000結(jié)構(gòu)模型完成對信息的自動提取。清華大學(xué)的學(xué)者張建平等人提出另一種基于4D的高科技信息模型，該模型能實現(xiàn)建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和后續(xù)施工管理的統(tǒng)一，便于相關(guān)人員對施工階段的建筑結(jié)構(gòu)展開具體研究。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，如何提高設(shè)計效率、降低設(shè)計成本、保證設(shè)計質(zhì)量成為重要問題。BIM技術(shù)的出現(xiàn)給建筑行業(yè)帶來了一種全新的設(shè)計思路和工具，可以有效解決傳統(tǒng)設(shè)計過程中的痛點和難題。文章將研究基于BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型集成框架的應(yīng)用開發(fā)，以期為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供有效的解決方案[1]。

1 BIM信息集成過程和特征分析

BIM（建筑信息模型）技術(shù)的發(fā)展給建筑設(shè)計和構(gòu)建過程帶來了前所未有的變革，其核心理念是將建筑設(shè)計中的各種信息數(shù)據(jù)集成到一個統(tǒng)一的信息模型中，實現(xiàn)建筑信息的共享和協(xié)同。BIM信息集成的過程包括建筑設(shè)計和施工過程中各個

階段的數(shù)據(jù)集成。傳統(tǒng)建筑設(shè)計中，設(shè)計師、工程師和施工人員往往使用不同的軟件工具進(jìn)行設(shè)計和建模，造成了信息孤島和溝通障礙。而借助BIM技術(shù)，各類軟件可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫集成，在每個階段或每個過程中產(chǎn)生相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息在不斷增加與積累的過程中，以一種螺旋式的方式進(jìn)行上升，最后形成科學(xué)合理的信息模型，如圖1所示。

BIM信息集成的特征體現(xiàn)在信息的完整性、準(zhǔn)確性和一致性上。BIM模型作為一個全方位的信息容器，可以集成建筑設(shè)計中各個方面的信息，包括建筑結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、電力布線、給排水等。通過建立BIM模型，設(shè)計師可以在設(shè)計過程中同時考慮多個因素，減少了信息丟失和不一致性的可能性，從而提高了設(shè)計的可靠性和質(zhì)量。BIM信息集成還具有高效性和可視化的特點。借助BIM技術(shù)，設(shè)計師可以通過模擬和可視化工具對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和評估，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，優(yōu)化設(shè)計方案，提高設(shè)計效率。同時，BIM模型也可以實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的三維展示，使相關(guān)人員更直觀地理解和交流設(shè)計意圖，提高設(shè)計的溝通效果。通過實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和共享，BIM技術(shù)能夠提高設(shè)計的協(xié)同性、整體性和質(zhì)量，并為設(shè)計師提供一種高效、可靠的工具來優(yōu)化設(shè)計方案。在不斷推動著建筑行業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新的同時，BIM技術(shù)也為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了更廣闊的前景和新的可能性。

2 建筑結(jié)構(gòu)模型的復(fù)雜性分析

2.1 建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜性對設(shè)計的影響

建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性包含了多方面的因素，如建筑形態(tài)的多樣性、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的多樣性、材料的多樣性以及建筑功能和使用要求的多樣性等。復(fù)雜性使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的參數(shù)更加繁瑣，需要考慮到諸多因素才能選取合適的設(shè)計方案，如結(jié)構(gòu)形式、材料性能、承載力要求、鋼筋布置等。而建筑模型的虛擬化，能夠方便地模擬這些因素，幫助設(shè)計人員更好地把握設(shè)計參數(shù)。建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性還會增加建筑的施工難度和成本，如施工工序需要更多復(fù)雜的操作、工人需要具備更高的技能等[2]。

2.2 BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜性分析的應(yīng)用

BIM技術(shù)最大的價值就在于能夠?qū)崿F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的虛擬化，幫助設(shè)計人員更好地分析和理解建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。BIM技術(shù)可以幫助設(shè)計師對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，使得設(shè)計師可以在一個模型中更直觀地觀察建筑物的外觀、內(nèi)部構(gòu)造和材料等。同時，根據(jù)這個模型，設(shè)計師可以預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)的受力情況，局部缺陷及強(qiáng)度等問題，從而得出更精確的設(shè)計結(jié)果。

BIM技術(shù)可以實現(xiàn)多個設(shè)計師協(xié)作，共同處理建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，利用全息計算技術(shù)，對設(shè)計方案進(jìn)行深度交互溝通，從而更好地處理問題分析、解決方案的選擇、經(jīng)濟(jì)效益和可靠性等關(guān)鍵問題。BIM技術(shù)的應(yīng)用還可以衍生出更加智能的建筑管理手段。以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過不斷收集建筑物在使用過程中的反饋數(shù)據(jù)，可以對建筑物日常維護(hù)、安全生產(chǎn)等方面進(jìn)行優(yōu)化管理，減少建筑物使用過程中出現(xiàn)的人為失誤和安全風(fēng)險[3]。

3 ASIM集成框架的實際建立情況分析

3.1 ASIM集成框架在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

ASIM集成框架在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)逐漸被廣泛應(yīng)用，但仍存在一些挑戰(zhàn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及多個軟件和系統(tǒng)，各軟件系統(tǒng)的開發(fā)商往往關(guān)注自身的利益，封閉自己的系統(tǒng)接口，導(dǎo)致系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換和共享困難[4]。其次，不同軟件和系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，可能存在不兼容問題。此外，ASIM集成框架需要統(tǒng)籌各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流和功能轉(zhuǎn)換，如果在設(shè)計和實施過程中缺乏全面的規(guī)劃和協(xié)作，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、混亂和功能沖突等問題[5]。

3.2 ASIM集成框架在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的效果分析

盡管ASIM集成框架在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中面臨一些挑戰(zhàn)，但其應(yīng)用仍然帶來了一定的效果和優(yōu)勢。通過ASIM集成框架，各個軟件和系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實時的數(shù)據(jù)交換和共享，提高了信息的準(zhǔn)確性和可靠性。ASIM集成框架能夠提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)，使得不同軟件和系統(tǒng)之間可以無縫銜接，避免了數(shù)據(jù)兼容性問題[6]。此外，ASIM集成框架提供了可視化的數(shù)據(jù)流和功能轉(zhuǎn)換控制，極大地簡化了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程，并提高了設(shè)計效率和精確性。

3.3 ASIM集成框架的改進(jìn)建議

為了進(jìn)一步改進(jìn)ASIM集成框架在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用效果，可以從以下方面加以改進(jìn)。需要制定一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，促使各個軟件和系統(tǒng)支持并遵循該標(biāo)準(zhǔn)，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通互聯(lián)。應(yīng)加強(qiáng)對不同軟件和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流和功能轉(zhuǎn)換的管理和控制，確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性。此外，跨部門協(xié)作和溝通也是實施ASIM集成框架的關(guān)鍵。建立一個有效的溝通和協(xié)作機(jī)制，促進(jìn)各個部門和單位之間的合作與共享，將有助于提高ASIM集成框架的應(yīng)用效果。

4 ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺的具體應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)集成與轉(zhuǎn)換

ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺在數(shù)據(jù)集成與轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用，為不同來源、不同格式的數(shù)據(jù)提供了統(tǒng)一的處理平臺。通過靈活的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺能夠?qū)悩?gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化處理，從而方便用戶進(jìn)行綜合分析和決策。這些數(shù)據(jù)往往以不同的格式和標(biāo)準(zhǔn)存儲，帶給設(shè)計師數(shù)據(jù)集成和處理的困擾。ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺通過提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理環(huán)境，能夠?qū)⑦@些異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的互操作性，從而為設(shè)計師提供一致性的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的工作方式中，這兩個團(tuán)隊之間往往需要通過復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和交流過程來保證設(shè)計與計算結(jié)果的一致性和協(xié)同性。在ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺的支持下，這個過程可以大大簡化[6]。CAD設(shè)計軟件可以將設(shè)計圖紙按照統(tǒng)一的BIM（Building Information Modeling）標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出，然后通過ASIM平臺，結(jié)構(gòu)分析師可以將導(dǎo)出的設(shè)計圖紙與結(jié)構(gòu)分析軟件的模型結(jié)果進(jìn)行對比和一致性檢查。通過ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，設(shè)計師和分析師可以輕松地將不同軟件生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，消除了數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性。

4.2 數(shù)據(jù)互操作性增強(qiáng)

ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺的數(shù)據(jù)互操作性增強(qiáng)功能在建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用，極大地打破了不同軟件和系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)的無縫共享和傳遞。這種技術(shù)創(chuàng)新在建筑項目中具有重要意義，它不僅提高了設(shè)計效率和準(zhǔn)確性，還促進(jìn)了設(shè)計流程的協(xié)同和集成化。在傳統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計師使用CAD軟件進(jìn)行建筑設(shè)計，而結(jié)構(gòu)工程師則使用專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行模型計算。由于兩種軟件之間的差異，設(shè)計師與結(jié)構(gòu)工程師之間存在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和兼容的問題。而ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺通過提供豐富的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和映射功能，解決了這一痛點。在傳統(tǒng)情況下，結(jié)構(gòu)工程師需要手動重復(fù)繪制建筑模型，然后在專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件上進(jìn)行模型計算[7]。然而，有了ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺的介入，這個過程變得更加高效和便捷。設(shè)計師可以將CAD軟件生成的設(shè)計圖紙和模型數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)分析軟件中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和計算。更為重要的是，ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺還能將結(jié)構(gòu)分析軟件生成的計算結(jié)果再轉(zhuǎn)換為CAD軟件可讀的格式。這意味著，設(shè)計師可以直接將計算結(jié)果導(dǎo)入到CAD軟件中，以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置和修改。這樣的無縫數(shù)據(jù)傳遞極大地簡化了設(shè)計流程，使設(shè)計師能夠更加及時地了解結(jié)構(gòu)工程師的計算結(jié)果，并在設(shè)計中考慮到結(jié)構(gòu)的約束和要求。

4.3 數(shù)據(jù)流程優(yōu)化與自動化

數(shù)據(jù)流程優(yōu)化與自動化在ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺中是通過整合各種設(shè)計和分析軟件來實現(xiàn)的。這一優(yōu)化和自動化的過程極大地提高了設(shè)計和分析的效率和準(zhǔn)確性。在一個項目中，設(shè)計師使用CAD軟件進(jìn)行建筑設(shè)計，而結(jié)構(gòu)分析師則使用專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行模型計算ASIM平臺通過實時同步和自動化的方式，將設(shè)計師在CAD軟件中修改設(shè)計圖紙的數(shù)據(jù)傳遞給結(jié)構(gòu)分析軟件，從而觸發(fā)模型的更新計算。數(shù)據(jù)的實時傳遞和同步使得設(shè)計師和分析師之間的協(xié)同工作更加緊密和高效[8]。這個過程中存在著多次數(shù)據(jù)傳遞和人工操作的可能性，難免會出現(xiàn)一些信息的遺漏或錯誤。而在ASIM信息轉(zhuǎn)換平臺中，這個過程完全自動化完成。設(shè)計師的修改會自動傳遞給結(jié)構(gòu)分析軟件，觸發(fā)模型的更新和重新計算，從而確保設(shè)計和分析的一致性和準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)流程優(yōu)化與自動化在ASIM平臺中的實現(xiàn)，不僅僅提高了設(shè)計和分析的效率，還加強(qiáng)了設(shè)計師和分析師之間的協(xié)作與溝通。這種高效的數(shù)據(jù)流程為項目的順利進(jìn)行提供了有力的保障，同時也為設(shè)計和分析的質(zhì)量和準(zhǔn)確性提供了可靠的支持。

5 結(jié)語

經(jīng)過研究分析建筑信息模型集成技術(shù)的過程和特點，構(gòu)建了一個專注于工程設(shè)計階段的建筑結(jié)構(gòu)信息模型ASIM體系。對ASIM體系的運行流程和上層模型（建筑和結(jié)構(gòu)）建模流程進(jìn)行了設(shè)計，并通過開發(fā)基于ASIM模型信息轉(zhuǎn)換平臺來實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計模型的轉(zhuǎn)換。驗證了該體系的適用性，并可以為基于BIM的協(xié)同設(shè)計和集成建筑工程軟件的開發(fā)提供技術(shù)支持。

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[作者簡介]陳靜（1985—），女，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，碩士研究生，副教授，研究方向：建筑信息模型制作與應(yīng)用、建筑新材料。