基于CFG平台的BIM应用

第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集上海·2011基于CFG平台台的的BIM应用郭华锋沈文都都都邓正贤董毅中国建筑科学研研研究院建建研科科技股份份有限限公司设设计软软件事业业部【摘要】建筑信信信息模型型(BIM))是计计算机辅辅助建建筑设计计领域域的新技技术，它它不仅包包含几几何数据据，还还包含建建筑生生命周期期中的的大量工工程数数据。PKKPPM坚持自主主创创新，开开发了了具有自自主知知识产权权的图图形平台台（ComppuuterrFForttraanGGraaphiicss,简称CFG）。在此此平平台基础础上，PKPM统一了各各专专业模块块的数数据接口口，建建立了核核心BIM数据库，开开开发出一一套集集建筑、结结构构、设备备、造造价、节节能、施施工于一一体的的集成化CAD系统，它它具具有参数数化高高效设计计、良良好协同同设计计的特点点，实实现了三三维设设计可视视化，三三维模型型与施施工图双双向关关联，构构件统统计和材材料算算量，极极大地地方便了了设计计单位各各个专专业部门门的密密切配合合。以以参数化化智能能模型技技术为为基础的的建筑筑信息模模型必必将取代代传统统的计算算机辅辅助建筑筑设计计手段，成成为为信息时时代推推动中国国建筑筑业的新新动力力。【关键词】建筑筑筑信息化化模型型（BIM）；CFG平台；PKPM；三维可可视视化1引言建筑业是中国国国国民经济济的支支柱产业业，而而它长期期以来来属于一一个劳劳动密集集、粗粗放经营营的行行业。中中国加加入WTO以后，面面临临建筑市市场的的全球化化竞争争，提高高中国国建筑业业竞争争力的问问题迫迫在眉睫睫，关关键在于于必须须充分利利用新新技术进进行建建筑业信信息化化研究，否否则则，建筑筑业将将严重影影响整整个国民民经济济和社会会信息息化的发发展[[1]。20世纪80年年代，建建筑业业开始吸吸收来来自于制制造业业的经验验，研研究信息息技术术在建筑筑设计计上的应应用方方法，并并提出出了建筑筑信息息模型（BuillddinggIInfoormmatiionnMoodeel，简称BIM）[2]的概概念念。BIM概念的提提出出是在是是信息息化技术术与数数字化技技术结结合的必必然产产物，它它旨在在实现建建筑（组组成与功功能）全全部信息息的数数字化表表达，组组建一个个丰富富的数据据库，在在整个建建筑生生命周期期内为为所有参参与者者提供决决策支支持。工程建设项目是是是一个复复杂的的，综合合的经经营活动动，参参与者涉涉及众众多专业业和部部门，工工程建建设项目目的生生命周期期包括括了建筑筑物从从勘测、设设计计、施工工到使使用、管管理、维维护等阶阶段，时时间跨度度长达达几十年年甚至至上百年年。随随着数字字化、信信息化和和智能能化技术术的发发展，以以建筑筑信息模模型BIM为核心的的建建筑3DCAAD将成为未未来来建筑CAD的发展趋趋势势。BIM的核心是是一一个包含含了建建筑、结结构、设设备、施施工等等专业的的设计计参数以以及各各种材料料信息息的数据据库。在在实际建建筑工工程中遇遇到的的任何情情况，在BIM数据库中中都将有相相应全面的的、详细的的描述。如何从根本上解解解决项目目规划划、设计计、施施工以及及维护护管理等等各阶阶段应用用系统统之间的的信息息断层，实实现现建设项项目生生命周期期各阶阶段的信信息共共享和充充分利利用，在在项目目建设过过程中中优化设设计、合合理制定定计划划、精确确掌握握施工进进程，合合理使用用施工工资源以以及科科学进行行场地地布置，已已成成为投资资者、设设计事务务所和和施工承承包商商的共识识，也也是当前前我国国建设领领域信信息化亟亟待解解决的问问题。2CFG平台台台简介建研科技股份有有有限公司司是建建筑行业业计算算机技术术开发发应用的的最早早单位之之一。公公司以国国家级级行业研研发中中心、规规范主主编单位位、工工程质检检中心心为依托托，技技术力量量雄厚厚，研发发领域域主要集集中在在建筑设设计CAD软件，图图形形支撑平平台，工工程造价价分析析软件，施施工工技术和和施工工项目管管理系系统，企企业和和项目管管理系系统协同同工作作平台等等方面面，打造造出了了PKPM系列等全全国国知名的的软件件品牌，在在建建筑领域域的行行业应用用方面面具有极极大的的影响力力。从1990年起起起，PKPM坚持自主主创创新，开开发了了具有自自主知知识产权权的图图形平台台（ComppuuterrFForttraanGGraaphiicss,简称CFG）[3]。很很多多软件企企业利利用国外外的图图形平台台开发发应用软软件，短短期可以以快速速应用，但但从从长远着着眼，软软件功能能更新新受到国国外厂厂商的制制约。PKPM在向用户户提提供专业业设计计软件的的同时时，给用用户提提供所需需的图图形平台台，为为用户节节省购购买国外外图形形平台的的巨大大开销。CFG平台跟踪踪踪国内外外图形形软件先先进技技术，并并根据据广大PKPM用户群的的实实际应用用，在在专业软软件发发展的同同时，带带动了图图形平平台的发发展。由由于CFG源代码是是自自主研发发，因因此技术术更新新快，是是国内内为数不不多的的成熟图图形平平台之一一。CFG图形平台台的的成功开开发与与应用，显显著著提高了PKPM系列软件件的的技术含含量，约约有30%的PKPM用户使用CFG完成全部部施施工图的的绘制制、打印印与输输出工作,并且这样样的的用户比比例逐逐年增长长。由由于PKPM产品链长长，用用户类型型多，使使用自主主图形形平台的的范围围和影响响大，社社会效益益突出出，可有有效缓缓解国内内企业业对软件件正版版化的压压力。CFG平台于111997年获建设设部部科技进进步二二等奖；；作为为国家‘九五’科技攻关关课课题“工程CAD嵌入式图图形形支撑软软件产产业化”成果，于2003年获华夏夏建建设科学学技术术一等奖奖；作作为国家“863”课题“工程设计计三三维CAD系统研究究及及开发应应用工工程”子课题成成果果，于2006年获华夏夏建建设科学学技术术二等奖奖。它它的主要要特点点有：CFG提供建筑筑筑模型的的建立立、专业业计算算结果的的图形形显示、施施工工图绘制制与修修改等各各方面面的应用用。这这种架构构不像像很多其其他CAD软件那样样必必须先要要配置置一个外外部图图形平台台，从从而大大大减少少了用户户的负负担，而而且安安装快捷捷，使使用方便便。CFG在界面风风风格、捕捕捉定定位、二二维及及三维编编辑修修改方式式等多多方面参参考了了国内外外图形形平台的的风格格和功能能，使使广大熟熟悉其其他平台台的用用户可同同样无无障碍地地使用用CFG。作为建筑行业的的的专业图图形平平台，CFG为用户增增加加了建筑筑工程程设计中中需要要的建筑筑、结结构、设设备等等专业需需要的的辅助绘绘图工工具。CFG良好地兼兼兼容其他他数据据格式，支支持持IFC数据标准准，支支持导入Reviit模型RVT文件，可可导导出为能能够对对建筑模模型进进行三维维编辑辑、查询询的PDF文件，还还可可以转换换成为为DWG、DXF格式及其其他他多种图图形格格式。CFG具有开放放放的体系系结构构，它允允许用用户采用用高级级编程语语言对对其功能能进行行修改和和扩充充（即二二次开开发），能能最最大限度度地满满足用户户的特特殊要求求。3基于CFGG平台的的专业BIM应用在CFG平台基基基础上，PKPM统一了各各专专业模块块的数数据接口口，建建立了核核心BIM数据库，开开开发出一一套集集建筑、结结构构、设备备、造造价、节节能、施施工于一一体的的集成化CAD系统[4]]（图1）。它在在国国内设计计行业业占有绝绝对优优势，拥拥有用用户上万万家，现现已成为为国内内应用最最为普普遍的建建筑设设计CAD系统。PKPM设计软件件紧紧跟行业业需求求和规范范更新新，不断断推陈陈出新开开发出出对行业业产生生巨大影影响的的软件产产品，使使国产自自主知知识产权权的软软件二十十年来来一直占占据我我国结构构设计计行业应应用和和技术的的主导导地位，及及时时满足了了我国国建筑行行业快快速发展展的需需要，显显著提提高了设设计效效率和质质量。建筑建筑BIM数据库结构CFG平台设备节能造价施工图1CFG平台与各专业BIM应用的关系下面对一些有特特特色的专专业程程序进行行简要要介绍。3.1结构建建建模程序PMCAADDPMCAD是整整整个结构CAD的核心，它它它建立的的全楼楼结构模模型是是PKPM各二维、三三三维结构构计算算软件的的前处处理部分分，也也是梁、柱柱、剪剪力墙、楼楼板板等施工工图设设计软件件和基基础CAD的必备接接口口软件（图图2）。1、用简便易学学学的人机交交互互方式输输入各各层平面面布置置及各层层楼面面的次梁梁、预预制板、洞洞口口、错层层、挑挑檐等信信息和和外加荷荷载信信息，建建模中中可方便便地修修改、拷拷贝复复制、查查询。逐逐层输入入模型型后组装装全楼楼形成全全楼模模型。2、自动进行从从从楼板到次次梁梁、次梁梁到承承重梁的的荷载载传导并并自动动计算结结构自自重，自自动计计算人机机交互互方式输输入的的荷载，形形成成整栋建建筑的的荷载数数据库库。由此此数据据可自动动给PKPM系列各结结构构计算软软件提提供接口口。图2PMCAD中某住宅楼结构分析模型3、绘制各种类类类型结构的的结结构平面面图和和楼板配配筋图图。包括括柱、梁梁、墙、洞洞口口的平面面布置置、尺寸寸、偏偏轴、画画出轴轴线及总总尺寸寸线，画画出预预制板、次次梁梁及楼板板开洞洞布置，计计算算现浇楼楼板内内力与配配筋并并画出板板配筋筋图。图2PMCAD中某住宅楼结构分析模型4、多高层钢结结结构的三维维建建模从PMCAAD扩展，包包括括了丰富富的型型钢截面面和组组合截面面。3.2三维建建建筑设计计软件件APM采用BIM技术术的的建筑设计计计软件APM，实现三三维维设计可可视化化，参数数化构构件设计计，三三维模型型与施施工图双双向关关联，构构件统统计和材材料算算量，与PKPM结构软件件和和设备软软件共共享核心心数据据，为设设计院院协同设设计提提供了有有力支支持。软软件提提供国家863课题成果果三三维建筑筑方案案设计模模块APM--33D，集三维维建建筑方案案设计计和二维维平、立立、剖、详详图图、总平平面施施工图设设计于于一体，自自带带二维渲渲染、三三维渲染染和动动画制作作模块块（图3），可做做建建筑日照照分析析和房间间面积积统计。图3使用APM渲染出的效果图建筑设计的全部部部数据均均可传传输到结结构设设计、设设备设设计及概概预算算部分，这这样样可极大大地简简化数据据的输输入。首首先，建建筑轴网网、轴轴线及柱柱、墙墙、门窗窗等构构件布置置，可可形成结结构布布置的各各层构构架，而而建筑筑设计所所提供供的材料料、作作法、填填充墙墙等信息息，又又可生成成结构构分析所所需的的荷载信信息。同同时，建建筑设设计数据据还可可传送到到设备备设计部部分，用用于生成成条件件图和进进行各各种设备备的计计算。这这些功功能都极极大地地方便了了设计计单位各各个专专业部门门的密密切配合合。图3使用APM渲染出的效果图3.3复杂空空空间建模模程序序SpassCADDSpasCAAAD采用了真真实实空间结结构模模型输入入的方方法，适适用于于各种建建筑结结构类型型（图图4）。1、快速建模：：：提供了塔塔架架、空间间桁架架、网架架、广广告牌、通通廊廊、支架架等形形式，根根据用用户的需需求，对对于参数数化模模型输入入的结结构物、构构筑筑物类型型还会会进行扩扩充。图4使用SpaSCAD建立的复杂模型2、杆件布置：：：用于布置置各各种结构构构件件，分别别按柱柱、梁、支支撑撑、墙板板等布布置。在在对结结构进行行分析析计算、构构件件设计时时，将将会按照照不同同的构件件类型型，并遵遵守规规范中对对柱、梁梁、支撑撑、墙墙板等不不同构构件的设设计要要求进行行分图4使用SpaSCAD建立的复杂模型3、荷载布置：：：除了恒荷荷载载、活荷荷载等等规范中中要求求考虑的的荷载载工况外外，用用户还可可以根根据需要要，定定义任意意多组组自定义义的荷荷载工况况，还还对温差差工况况进行了了完备备的组合合方案案。4、约束布置：：：可以输入入结结构的固固定节节点、自自由节节点、约约束节节点（用用户自自定义约约束常常数）等等信息息。可以以设置置构件端端部的的铰接信信息，滑滑动支座座信息息。5、其他软件配配配合使用：：SpaSSCAD能够和PKPM多个模块块配配合，完完成结结构模型型的输输入、分分析和和设计，合合理理地利用用各种种软件的的优势势，提高高用户户的工作作效率率。3.4结构设计计计者的工工程量量统计软软件STATT--SSTAT-S是是是面向结结构设设计人员员的工工程量统统计工工具，可可从工工程造价价控制制的角度度为确确定结构构方案案提供参参考数数据（图5）。图5某工程“全楼混凝土、砌体”用量统计STAT-S提提提供的报报表主主要内容容包括括：各层层主要要构件的的混凝凝土、砌砌体工工程量及及钢筋筋量；所所有楼楼层的汇汇总结结果；单单位面面积的材材料用用量等。该该报报表提供供简单单的编辑辑、打打印功能能，并并可以转转换成成Exceel数据，方方便便用户图5某工程“全楼混凝土、砌体”用量统计STAT-S包包包含简化化的施施工图设设计程程序。对对板可可以进行行计算算选筋；；对梁梁、柱、墙墙等等可以自自行选选筋，如如果没没有整体体分析析的计算算结果果，也可可依据据构造要要求提提供配筋筋结果果。还提提供了了丰富的的参数数，使用用者可可以通过过改变变这些设设置的的取值对对统计计及选配配钢筋筋进行干干预。3.5EEFFFC能效测评评软软件根据《民用建筑筑筑能效标标识技技术导则则》的的要求，对对建建筑物基基础项项（理论论值部部分）进进行计计算，判判断是是否满足足相关关节能标标准的的要求，并并按按照规定定项和和优选项项标准准，考虑虑空调调、采暖暖系统统的运行行、电电气和给给排水水设备选选择情情况，对对建筑筑进行能能效测测评，给给出能能效标识识结果果和节能能率，输输出居住/公共建筑筑能能效测评评汇总总表,居住/公共建筑筑能能效标识识汇总总表，居居住/公共建筑筑围围护结构构热工工性能表表。1、快捷的模型型型处理方式式：：可直接接打开开AutooCCAD、天正软软件件绘制的的建筑筑图形，在在能能效测评评软件件中进行行转换换；承接接使用用结构模模型数数据、APM建筑模型型数数据；提提供三三维模型型绘制制平台SBDT。2、快捷的材料料料赋值过程程：：提供方方案导导入和导导出功功能，实实现相相同做法法一键键导入；；提供供丰富的的门窗窗墙体材材料库库；提供供按材材料层依依次赋赋值的菜菜单。3.一键计算：：完完成赋值后后后，一键键完成成建筑物物全年年能耗计计算；；输出详详尽计计算书和和报表表。4结语工程设计人员都都都希望用用计算算机将建建筑设设计与结结构设设计、设设备设设计及概概预算算联系起起来，做做到各个个部分分的数据据信息息共享，并并且且希望这这些软软件在同同样的的图形支支持环环境下工工作，以以便于操操作及及相互配配合。PKPM系列CAD系统就具具备备这个特特点，它它是国内内率先先推出的的集“建筑”、“结构”、“设备”、“概预算”设计于一一体体的建筑筑工程程集成化CAD系统。各各专专业模块块均基基于CFG平台和核核心BIM数据库，具具具有如下下特点点：1、参数化高效效效设计构件设计并不需需需要采用用过多多的传统统建模模语言，而而是是对已经经建立立好的构构件设设置相应应的参参数，并并使参参数可以以调节节，进而而驱动动构件形形体发发生改变变，满满足设计计的要要求。各各种真真实属性性通过过参数的的形式式进行模模拟，并并进行相相关数数据统计计和计计算。在在建筑筑信息模模型中中，建筑筑构件件并不只只是一一个虚拟拟的视视觉构件件，而而是可以以模拟拟的一些些非几几何属性性。2、良好协同设设设计在二维CAD时时时代，协协同设设计缺少少一个个统一的的技术术平台，而而现现在B