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摘要：我国建筑行业的发展，建筑结构朝向多样化的方向发展，建筑结构设计中，积极引入软件应用，通过软件，实现模型自动转化，保障建筑结构设计的可靠性及合理性。建筑结构设计中的模型自动转化方法，体现了软件在建筑中的具体应用，改善了结构设计的方法，促使结构设计，更加符合建筑的实际要求。本文以建筑结构设计为研究对象，探讨模型自动转化的方法。
关键词：建筑结构设计；建筑信息模型；模型自动化转换
近年来，各国已有一些学者对建筑工程中的模型自动转化技术进行了研究。本文中笔者面向建筑结构设计的全过程，对基于建筑结构设计信息模型的模型自动转化方法进行了系统的研究。
一、建筑结构设计信息模型的构建
目前，在建筑工程设计领域，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。建筑信息模型正是基于这一理念而提出的新的模型技术。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。
面向建筑结构设计的信息模型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。
建筑结构设计信息模型具有信息的完备性、关联性、一致性等ＢＩＭ特征，可建立起面向建筑结构设计的单一的工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间一致性和全局共享问题，为建筑结构设计中的模型自动转化提供了有效途径。
二、基于建筑结构设计信息模型的模型自动转化
建筑结构设计是建筑工程设计的关键环节，其设计内容主要包括结构设计、结构分析、施工图设计等，建筑结构设计模型的转化应以结构性设计模型为中心，其具体步骤为：
（1）通过IFC标准提取建筑设计模型的结构设计信息，建立结构设计模型，结构设计模型不包含非结构设计信息，无法反向映射建筑设计模型，其转化过程是单向的；
（2）从结构分析模型导出接口，从结构设计模型中提取结构分析模型，并进行结构设计与分析；
（3）通过结构分析模型导入接口将结果集成至结构设计构件模型，进行施工图设计；
（4）通过XML模型接口将结构设计模型转化成工程算量模型，分析并统计工程算量。
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2.1 建筑设计模型与结构设计模型之间的相互转化
最近几年，国内的很多建筑工程在设计的过程中还是使用二维图纸进行设计，结构设计人员还是按照图纸的要求进行设计，同时也进行了内力分析，按照相关的要求进行图纸的绘制。这个过程中，主要是对图元进行充分的识别，同时还要对建筑的轴网、墙、柱等结构进行定位，在这一过程中就很有可能出现重复工作的问题。我们所说的IFC标准实际上就是国际通用的对建筑产品进行数据分析和描述的标准。这个标准在建筑设计的阶段可以很好的对建筑集合模型的信息进行充分的描述，国际上使用比较普遍的软件是可以将建筑设计模型的不同文件格式全部转化成ICF文件。ICF文件对建筑设计的整体模型要进行一定的描述，这样一来也就为结构的自动生成创造了良好的条件。
ICF标准中，根据实体定义以及关联关系对构件相应的逻辑模型进行了构建，并表示了基于ICF的EXPRESS-G的格式描述了墙体模型的定义.根据洞口关联的实体以及洞口填充关联的实体分别对墙体实体以及门实体、窗实体进行关联。在结构设计的模型中，根据墙体实体以及洞口实体可以实现对结构墙体进行相关的描述。
除了墙体实体之外，柱实体、梁实体、板实体的定义和墙实体模型的定义是没有差别的.此处需要提出，建筑设计模型与结构设计模型想回转化的另外一个关键之处就是对IFC文件的解析。可根据IFCEngine，或者是IFCsvr等IFC数据解析接口对IFC文件进行相应的解析。
2.2 结构设计模型和分析模型之间的相互转化
结构分析对于结构设计来说，属于主要的环节，本文根据分析模型的转换接口，对自动生成结构分析模型文件以及回传结构分析结果等功能进行实现。因为国际上使用的结构有限元分析软件多数均是公开数据模型的格式，对于此过程的实现，相对较为容易。但是现在该模型的转换均是局限于各个有限元分析软件间几何模型的相互转化。本文则以ETAB5软件作为研究的对象，对结构设计模型转换为ETABS模型文件的实现进行研究，并将ETABS软件的设计结果根据Access数据库的文件形成原结构的设计模型。①本文所使用的ETABS导出接口，可以将结构构件的信息写入至ETABS模型文件；②将ETABS模型文件导入至ETABS软件当中，对模型进行补充定义、定义相关约束条件、施加的荷载，对结构进行相应的分析及设计；③通过ETABS软件所提供的数据库接口，把设计结果导出至Access数据库中；④将ETABS软件结果导入至接口，对构件的配筋信息以及对应的构件进行关联，这样便形成了完整的结构施工图的设计模型，此设计模型便可用在结构施工图的设计以及工程算量的统计与分析。
2.3 施工图设计模型与工程算量模型间的相互转化
施工图设计之后的结构施工图设计模型中涵盖了工程算量模型的所有信息，是最为直接的数据源。本文中则选取了国内应用相对较为广泛的广联达钥筋抽样软件，使用XML映射模型的方式对结构施工图的设计模型与工程算量模型间的相互转化进行实现。
三、系统测试
以3层钢筋混凝土框架为测试对象。测试流程如下：
（1）在Revit Architecture 2009建筑设计软件中建立测试对象模型，定义结构表面装饰面层及门窗、台阶、玻璃幕墙等，通过该软件的IFC导出接口将模型导出为IFC文件；
（2）通过BIM-SDDS的IFC建筑模型转化接口实现建筑模型结构构件的提取，生成结构模型，转化后，模型以几何模型为主，也包括构件关联信息、结构材料信息等，通过ETABS模型文件导出接口生成ETABS模型文件；
（3）定义荷载布置和结构约束，进行结构分析和设计，将设计结果导出至Access数据库，并通过BIM-SDDS的Access接口读取配筋信息，将其与结构构件相关联，形成结构设计信息模型，在BIM-SDDS系统中设计结构配筋，形成工程算量模型；
（4）通过BIM-SDDS系统的XML模型导出接口，将工程算量模型导出至GGJ2009算量软件，分析钢筋算量，生成统计和报表。为验证本模型转化方法的有效性和实用性，笔者另选择了4个设计模型进行相同测试，发现本模型使用的自动转化方法构件识别率和转化率均较高，构件规模增大时，对构件的识别仍十分有效。
总结
本文针对建筑结构设计中不同软件件建筑设计信息模型的转化问题进行了分析，提出了基于建筑结构设计模型的模型转换方法，并建立了建筑结构设计模型、建筑设计模型和工程算量模型间的转化流程，最后进行了模型应用验证。受条件所限，本次研究不能选择所有的建筑应用软件一一实验，后续研究将致力于研究支持更多软件的模型自动转化方式。
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论文作者:张会雷,周昊,杜金锁
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/18
标签：模型论文; 结构设计论文; 建筑论文; 信息论文; 结构论文; 构件论文; 实体论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;