(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用三維軟件工具，建立包含建筑工程完整信息的數(shù)字模型，從而對建筑物的真實(shí)信息進(jìn)行仿真模擬，并進(jìn)一步對建筑工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段進(jìn)行指導(dǎo)[1]。BIM具有對整個(gè)項(xiàng)目周期信息進(jìn)行存儲，分析，計(jì)算，展示的能力，能為做出正確決策提供必要支持，具有以下五大優(yōu)點(diǎn)：可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、模擬性、可出圖性[2]

我國推行運(yùn)用BIM相比其他發(fā)達(dá)國家較晚，目前多數(shù)人還沒能了解BIM的準(zhǔn)確內(nèi)涵，尤其是在橋梁工程中的發(fā)展應(yīng)用還相對比較滯后，運(yùn)用實(shí)例較少。這導(dǎo)致了我國對于BIM的理論研究和實(shí)際工程應(yīng)用大多還停留在模型建立、管理、仿真、檢查等方面的研究。而對于基于BIM模型的結(jié)構(gòu)有限元分析，國內(nèi)這方面的文獻(xiàn)資料十分稀少，僅有的少數(shù)研究也集中于模型的轉(zhuǎn)化上。而BIM技術(shù)在目前的力學(xué)計(jì)算和分析中的運(yùn)用還存在很多的問題和不足，結(jié)構(gòu)模型的力學(xué)計(jì)算和分析一直是整個(gè)BIM信息集結(jié)構(gòu)分析BIM模型框架和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用成鏈中脫節(jié)的一環(huán)[3]。這些問題都亟待研究人員解決。總的來說目前基于BIM的結(jié)構(gòu)有限元分析總體處于十分初始的發(fā)展階段。

本文從BIM模型轉(zhuǎn)換研究和工程實(shí)例兩個(gè)方面總結(jié)了此問題的研究現(xiàn)狀，為以后相關(guān)方面的研究提供素材。

一、BIM模型轉(zhuǎn)換研究

只有實(shí)現(xiàn)模型的對接才有可能真正的實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的全面運(yùn)用[4]由于BIM模型對信息具有良好的存儲和傳遞能力，可以作為各個(gè)軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的橋梁。

IFC(Industry Foundation Classes)是國際通用的建筑產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)[5]已逐漸成為當(dāng)前主導(dǎo)BIM構(gòu)建的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過IFC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可用于異構(gòu)系統(tǒng)交換和數(shù)據(jù)共享[6]與BIM軟件無關(guān)，只需提供對IFC標(biāo)準(zhǔn)的支持即可。BIM所采用的IFC格式模型的雛形就是定義建筑設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)信息的表達(dá)[7]。

張曉洋等[8]先提出了IFC-API建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換模式，解決傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換模式所造成的信息錯(cuò)誤與丟失等難題，實(shí)現(xiàn)了一整套較為完善的基于BIM的結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換機(jī)制。

中國建筑科學(xué)研究院[9]于EDM平臺開發(fā)了建筑工程信息共享IFC模型平臺CabrIFC軟件，初步實(shí)現(xiàn)了IFC標(biāo)準(zhǔn)與PKPM的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SpasCAD之間的幾何信息、材料信息的交換和共享。

二、工程實(shí)例

李坤[10]M軟件Revit對地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行建模，通過BIM技術(shù)配套軟件Robot Structure Analysis 2014進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件是專門為運(yùn)用BIM模型來計(jì)算而設(shè)計(jì)的一套軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)大多數(shù)有限元計(jì)算軟件的常用功能，通過細(xì)致的自動劃分網(wǎng)格、進(jìn)行非線性計(jì)算等，還能結(jié)合工程規(guī)范對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評價(jià)和驗(yàn)算，實(shí)現(xiàn)了BIM軟件和有限元軟件之間的結(jié)合。李坤成功的將BIM技術(shù)運(yùn)用在此工程實(shí)踐中，證明了通過BIM技術(shù)進(jìn)行對于傳統(tǒng)的建模軟件之間的巨大優(yōu)勢，是BIM運(yùn)用到全項(xiàng)目的流程中，為今后BIM技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了參考，助力于BIM在地鐵車站全項(xiàng)目周期的使用。

唐克[11]Dassault公司旗下的CATIA建立基坑支護(hù)模型。相比傳統(tǒng)的有限元分析軟件，采用CATIA進(jìn)行建模具有模型結(jié)構(gòu)參數(shù)化、曲面設(shè)計(jì)能力強(qiáng)、可以采用骨架驅(qū)動[12]立模型和零部件與裝配件之間具有聯(lián)動性等優(yōu)點(diǎn)。采用同為Dassault公司的有限元計(jì)算軟件ABAQUS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，保證結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過對比實(shí)際檢測數(shù)據(jù)與相關(guān)規(guī)范要求，證明了基于BIM的結(jié)構(gòu)有限元分析在基坑工程上滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

三、總結(jié)與展望

通過以上綜述，目前基于BIM的結(jié)構(gòu)有限元分析幾乎都是在現(xiàn)有BIM軟件和結(jié)構(gòu)有限元分析的軟件基礎(chǔ)上，開發(fā)出一套能實(shí)現(xiàn)模型處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的機(jī)制，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和結(jié)果的導(dǎo)出。在今后的研究中，我認(rèn)為更加重要的是建立一套能更加適應(yīng)結(jié)構(gòu)模型處理的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能在標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)化和進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)的二次開發(fā)，這樣才能更好得利用BIM軟件精細(xì)的建模能力和有限元分析軟件強(qiáng)大的機(jī)構(gòu)分析能力來提高BIM的適用性和結(jié)構(gòu)計(jì)算的精確性。