BIM技术在结构设计软件中的应用

第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集上海.2011PAGEBIM技术在结构设计软件中的应用黄吉锋张汉义聂祺（中国建筑科学研究院北京100013）[摘要]勘察设计行业在建设领域中率先应用计算机技术，成为我国信息化建设起步早、发展快、效益高的行业。PKPM系列软件是我国使用最广泛的建筑软件，它集结构计算与施工图绘制于一体，方便快捷，提高了工作效率，节省了成本。但在目前不同软件的信息交换与共享主要是由人工完成的，解决信息交换与共享问题的出路在于标准。有了统一的标准，也就有了系统之间交流的共同语言，数据自然在不同系统之间流转起来。正是为了这个目的，才有了IAI组织及其研究的IFC标准。本文根据PKPM工程部开发经验，主要介绍如何建立PKPM到IFC标准接口以及遇到的问题，供相关研究人员参考。[关键词]IFC，PKPM，数据格式，交换1引言随着计算机技术和互联网技术的不断发展进步，信息技术这个概念已经渗透到了人们生活的每一个角落。建筑行业的信息化也成为了一个炙手可热的话题。目前，国际建筑行业信息化已经发展到了很高的水平，国内在近几年也发展非常迅速。建筑工程项目是一个复杂的、综合的经营活动，参与者涉及众多专业，生命周期长达几十年、上百年，所以建筑信息交换与共享是工程项目的主要活动内容之一。目前的建筑软件只是涉及建筑全生命周期某个阶段的、某个专业的领域应用，例如设计阶段的建筑CAD软件。没有哪个开发商能够提供覆盖建筑物全生命周期的应用软件系统，也没有哪个工程是只使用一家的软件产品完成的。但在大多数的情况下，信息的交换与共享是由人工完成的。也就是说，人成为了不同系统之间的接口，手工实现(重新录人)了信息交换，这样做的效率和质量大大降低了。BIM(BuildingInformmationModeling)“建筑信息模型”这个概念是由Autodesk公司于2002年开始推广的概念，由于当时在我国的推广力度不够，实际上是到2004年，通过Autodesk的AutoCAD2005产品宣传会，业界才逐渐开始认识它。随着建筑业对BIM兴趣的增加，互操作问题浮现出来。因为基于模型的不同软件之间，要想集成在一起实现流畅并有效的工作流，互操作是一种途径和方式。于是，互操作问题引起专家的关注。对于大多数建筑业者来说，互操作近似等同于IFC的工作。2基于IFC标准的PKPM软件研究意义IFC(IndustryFoundationClasses)是由IAI(InternationalAllianceforInteroperability)针对建筑模型数据交换制定的国际标准。它是AEC(Architecture,,EngineeringandConstruction)的实体(如墙、窗户等)类库。IFC是建立在STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)的EXPRESS数据定义语言上，采用面向对象的方法，用类来封装。这样就可以直接借鉴STEP项目中的大量成熟研究成果。因为IFC是开放的，基于IFC建立的信息模型允许AEC工程师们共享，一旦一个工程师建立了模型，对于那些使用有IFC数据接口的软件系统的AEC公司、业主、管理单位就不需要重新建模，这就提高了工作效率，节省了成本。应用IFC标准不要求软件内部应用这套标准，而只要求在与其他系统交换信息时有一个IFC标准的接口。PKPM系列软件(PMCAD,SpaSCAD,SATWE,PMSAP,TAT,JCCAD,STS,APM,DEC,GARLAND,ABD,STAT等)以中国建筑科学研究院工程部具有独立自主版权的CFG图形系统为基本开发平台，有机结合了当今软件开发的先进技术，以MFC作为用户输人、输出界面开发工具，具有Windows系统下软件的一致界面。该软件在全国万家以上设计单位使用，集结构计算与施工绘图于一体，是国内建筑设计行业应用最广泛的建筑工程软件系统。为了把PKPM软件系统推向国际市场，需要建立实现系统标准化协作应用平台。本文主要介绍如何用国际建筑工业标准IFC建立这个协作应用平台，从而把PKPM软件的数据转换成IF'C数据格式，与其他软件系统共享信息。3PKPM欧洲版IFC接口介绍PKPM系统应用在国内已经非常普遍，国外市场(新加坡、香港、越南等)也已经推广。为了进一步推广PKPM，首先开发欧洲版的IFC接口，然后根据用户的反应，最终实现所有版本的接口。3.1接口1.0版本功能3.1.1采用的是IFC2X3版本,而目前最新的是IFC2X4版本3.1.2结构模型初步转换；实现对结构系统的构件截面、材料、几何、位置的交换3.2转换相关约定3.2.1截面转换由于PM模型中截面类型众多，目前限定可转换截面为PMCAD中的梁柱截面1－6，9－11类型。譬如，因为有的截面(如钢管混凝土截面、格构式组合截面、实腹式组合截面等)，IFC还没有对应的语句来描述，对于任意封闭多边型截面，IFC只能描述单连通截面，对于多连通截面没有办法描述，譬如PMCAD的9类型截面(角钢组合截面)，目前IFC无法描述。IFC可以参数描述的截面如图1～图11所示：图1IfcLShapeProfileDefL型截面(即角钢截面)图2IfcUShapeProfileDefU型截面(STS中的槽钢类型32)图3IfcCShapeProfileDefC型截面(STS中的薄型槽钢类型72)图4IfcZShapeProfileDefZ型截面(STS中的薄型Z型钢73之一)图5IfcTShapeProfileDefT型截面(STS中的对称T型钢14)图6IfcCraneRailFShapeProfileDef吊车轨F截面(PM没有对应截面)图7IfcCraneRailAShapeProfileDef吊车轨A截面(PM没有对应截面)图8IfcCircleProfileDef圆形截面(PM截面3类型)图9IfcEllipseProfileDef椭圆截面(PM没有这个类型)图10IfcRectangleProfileDef矩形截面(PM截面1类型)图11IfcTrapeziumProfileDefT形截面(PM截面11类型)因此，在IFC转换到PM模型时，有的截面无法转换到对应的截面，本程序遇到这种情况，直接转换成一个特定名称的矩形截面，然后在转换日志LOG上用文字说明。用户可以在PMCAD或其它结构软件系统，直接将该截面换成一个合适的截面。3.2.2材料转换图11材料转换界面在PMCAD系统中，虽然材料类别可以允许若干种，但是我们经常使用的是混凝土和钢。在PM转换成IFC时，各种材料的输出如下：混凝土：IFCMATERIAL('Concrete40');里面的名称为混凝土的英文和混凝土标号。钢：IFCMATERIAL('Steel2');里面的名称为钢的英文和钢级别号。在IFC转换到PMCAD结构系统时，如果IFCMATERIAL中的名称无法得到材料信息的话，那么在转换过程中，将弹出一个材料输入对话框，由用户来设置IFC中出现的材料名称，赋予PMCAD中实际的材料信息，即给出材料是混凝土还是钢，标号或者级别是多少。在某些情况，IFC没有说明构件的材料信息，我们设定构件的材料是混凝土，标号25。3.2.3构件几何形状描述梁、柱，支撑几何形状都使用拉伸体的描述，不容许进行半无限空间进行BOOL操作。墙体几何形状的描述是拉伸体，容许一次半无限空间进行BOOL操作，不容许多次BOOL操作。几何形状的描述不容许使用BREP描述，即不容许使用表面模型(类似AutoCad的3Dface)来描述构件形状。对于PM模型中的圆弧构件――圆弧梁和圆弧墙，使用直线段离散的办法，变为逐段直线段描述。3.2.4荷载荷载转换目前没有完成，拟放在接口下个版本中实现。4结语IFC自从作为ISO标准颁布以来，在国际上发展很快，许多企业研发了基于IFC标准的现有建筑软件的输人/输出接口，取得了可观的经济效益。我国起步比较晚，2004年6月中国建筑科学研究院才成立IFC课题研究，目前研究的探索阶段已经完成，能够实现欧洲规范版本与IFC标准的接口，为接下来最终实现所有版本的接口打下坚实的基础。参考文献[1]Step工业自动化系统与集成产品数据表达与交换。[2]IFC2X(Industr