BIM技术应用于结构设计的探讨与案例.doc

BIM技术应用于结构设计的探讨与案例 第2卷第4期 2010年12月 V01.2No.4 Dec.2010 BIM技术应用于结构设计的探讨与案例 龙辉元 (奥雅纳工程咨询有限公司北京分公司,北京100020) 【摘要】本文就笔者在基于BIM技术的AutodeskRevitStructure工具软件应用实践中的体会和遇到的问题,通过 具体的结构设计案例来探讨和分析BIM技术应用于建筑结构设计中的难点和阻力,旨在给BIM技术工具软件和结 构设计分析软件的开发和应用者一些启迪. 【关键词】建筑信息模型;BIM技术;变截面构件族;变截面构件单元 【中图分类号】TU311.41【文献标志码】A【文章编号】1674—7461(2010)04—0089—05 1前言 随着BIM(建筑信息模型)技术工具软件的不断 完善,BIM技术正逐渐在中国的工程界广泛应用. BIM技术的优势是不同专业,不同部门可以实现数据 共享,即:建筑师,工程师,承包商和业主可以共享一 致的数字设计信息和文档,共同使用项目可视化数字 模型,来进行各种模拟和分析(比如:性能,外观和成 本),从而达到更快捷,更经济,更及时地完成项目. 但市场调查表明,目前结构工程师接受和应用BIM 技术的深度和广度远远低于建筑师.笔者认为,其主 要原因在于目前BIM技术在3D物理模型与结构分 析模型的双向链接方面还有许多有待解决的技术问 题.下面以笔者在工具软件AutodeskRevitStruc. ture应用中的实践经验和体会,通过具体的结构设 计案例来探讨和分析BIM技术应用于建筑结构设计 中的难点和阻力,旨在给BIM技术工具软件和结构 设计分析软件的开发和应用者一些启迪. 2BIM技术在结构设计中应用的难点 结构工程师目前主流的设计方式是利用有限 元结构分析软件(程序)进行结构建模计算和结构 整体空间受力和变形分析,然后另外利用2D绘图 工具来绘制传统的2D施工图文档.基于BIM技术 的结构设计方式是:工程师将物理模型发送到结构 分析软件,分析程序进行分析计算,随后返回设计 信息,并动态更新物理模型和施工图文档.BIM技 术就结构设计本身而言,其基本理念就是要达到结 构计算分析和施工图文档两者相互统一,或者说实 现两者间的无缝链接. 建筑师搭建BIM模型时,关注的是模型空间表 达的真实性和外观视觉上的效果,以及物理模型能否 自动生成2D施工图文档.与建筑专业相关的计算分 析,比如日照分析和建筑能耗分析,对模型数据库的 要求也往往仅限于模型的几何外观和空问尺寸,以及 材料的物理特性.结构工程师搭建BIM模型时,除 了关心物理模型能否自动生成2D施工图文档,同事 也关心物理模型能否自动转化为可以被第三方结构 分析软件认可的结构分析模型.毕竟结构的安全性 分析计算是结构设计的首要环节和重要问题.由于 结构分析模型中包括了大量的结构分析所要求的各 种信息,如:材料的力学特性,单元截面特性,荷载,荷 载组合,支座条件等等.所以结构工程师的BIM模 型就会因繁多的参数而异常复杂. BIM技术是完全的数据库式模型,理论上说,实 现BIM物理模型与结构分析模型,物理模型与2D 施工图文档之间的双向链接是完全可行的.很多 BIM工具软件也将自己可以实现与通用的结构分析 软件双向无缝链接作为其功能特色来宣传.但笔 者在具体的应用中发现,所谓的双向无缝链接是有 【作者简介】龙辉元(1963一),男,副总工程师,国家一级注册结构工程师.主要研究方向:高层和超限高层建筑结构设计, 复杂大跨度空间钢结构设计与研究,结构方案优化和CAD技术:二次开发.E—mail:hy.1ong@arup.oom 条件的.即BIM物理模型中采用的构件(单元或 族)必须是比较简单或常用的常规标准件.如果构 件的形式复杂或异形,在链接到结构分析软件时就 会丢失很多数据. 所以,在BIM技术应用到结构设计的过程中, 物理模型与结构分析模型双向无缝链接问题是影 响结构工程师接纳BIM技术的一大阻碍障碍.下 面针对这个问题作一些探讨. 3BIM物理模型与结构分析模型的链接 障碍 在搭建BIM物理模型时,可以随意定义一根构 件的形状和断面.构件截面可以是异形的,截面的 大小沿着构件长向也是变化多样的,例如图1之鱼 腹钢梁. 这个构件在BIM物理模型中是一个独立的单 元,但这样的单元在目前以杆单元和壳单元为基本 刚度单元的结构分析软件中,大都还没有等效的单 元力学模型与之对应. 目前常用的结构分析软件在截面类型的多样 性方面基本实现了可以随意变化,但这仅限于截面 2D平面内尺寸的变化,在3D方向(沿着构件长向) 的截面变化,目前涉及处理这种较复杂变化的结构 分析软件还很少,能处理的对象也相对简单.因此 解决好物理模型与结构分析模型的链接,