本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種bim與計算軟件雙向貫通的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

bim((buildinginformationmodeling)作為一種新興的三維設(shè)計技術(shù)，在最近的十多年，已逐漸在工程建設(shè)的設(shè)計、施工、運(yùn)維階段得到廣泛的使用。然而在工程的設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)專業(yè)采用bim設(shè)計仍然非常滯后，通常是被動地創(chuàng)建bim模型為建筑、機(jī)電等專業(yè)使用，幾乎不會主動采用bim技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。究其原因，采用bim技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，效率竟然大大低于傳統(tǒng)的二維設(shè)計方式。

為此，國內(nèi)外已進(jìn)行了約10年的研究，開發(fā)了多個插件，實現(xiàn)了bim和結(jié)構(gòu)計算軟件的連接。歸納起來，有以下三種方式：1)在bim平臺中讀入結(jié)構(gòu)計算模型；2)將bim三維模型和部分荷載寫入計算軟件；3)模型與荷載在bim和計算軟件間雙向傳遞。第1種方式的實質(zhì)是以計算軟件為中心，先進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算然后創(chuàng)建bim模型和圖紙，該方法與通常的設(shè)計流程不符，無法在結(jié)構(gòu)設(shè)計中廣泛應(yīng)用；從bim平臺讀入修改過的計算模型時，必然要進(jìn)行模型對比，一一確認(rèn)修改之處是以計算模型的為準(zhǔn)還是保持不變，操作相當(dāng)繁瑣；每次導(dǎo)入新的計算模型，bim圖紙中與變動構(gòu)件關(guān)聯(lián)的孔洞、埋件、支墩、標(biāo)記、尺寸標(biāo)注等均需相應(yīng)補(bǔ)充和修改，工作量大，極易出錯。第2種方式，每當(dāng)bim模型有改動時，重新寫入計算軟件后，需要在計算軟件中進(jìn)行相應(yīng)的核對和修改，以及核實、修改和補(bǔ)充該修改處周邊的荷載和相關(guān)設(shè)定，相當(dāng)繁瑣。因此工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為保證正確性，避免繁瑣的核實、修改和補(bǔ)充工作，常常只在首次創(chuàng)建計算模型時利用bim模型生成該計算模型，后續(xù)的修改調(diào)整分別在bim模型和計算軟件中以手工方式完成。第3種方式，工程師需要時刻牢記當(dāng)前最新的模型到底在哪邊以免傳錯方向，且bim模型傳遞到計算軟件后不能避免查找核實修改處的周邊荷載和相關(guān)設(shè)定的繁瑣，在bim中導(dǎo)入計算模型無法解決模型對比和關(guān)聯(lián)圖元丟失的問題。

可以看出，當(dāng)前的連接方式，僅僅是單純地實現(xiàn)bim模型和計算模型部分?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，沒有充分利用bim平臺的技術(shù)特點，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)bim設(shè)計效率低，僅能滿足簡單結(jié)構(gòu)的施工圖設(shè)計要求，無法在結(jié)構(gòu)的bim設(shè)計中廣泛推廣，造成當(dāng)前結(jié)構(gòu)專業(yè)不愿主動采用bim技術(shù)進(jìn)行設(shè)計的局面。

為此，結(jié)合三維bim平臺的特點，本發(fā)明提出一種滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的bim設(shè)計方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述存在的問題，提供了一種bim與計算軟件雙向貫通的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。本發(fā)明充分利用了bim平臺的特點，以bim平臺為中心，在bim平臺中完成計算軟件行的前處理，在bim平臺中讀取計算結(jié)果，以此方式實現(xiàn)二者的雙向貫通。本發(fā)明能避免信息的重復(fù)輸入，可提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率，大大提高bim設(shè)計的工作效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種bim與計算軟件雙向貫通的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，具體包括以下過程：

步驟1、在bim平臺中建立bim三維模型和視圖；

步驟2、在bim平臺中指定bim分析模型，在該模型中輸入結(jié)構(gòu)計算所需的全部信息；

步驟3、在bim平臺中解析bim分析模型，形成計算軟件的原始數(shù)據(jù)文件；

步驟4、在計算軟件中加載上一步形成的數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算；

步驟5、在計算軟件中查看和分析計算結(jié)果，若滿足規(guī)范要求和工程設(shè)計要求，至步驟6,否則返回步驟1進(jìn)行修改；

步驟6、在bim平臺中讀取計算結(jié)果，生成圖紙和表格。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟1的具體過程為：步驟11、在bim平臺中創(chuàng)建和修改結(jié)構(gòu)的bim三維模型，并形成部分平面、立面、剖面視圖；步驟12、在bim平臺中添加包括孔洞、埋件、支墩在內(nèi)的附屬構(gòu)件。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟2包括：步驟21、在bim平臺中指定各個構(gòu)件是否啟用bim分析模型，如果bim平臺沒有內(nèi)置的bim分析模型功能，則通過編程在bim平臺內(nèi)實現(xiàn)該功能；步驟22、對bim分析模型中進(jìn)行修改和調(diào)整；步驟23、在bim分析模型中設(shè)置約束信息、邊界條件；步驟24、在bim分析模型中輸入結(jié)構(gòu)的全部荷載；步驟25、在bim平臺中輸入荷載組合信息；步驟26、在bim分析模型中輸入結(jié)構(gòu)計算時所需設(shè)計參數(shù)；步驟27、在bim分析模型中指定特殊構(gòu)件；步驟28、在bim分析模型中設(shè)置構(gòu)件的計算長度和計算長度系數(shù)。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟24的特征在于：包括風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用在內(nèi)的所有荷載，通過編制插件在bim分析模型中實現(xiàn)快捷輸入。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，步驟26所述的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)是結(jié)構(gòu)計算所需的全部設(shè)計參數(shù)信息，包括結(jié)構(gòu)體系的類型、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、材料參數(shù)、混凝土保護(hù)層厚度、活荷載的折減、計算時的調(diào)整系數(shù)、設(shè)防烈度、抗震等級。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟3的具體過程為：步驟31、在bim平臺中解析bim分析模型；步驟32、以全覆蓋的形式寫入計算軟件的原始數(shù)據(jù)文件中，不作模型對比，形成計算軟件的原始數(shù)據(jù)文件。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟4的特征在于：在bim平臺中直接啟動計算軟件并自動打開步驟32形成的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行計算，或者手動啟動計算軟件并打開步驟32生成的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行計算。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述步驟6包括：步驟61、在bim平臺中補(bǔ)充和完善各平面、立面、剖面視圖，標(biāo)記各構(gòu)件的截面或型號，標(biāo)注定位尺寸，形成bim平面、立面、剖面圖紙；步驟62、在bim平臺中讀取計算結(jié)果并生成與計算結(jié)果有關(guān)的圖紙，或在autocad中打開并完善計算軟件生成的與計算結(jié)果有關(guān)的圖紙，或在autocad中直接繪制與計算結(jié)果有關(guān)的圖紙；步驟63、利用bim平臺創(chuàng)建統(tǒng)計表格。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，步驟63所述的統(tǒng)計表格包括柱材料統(tǒng)計表、梁材料統(tǒng)計表、板材料統(tǒng)計表、墻材料統(tǒng)計表、鋼筋統(tǒng)計表、埋件統(tǒng)計表、孔洞統(tǒng)計表、支墩統(tǒng)計表、牛腿統(tǒng)計表。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用上述技術(shù)方案的有益效果為：

相比于傳統(tǒng)的二維設(shè)計方式，本發(fā)明可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計效率的提高，能夠提高使用者采用bim設(shè)計的工作效率。

相比于目前的bim設(shè)計方式，本發(fā)明充分利用了bim平臺的特點，將“bim模型”、“圖紙和統(tǒng)計表”、“結(jié)構(gòu)計算”有機(jī)地結(jié)合在一起，可以大幅度提高結(jié)構(gòu)采用bim設(shè)計時的效率，從源頭上保證了質(zhì)量與可靠性，能用于從投標(biāo)到施工圖的各個設(shè)計階段。

在bim分析模型中輸入不同的參數(shù)信息，本發(fā)明可高效地實現(xiàn)1個結(jié)構(gòu)模型分為多個模型區(qū)別計算；本發(fā)明可將bim分析模型解析為不同計算軟件的原始數(shù)據(jù)文件，能高效地實現(xiàn)多個計算軟件計算同一個結(jié)構(gòu)模型。本發(fā)明不僅能應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑結(jié)構(gòu)的bim設(shè)計，還能推廣到其它行業(yè)的結(jié)構(gòu)bim設(shè)計中。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

一種bim與計算軟件雙向貫通的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，具體包括以下過程：步驟1、在bim平臺中建立bim三維模型和視圖；步驟2、在bim平臺中指定bim分析模型，在該模型中輸入結(jié)構(gòu)計算所需的全部信息；步驟3、在bim平臺中解析bim分析模型，形成計算軟件的原始數(shù)據(jù)文件；步驟4、在計算軟件中加載上一步形成的數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算；步驟5、在計算軟件中查看和分析計算結(jié)果，若滿足規(guī)范要求和工程設(shè)計要求，至步驟6,否則返回步驟1進(jìn)行修改；步驟6、在bim平臺中讀取計算結(jié)果，生成圖紙和表格。

所述步驟1是結(jié)構(gòu)bim三維模型和bim平面、立面、剖面視圖的創(chuàng)建過程，具體過程為：步驟11、在bim平臺中創(chuàng)建和修改結(jié)構(gòu)的bim三維模型，并形成部分平面、立面、剖面視圖；步驟12、在bim平臺中添加包括孔洞、埋件、支墩在內(nèi)的附屬構(gòu)件。

所述步驟2中：步驟21、在bim平臺中指定各個構(gòu)件是否啟用bim分析模型?！癰im分析模型”一般來自于“bim三維模型”。如果bim平臺沒有內(nèi)置的bim分析模型功能，則通過編程在bim平臺內(nèi)實現(xiàn)該功能；步驟22、對bim分析模型中進(jìn)行修改和調(diào)整；步驟23、在bim分析模型中設(shè)置約束信息、邊界條件；例如，構(gòu)件端部的約束信息，對于混凝土構(gòu)件，宜直接在bim分析模型中指定，對于鋼構(gòu)件，則直接讀取結(jié)構(gòu)bim三維模型中的約束信息，在bim分析模型中進(jìn)行補(bǔ)充和完善；步驟24、通過編制插件在bim分析模型中實現(xiàn)快捷輸入結(jié)構(gòu)的全部荷載；包括風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用在內(nèi)的所有荷載，；步驟25、在bim平臺中輸入荷載組合信息；步驟26、在bim分析模型中輸入結(jié)構(gòu)計算所需的全部結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，包括結(jié)構(gòu)體系的類型、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、混凝土保護(hù)層厚度、活荷載的折減、計算時的調(diào)整系數(shù)、設(shè)防烈度、抗震等級；步驟27、在bim分析模型中指定特殊構(gòu)件；步驟28、在bim分析模型中設(shè)置構(gòu)件的計算長度和計算長度系數(shù)。

所述步驟3的具體過程為：步驟31、在bim平臺中解析bim分析模型；步驟32、按計算軟件的數(shù)據(jù)格式，以全覆蓋的形式寫入計算軟件的原始數(shù)據(jù)文件；所述數(shù)據(jù)文件中，包括節(jié)點與網(wǎng)格、桿件編號、板單元指定、材料定義、桿件截面、自轉(zhuǎn)角度、構(gòu)件材料指定、支座、桿端約束、荷載及工況、荷載組合等內(nèi)容。

所述步驟4的特征在于：在bim平臺中直接啟動計算軟件并自動打開步驟32形成的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行計算，或者手動啟動計算軟件并打開步驟32生成的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行計算。

所述步驟6包括：步驟61、在bim平臺中補(bǔ)充和完善各平面、立面、剖面視圖，標(biāo)記各構(gòu)件的截面或型號，標(biāo)注定位尺寸，形成bim平面、立面、剖面圖紙；步驟62、在bim平臺中讀取計算結(jié)果并生成與計算結(jié)果有關(guān)的圖紙，或在autocad中打開并完善計算軟件生成的與計算結(jié)果有關(guān)的圖紙，或在autocad中直接繪制與計算結(jié)果有關(guān)的圖紙；步驟63、利用bim平臺創(chuàng)建統(tǒng)計表格，包括柱材料統(tǒng)計表、梁材料統(tǒng)計表、板材料統(tǒng)計表、墻材料統(tǒng)計表、鋼筋統(tǒng)計表、埋件統(tǒng)計表、孔洞統(tǒng)計表、支墩統(tǒng)計表、牛腿統(tǒng)計表。

其中的一個實施例，某混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其樓面次梁為鋼梁。bim平臺采用revit，計算軟件采用pkpm。(1)在revit中創(chuàng)建結(jié)構(gòu)的三維模型，同時創(chuàng)建平、立、剖視圖，然后添加孔洞、埋件、支墩、牛腿等構(gòu)件。明確鋼梁兩端的連接是“鉸接”、“剛接”或“滑動鉸”。(2)在revit中指定啟用“分析模型”的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，修改和調(diào)整分析模型。利用自主開發(fā)程序，在revit分析模型中輸入pkpm計算所需要的全部設(shè)計數(shù)據(jù)，包括約束信息、邊界條件、荷載工況、荷載、荷載組合、結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)、特殊構(gòu)件、計算長度和計算長度系數(shù)等?？上缺闅vrevit分析模型中的鋼構(gòu)件并讀取其在revit三維模型中的“起點連接”和“終點連接”參數(shù)，輸入約束信息。本實施例中自主開發(fā)程序?qū)τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員屬于現(xiàn)有技術(shù)手段。(3)利用自主開發(fā)程序，在revit中解析revit分析模型，以全覆蓋的形式寫入pkpm的原始數(shù)據(jù)文件“.jws”中。(4)利用自主開發(fā)程序在revit中直接調(diào)用pkpm進(jìn)行計算，或人工在pkpm中打開上一步形成的“.jws”文件進(jìn)行計算。(5)在pkpm中查看和分析結(jié)構(gòu)的整體指標(biāo)及各構(gòu)件的計算結(jié)果，若滿足規(guī)范要求和工程設(shè)計要求，至步驟(6),否則返回步驟(1)進(jìn)行修改。(6)在revit中標(biāo)記各構(gòu)件的截面或型號，標(biāo)注定位尺寸，形成bim平面、立面、剖面圖紙。利用自主開發(fā)程序，在revit中讀入pkpm的計算結(jié)果，生成梁、板、柱配筋圖、鋼梁連接節(jié)點詳圖。在revit中創(chuàng)建柱、梁、板、埋件、孔洞、支墩、牛腿等材料統(tǒng)計表。

其中的另一個實施例，是某火力發(fā)電廠鋼結(jié)構(gòu)主廠房的設(shè)計，其結(jié)構(gòu)形式為鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)。bim平臺采用revit，劃分為主框架(框架梁柱和垂直支撐)和樓面結(jié)構(gòu)(次梁、樓板、水平支撐)兩個工作集，分別由甲、乙二人在一個中心文件內(nèi)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計。主框架和樓面結(jié)構(gòu)所采用的荷載及荷載組合不同，最終確定由甲采用staad.pro計算主框架并用sap2000作計算復(fù)核，乙采用pkpm計算樓面結(jié)構(gòu)。主要操作步驟與上一個實施例相同，本處僅描述與其不同的內(nèi)容：(1)在revit中心文件中劃分主框架、樓面結(jié)構(gòu)的工作集，甲乙二人協(xié)同創(chuàng)建結(jié)構(gòu)的三維模型。設(shè)置柱、梁、支撐兩端的連接是“鉸接”、“剛接”或“滑動鉸”。(2)在revit分析模型中，先劃分主框架和樓面結(jié)構(gòu)的荷載工況及荷載組合號的范圍：例如荷載工況1～30是主框架的，荷載工況31～40是樓面結(jié)構(gòu)的；荷載組合101～3000是主框架的，荷載組合3001～4000是樓面結(jié)構(gòu)的。然后利用自主開發(fā)程序，甲乙二人分別輸入各自的荷載及荷載組合。(3)利用自主開發(fā)程序?qū)懭胗嬎丬浖脑紨?shù)據(jù)時，應(yīng)選擇主框架和樓面結(jié)構(gòu)各自的荷載工況、荷載、荷載組合。甲將數(shù)據(jù)寫到staad.pro的數(shù)據(jù)文件“.std”和sap2000的數(shù)據(jù)文件“.sdb”，乙將數(shù)據(jù)寫到pkpm的數(shù)據(jù)文件“.jws”中。將數(shù)據(jù)寫入“.std”時，staad.pro特有的且與模型荷載數(shù)據(jù)無直接關(guān)系的固定命令，例如“printstorydrift”、“cutofffrequency”、“setzup”等，可以暫時在staad.pro的前處理中設(shè)定，數(shù)據(jù)寫入時該字段不覆蓋。(4)甲運(yùn)行staad.pro、sap2000進(jìn)行計算，乙運(yùn)行pkpm進(jìn)行計算。(5)甲在staad.pro、sap2000中查看和分析計算結(jié)果，乙在pkpm中查看和分析計算結(jié)果，若滿足規(guī)范要求和工程設(shè)計要求，至步驟(6),否則返回步驟(1)進(jìn)行修改。(6)甲乙二人完成各自的圖紙與統(tǒng)計表。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。如果本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神所做的非實質(zhì)性改變或改進(jìn)，都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍。