SasCAD软件中BIM技术的应用

第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集上海·2011SpasCAD软件中BIM技术的应用张欣马恩成夏绪勇中国建筑科学研究院【摘要】SpasCAD结合PMSAP是PKPM推出的针对复杂结构进行建模、分析和设计的工具。其在数据结构、数据接口和实现方式上都更符合BIM的思想。【关键词】SpasCAD，BIM，PKPM1前言SpasCAD是PKPM系列结构设计软件中的一个空间结构设计模块，该模块的模型搭建基于三维空间坐标，可以建立任意复杂的空间结构模型。可实现自定义荷载工况与自定义荷载组合，通用弹簧阻尼支座，满应力优化设计，结构的屈曲分析，温度应力的分析，预应力、混凝土收缩应力的模拟，斜板、厚板转换层等弹性楼板的应力计算与配筋设计，中（大）震弹性、中（大）震不屈服设计，动力时程分析等功能。为了实现这些功能，SpasCAD在数据结构的组织，多程序接口，子结构的拼接应用等多方面都采用了BIM的设计思想。2关键技术分析2.1统一的数据结构SpasCAD采用统一的数据，构件的各种属性都包含在杆件的定义中，当编辑模型时，不需要直接处理构件与构件属性的关系。此外对于新增的属性，增加了预留的数据段，可以实现对新需求的扩展和老格式的兼容。数据的组织采用链表的方式，复杂结构的编辑修改，经常涉及到比规则楼层更多的关联关系。这意味着如果采用传统的数组方式，则涉及更多的独立无关数据的内存操作，降低了效率并提高了设计的复杂度。而链表方式非常适合表达这种大规模复杂结构的描述。每个构件时一个存储节点，而节点与节点间的耦合关系更低。这种方式更加容易满足BIM的多专业使用要求，可以更简单的向模型中增加专业信息。2.2丰富的接口对于造型复杂的体育场，首先的难点就是如何建立几何模型，其次利用各软件的优势，来实现模型的互通也是BIM的基本功能要求。SpasCAD提供了多种方式来灵活快速的生成模型。因为SpasCAD的模型基础是网格，所以只要完成网格的搭建，就可以布置杆件，荷载等信息。而网格的搭建除了在SpasCAD中直接建立以外，还可以通过dxf网格或excel文本这些通用的方式来完成，通过这些标准格式，可以实现各种专业软件的互通，以用户最熟悉的软件来完成建模部分。此外作为PKPM系列软件，SpasCAD可以直接导入PM模型，对于看台等规则的混凝土结构部分，可以用层模型的方式来快速建立。然后通过子结构拼装的方式，来完成整体模型，拼装方式还有一个用处，因为各部分被保存为多个模型，既可以对结构的各部分进行独立分析，也可以拼装后完成整体分析。正是基于统一的数据结构，使子结构分块设计的方法得以实现。对于更复杂的应用，往往需要二次开发才能实现。为此SpasCAD设计了程序接口为二次开发打下基础。SpasCAD的底层结构采用动态库的方式，提供接口函数来实现IO功能和输出功能函数。extern"C"void_declspec(dllexport)__stdcallSETNODE(int&ID,int&ino,float&x,float&y,float&z);上式例举了增加一个节点的接口函数，接口采用标准数据，而与内部数据采用的类、结构、链表等组织方式无关，提高了通用性。门式刚架导入程序，pm导入程序等都是采用这种方式实现的。在不同的构架的不同程序之间，可以通过通用数据接口来连接，而不用考虑其数据兼容问题。2.3选择集的应用现行规范对结构的整体分析有所要求，而采用刚性梁来模拟上部桁架网架的方式又太粗糙，难以反映整体结构的实际情况。由于桁架设计的特点，其上下弦杆和腹杆经常需要调整截面、修改布置荷载等，这就需要对模型的局部有所记录。选择集可以选择部分模型并记录下来，并可调用一个或多个选择集来显示。在导入dxf网格时，可以将图层导入选择集中，在插入子结构时也可以导入其他模型的选择集。 SpasCAD的选择集可以按多种用途来分类。在导入子结构时可以根据用途多次叠加，保留各部分的选择集属性。而模型始终是统一的。这样在编辑，删除等处理中，不会因为模型的变动而影响选择集的归类，而选择集的生成也不影响结构连接关系。 在空间建模环境，特别是复杂的结构，根据属性做局部筛选是很重要的功能，而这点在二维环境的规则工程中需求并不特别突出。而筛选的前提条件是有构件附加属性，SpasCAD采用统一的数据模型，才能使此功能得以实现。2.4对复杂模型的精确检查体育场馆类型的模型建立过程中，另一个难点就是对模型的检查。由于形式复杂，很容易出现一些难以察觉的错误，这些错误会影响分析的结果，例如错误的构件连接产生悬臂构件，而出现的局部振动；重合网格导致的构件重复布置，使刚度和质量重叠；过短的构件使局部刚度过大，而导致配筋异常等问题。针对这些常见问题，因为采用了统一的数据结构，使模型的辅助分析更加容易实现。SpasCAD提供了最小节点间距，短构件过滤检查，重合网格检查，重合墙板检查，悬臂构件检查，异形墙板检查及异常数据处理等多个检查项。此外还提供了模型统计功能，能对整体模型的构件使用量，每层构件的布置情况，截面的使用情况进行统计，结合上述检查功能，对模型的整体情况准确把握。 3总结SpasCAD的设计初衷就是解决复杂工程的建模分析与设计，所以对于体育场馆，大跨等复杂结构类型的建筑能方便的建模，结合PMSAP计算分析程序，可以满足此类结构的设计需要。在三维环境中，对复杂模型的处理要比二维环境中更复杂，而基于BIM的程序构架为这些处理提供了更有效的手段。张欣，男，工程师，地址：北京市北三环东路30号建研院主楼1210邮政编码100013，电话：（010）64517559，传真：（