浅谈结构专业BIM应用梁雄.docx

浅谈结构专业的BIM应用 ---------GICD技术总监 梁雄 模型与结构设计 BIM相关技术在建筑行业的普及和应用如火如荼，但是BIM对结构专业的工程师们意味着什么呢？能带来哪些帮助或者生产力的提高呢？在回答这些问题前，我们来看看目前结构工程师的大致工作流程： 图1. 结构专业设计基本流程 工程师根据建筑专业的输入信息制定基本的结构方案，之后根据项目的勘探信息和相关规范在结构分析软件中建立结构分析模型，这个模型包括建筑的主要受力构件的三维几何模型和荷载、计算参数等。这里的结构模型通常与建筑模型是不同的，有些需要简化，有些需要细化。比如建筑中的非主体受力构件（栏杆等）就简化掉，而结构中的梁，有些建筑方案模型中是没有的，这就需要细化。我们可以看到，同样的建筑，不同专业设计的时候，会把建筑拆分成不同粒度的基本构件，每个专业只考虑本专业所需的信息。这就是BIM应用中必须考虑模型详细等级（Level Of Detail, LOD）的原因。模型不是越细越好，也不可能一个模型吃遍天下；一个建筑在不同的阶段会构建不同粒度的模型，这些模型之间是相互关联和补充的。 结构工程师根据专业知识建立结构分析模型后就可用软件进行力学计算，结构计算软件经过几十年的发展，已经比较成熟，计算效率越来越高，计算结果越来越可靠，越来越智能，还能给出丰富的分析结果（表格、图形、计算书，甚至有应力应变动画）。 然后结构工程师根据计算分析软件给出的结果进行构件的设计，对于钢筋混凝土结构，主要是进行柱、墙、梁板的配筋和规范校核。最后将这些结构设计信息按照平法规则绘制施工图纸。在这一个流程中，施工图绘制的工作量是比较大的，本人对一些结构工程师做过访谈，对一般的住宅项目，第4步施工图绘制与前3步工作的时间比例大概是7:3。 平法表达 VS三维模型 我们偶尔会听到一种声音说：“中国BIM在结构专业发展缓慢主要是受制于平法表达规则”，真的是这样的吗？ 咋一听，好像挺有道理：BIM提倡用三维模型来表达建筑的各种信息，平法是落后的二维表达方式！可是仔细一想，这里面是有问题的：首先这句话将信息的存储与信息的传递（表达）两个概念模糊化了或者是故意混淆了。首先，我们来看信息的传递：图2 是从Tekla的三维设计软件中截取的图片，这张图片以二维平面投影的方式将构件内部的钢筋排布情况清晰的展现给我们，但是我们并不能知道这些钢筋的直径。 图2. Tekla建模软件中截取的二维平面投影表达图片 同样图3是从广联达的结构施工图软件中截取的图片，这是一个平法表达的暗柱大样图，和图2一样也是以平面的方式清晰的表达了钢筋的排布方式，并且通过注释可以很快知道各种钢筋的尺寸。图2和图3都是一种二维的信息传递方式，但是他们的信息其实都是以三维技术为载体进行组织和存储的（详见上述两款软件的官方网站）。 BIM软件的一个重要特征是其将建筑信息以三维模型为载体进行组织和存储，这样能够保证信息的完备性和相互关联性，并具备建筑语义，这些信息可以通过各种方式表达并传递给相关人们；这些表达方式可以是平法图纸也可以是三维模型的平面剖切投影，同样可以是在软件中进行三维漫游（这也是一种信息表达方式）。图4是在三维浏览过程中的截图，我们不难看出，软件三维漫游的方式来传递构件中的钢筋信息是非常低效的，需要用户不断的旋转视角，并用测量工具去测量。反而是平法规则给了我们一种高效的平面表达方式，根源在于平法表达本质上是三维模型的二维投影加上平法注释，与BIM所提倡的三维信息存储不但不矛盾，而且是相辅相成的，只是目前缺少能够将三维结构模型快速生成平法表达的软件工具。 图3. GICD施工图软件中截取的二维平法表达信息 图4. 三维漫游的方式表达（获取）信息 3.“甩图板” VS “绘图员的消失” 以上我们闲谈了结构设计的流程，三维模型与平法表达关系及认识的误区，现在回到开始提出的问题，BIM到底能给结构专业带来什么样的影响？老一辈工程师都经历过“甩图板”的时代，被称为一场革命。如今BIM时代，同样很多人认为是一场革命，这场革命我认为可以用“绘图员的消失”来概括。我们来畅想一下未来结构工程师的工作流程： 建筑师将方案模型上传到中央服务器，结构工程师打开设计软件，同步建筑模型到本地，点击软件的模型转换按钮，建筑模型自动转换成结构设计模型 结构工程师根据专业知识检查模型、添加荷载和计算参数点击计算按钮，软件自动进行计算分析，这个过程结构工程师可以去喝一杯咖啡。 软件计算完成，结构工程师查看内力和位移，判断结构是否合理，如果有必要，调整一下模型和计算参数，重新计算，如果没问题，点击出图按钮，美观的结构施工图就生成出来了。 分析上面的流程，可以看到，未来结构工程师主要工作是用专业知识确定结构方案和设定分析模型，判断计算结果的合理性，其他工作都交