馮 俊 彥

(大同市二院建筑設(shè)計研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037006)

1 BIM的構(gòu)建

本文認(rèn)為BIM的構(gòu)建需要以下信息技術(shù)的支撐，其中，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是構(gòu)建BIM的數(shù)據(jù)支撐，隨著建筑工程復(fù)雜度的提高，工程設(shè)計已經(jīng)不能依靠一兩個軟件來完成，不同的軟件系統(tǒng)之間的信息交互需要國際化的信息標(biāo)準(zhǔn)來支撐，如IFC,CIS/2等；參數(shù)化模型是構(gòu)建BIM的模型支撐，參數(shù)化建模技術(shù)為BIM應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)模型，離開參數(shù)化建模BIM的構(gòu)建將失去數(shù)據(jù)之源，當(dāng)前主流的BIM建筑設(shè)計軟件Revit,ArchiCAD等都可以通過參數(shù)化模型建立建筑設(shè)計BIM模型；可視化是構(gòu)建BIM的圖形支撐，基于圖形的工程設(shè)計已經(jīng)成為建筑工程設(shè)計軟件的共同屬性，BIM的展現(xiàn)也要通過可視化的圖形來表達(dá)；協(xié)同設(shè)計是構(gòu)建BIM的管理支撐，協(xié)同設(shè)計是基于BIM的工程設(shè)計的內(nèi)在要求，基于BIM模型的協(xié)同設(shè)計是建筑設(shè)計業(yè)的發(fā)展方向。

2 應(yīng)用軟件平臺

基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計系統(tǒng)需要利用相關(guān)應(yīng)用軟件系統(tǒng)或平臺實現(xiàn)對設(shè)計模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、分析、集成和展現(xiàn)。這些應(yīng)用系統(tǒng)和平臺包括：基于BIM的施工圖設(shè)計平臺、參數(shù)化BIM建模系統(tǒng)、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件、工程算量軟件。

2.1 基于BIM的施工圖設(shè)計平臺

一個基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計平臺，提供結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計、基于BIM模型的協(xié)同設(shè)計管理等基本功能。同時，基于IFC和非IFC的模型轉(zhuǎn)換接口，結(jié)構(gòu)分析模型和工程算量模型的自動生成等輔助功能。

2.2 參數(shù)化BIM建模系統(tǒng)

隨著基于BIM的建筑設(shè)計軟件日趨成熟，大量的建筑工程設(shè)計中開始采用應(yīng)用Revit Architecture，ArchiCAD等BIM建模軟件進(jìn)行建筑設(shè)計與分析。本文采用Revit Architecture軟件建立建筑設(shè)計模型。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件

建筑結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件設(shè)計是施工圖設(shè)計的前提和基礎(chǔ)，國際主流的建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計的軟件全部都提供了數(shù)據(jù)接口，全部都配備了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)建和結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果的輸出。本文中綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的通用性、設(shè)計結(jié)果的可導(dǎo)出性等因素，選取ETABS軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.4 工程算量軟件

工程算量是工程計價的基礎(chǔ)，基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計模型可以為工程算量分析提供精確的數(shù)據(jù)模型，而且支持模型信息的動態(tài)更新，是工程算量軟件最佳的數(shù)據(jù)源。本文中選取國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的廣聯(lián)達(dá)GGJ2009鋼筋算量軟件作為銜接結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計模型的工程算量軟件。

3 模型轉(zhuǎn)換流程與接口方案

基于BIM的結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計需要解決多個軟件系統(tǒng)之間的模型轉(zhuǎn)換問題。本文所涉及的工程數(shù)據(jù)模型主要包括：建筑設(shè)計模型、結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計模型、結(jié)構(gòu)分析模型、工程算量模型。本文提出了基于結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計信息模型的模型轉(zhuǎn)換流程。模型轉(zhuǎn)換接口方案如圖1所示。

3.1 基于IFC的建筑模型導(dǎo)入接口

IFC標(biāo)準(zhǔn)采用EXPRESS語言進(jìn)行建筑產(chǎn)品模型的定義，是一個基于面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型體系。EXPRESS語言是STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的一種面向?qū)ο蟮男畔⒚枋稣Z言，提供EXPRESS文本方式和EXPRESS-G圖形方式兩種模型描述的方式。EXPRESS文本方式更便于計算機(jī)的讀取，可用于IFC模型文件的解析。EXPRESS-G圖是EXPRESS模型的子集，可以通過圖形的方式更加形象的展現(xiàn)實體之間的派生、關(guān)聯(lián)關(guān)系。兩者結(jié)合使用，更好地完成IFC模型的定義。

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，現(xiàn)行的IFC標(biāo)準(zhǔn)可以對結(jié)構(gòu)設(shè)計信息模型中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件、構(gòu)件屬性、構(gòu)件關(guān)聯(lián)關(guān)系、荷載工況等進(jìn)行完整的描述。本文采用課題組自主開發(fā)的IFC解析接口進(jìn)行IFC文件的解析，通過預(yù)定義模型子視圖控制模型提取的內(nèi)容，實現(xiàn)基于IFC的建筑設(shè)計模型向結(jié)構(gòu)設(shè)計模型的自動轉(zhuǎn)換。

3.2 ETABS結(jié)構(gòu)分析模型轉(zhuǎn)換接口

本文用ETABS軟件來實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計的轉(zhuǎn)換，并用ETABS結(jié)構(gòu)分析模型的軟件功能利用Access數(shù)據(jù)庫文件的結(jié)合來實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)施工圖的設(shè)計與轉(zhuǎn)換。

3.3 工程算量模型XML導(dǎo)出接口

本文選用國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的廣聯(lián)達(dá)鋼筋算量軟件GGJ2009，采用XML映射模型的方式實現(xiàn)從結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計模型到工程算量模型的轉(zhuǎn)換。

4 施工圖設(shè)計信息模型

4.1 施工圖設(shè)計信息模型的構(gòu)成

施工圖設(shè)計信息模型是以建筑結(jié)構(gòu)的三維模型作為核心，并包含建筑的結(jié)構(gòu)物理模型以及模型管理、模型屬性和模型關(guān)聯(lián)等信息模塊。

4.2 施工圖設(shè)計信息模型的關(guān)聯(lián)機(jī)制

本施工圖設(shè)計信息模型采用IFC標(biāo)準(zhǔn)對建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計BIM模型進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，利用IFC的模型關(guān)聯(lián)關(guān)系實現(xiàn)施工圖設(shè)計信息模型的關(guān)聯(lián)機(jī)制。施工圖設(shè)計信息模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系主要包括：模型構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)、模型與屬性的關(guān)聯(lián)、模型與視圖的關(guān)聯(lián)。

基于IFC的構(gòu)件實體關(guān)聯(lián)模型，模型構(gòu)件實體之間可以通過節(jié)點關(guān)聯(lián)實體(Ifc Rel Connects Elements)建立關(guān)聯(lián)。例如梁實體(Ifc Bearn)與柱實體(Ifc Column)通過Ifc Rel Connects Elements實體建立共享節(jié)點關(guān)聯(lián)，保證相關(guān)實體的關(guān)聯(lián)修改。模型與視圖的關(guān)聯(lián)通過關(guān)聯(lián)關(guān)系實體(Ifc Rel Aggregates)建立三維模型構(gòu)件(Ifc Building Element)與二維圖形構(gòu)件實體(_Ifc Building Element 2D)的關(guān)聯(lián)實現(xiàn)，并且同一個三維構(gòu)件實體可以與多個二維圖形實體建立關(guān)聯(lián)，和模型與圖紙的一對多關(guān)系相一致。

4.3 結(jié)構(gòu)施工圖智能設(shè)計

基于BIM的建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計在設(shè)計模式上完全不同于傳統(tǒng)的基于二維圖紙設(shè)計方法，整個設(shè)計工作都是基于結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計BIM模型進(jìn)行。通過系統(tǒng)研究后，本文探索出了如下結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計流程：

本建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計方案首先將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果通過模型轉(zhuǎn)換的接口將建筑結(jié)構(gòu)施工圖輸入系統(tǒng)中，即將建筑結(jié)構(gòu)施工圖和系統(tǒng)的基本模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立起建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計的BIM模型；然后，對施工圖設(shè)計BIM模型進(jìn)行模型檢查、調(diào)整和補(bǔ)充定義；接著，進(jìn)行智能配筋設(shè)計、配筋優(yōu)化和規(guī)范校驗，形成完整的施工圖設(shè)計信息模型；最后，在該信息模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工圖的生成、布圖、修改與發(fā)布。整個設(shè)計過程主要由系統(tǒng)自動完成，而且設(shè)計過程中融入大量智能算法，充分體現(xiàn)出BIM應(yīng)用軟件的智能化、自動化程度高的優(yōu)點。

5 模型管理與協(xié)同設(shè)計方案

在傳統(tǒng)的工程設(shè)計模式下，協(xié)同設(shè)計由于缺少對核心工程模型的控制機(jī)制，只能達(dá)到對工程圖檔級別的管理，本質(zhì)上是一種協(xié)同工作環(huán)境。本文的協(xié)同設(shè)計是建立在施工圖設(shè)計信息模型基礎(chǔ)上，通過對該模型的管理實現(xiàn)對整個設(shè)計過程的協(xié)同設(shè)計管理。該協(xié)同設(shè)計方案主要包括BIM模型管理和協(xié)同設(shè)計管理，其中的協(xié)同設(shè)計，既是BIM工程設(shè)計管理的基礎(chǔ)，也是建筑設(shè)計業(yè)今后發(fā)展的主流方向?；贐IM協(xié)同設(shè)計要求BIM設(shè)計模型必須包含模型狀態(tài)、用戶權(quán)限和版本管理三個方面。在基于BIM的設(shè)計模式下，整個協(xié)同設(shè)計團(tuán)隊將基于同一個BIM模型進(jìn)行設(shè)計工作，將大幅提升設(shè)計質(zhì)量和效率。