建筑信息建模与结构分析软件: 数据交换的场景和成功因素

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2017年05月2日

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建筑信息建模是当前整个建筑软件行业中最重要的主题之一。 但是,这个过程并不是那么新,众所周知,一个项目的总成本在初期阶段就可以通过良好的计划得到积极的影响。

在过去的20年中,例如在钢结构建筑中创建了3D模型,并使用该模型自动导出2D工程数据,或者通过NC数据直接访问和控制生产设备。 同样,在3D模型中进行结构计算也是最新技术。 由于生成了数字模型,因此施工软件主要面临数据交换问题以及如何在不同技术规划人员的软件中以节省时间的方式使用这些模型。 不仅几何模型和物理模型都起作用,而且还有许多其他模型,它们不仅包含物理可见的构件信息。 这种模型是结构模型或分析模型,其中包含材料的力学特性,边界条件或荷载假设,即不能从纯物理建筑模型中立即读取的事物。 这些差异给结构工程中的BIM模型数据交换带来了困难。 BIM在结构分析中的期望值很高。 建筑软件制造商的任务同样艰巨。 在本文中,我们将首先介绍数据交换的基本问题,然后介绍实际应用和经过测试的解决方案。

BIM过程中的结构设计

建筑信息建模是基于结构生命周期的整体视图,其中包括初始构想和设计规划(建筑师,建筑物所有者),详细设计和最终规划(工程师)以及建筑物的运行和拆除。 其目的是在结构的整个生命周期内优化成本。 结构设计本身只是BIM的一小部分,它对结构成本的影响通常是次要的。 因此,BIM的巨大“革命性”具有更多的建筑师控制力。 然而,结构设计在最终设计的相对较短的时间内仍然发挥着重要作用。 设计确定了特定结构概念的可行性,并且是规划过程中的一个里程碑,因为如果不进行适当的设计,其他服务可能会被延迟。 这也对进一步的计划可靠性和因此必要的变更的相关成本有很大的影响。 - 短期: 结构分析以及后续的修改必须高效可靠。 目前的三维BIM模型可以提供有价值的数据输入或通信手段,并且可以更好地理解结构工程。

图片 01

BIM模型和结构模型

通常,BIM模型包含关于建筑物的几何形状,材料和半成品的信息。 它们描述了建筑物的用途,并且例如提供了装配时间的信息。 BIM模型适用于所有相关方的可视化交流工具,也可以作为确定材料和成本的工具,最后,BIM模型可以避免由于单个构件或子部分的碰撞而引起的设计错误。 数据交换主要是对精确的建筑物几何参数进行描述。 通过边界面模型或产生实体的挤压区域描述结构构件。

相反,结构模型的重点是支座结构的机械正确投影。 几何结构被简化并简化为与结构分析相关的结构构件。 详细的几何描述仅在必要时使用,计算时间将不可避免地增加。 柱子和梁计算为杆件(一维单元),墙和天花板计算为板和板(二维单元)。 这些杆件和面单元也可以在3D结构模型中相互组合。 为了对这些理想化模型进行数值计算,必须将所有结构构件连接在一起并验证过渡条件。 但是,由于零件从实体到中心线(在杆件的情况下)和中间平面(在面的情况下)的简化,自动相交并不总是可用。

结构模型的其他重要组成部分包括:

  • 支座和铰链定义
  • 材料和截面的力学性能
  • 外部荷载(风荷载,雪荷载,附加荷载等)和荷载组合
  • 地震作用或其他偶然作用的影响
  • 设计规范
  • 线性和非线性计算方法和分析

如果没有专业工程师的帮助,就不可能从BIM模型的纯几何信息中推断出结构模型。 几何上相同的建模也需要在结构工程中作为实体模型来表示。 但是,即使具有当前可用的计算能力,也无法将建筑物作为实体模型进行计算。

与实践相关的BIM交换方案

您可以区分同一学科和不同学科的软件应用程序之间的数据交换。 如果在建筑软件或建筑软件之间进行数据交换,那么在两个程序中对象是相同的,信息内容和数据模型也非常相似。 不同的软件应用程序可以直接处理信息,并将其转换为软件专用的智能对象。 这也称为水平数据交换。

如果要将数据传递给其他学科(例如从建筑软件到结构分析软件),那么重点是在不同的数据视图上,并且只考虑柱,墙,桁架,板等支座构件。 仍然缺少所需的附加信息,例如结构作用线的位置,单元连接的弹性或材料和截面的精确力学细节。 这也称为垂直数据交换。 如果您属于同一学科,则可以轻松避免数据丢失或解释错误。 对于结构工程中的BIM,由于结构模型通常是由建筑模型生成的,因此通常使用垂直数据交换。 但是,从一种结构分析软件转换到另一种结构分析软件也需要对结构计算进行验证。

图片 02

最重要的情况可以总结如下:

  • 建筑→结构分析→施工
  • 结构分析→结构计算后的数据同步更新
  • 结构分析→静力学分析
  • 可选导出整个结构或子结构
  • 可选更新材料,厚度和截面(双向),并返回计算结果

图片 03 - BIM方案: 模型从BIM软件转换到结构工程软件,更新截面和计算结果(内力)到BIM模型

数据交换文件格式有多种选择。 作为全球标准的IFC格式起着特殊的作用。 它分为不同的观点,每个学科都有自己的观点。 主视图是协调视图,可以对各个软件产品进行认证。 在不指定各个视图的情况下考虑IFC格式时,默认情况下通常使用坐标视图。 大多数体系结构程序都支持此功能。 相比之下,结构设计的“结构分析”视图包含了对结构模型,荷载和荷载组合的描述。 该视图目前无法验证,只有部分结构分析程序支持该视图。 尽管IFC格式是标准格式,但通常可以通过多种方式进行解释,因此必须使用相关软件的数据对格式进行检查,才能成功进行数据交换。

图片 04

除了IFC格式外,还可以使用已建立的文件格式,例如DXF/DWG,钢结构产品接口或其他基于文本的应用程序。 直接接口也很重要。 它们没有任何交换文件,因为各个程序之间通过应用程序编程接口(API)直接通信。

成功进行数据交换的关键因素

基本的问题是弄清楚哪种交换方案是可行的。 如果您了解各个软件产品,那么您可能会熟悉所支持的接口。 考虑到这一点,有必要使用易于管理的模型进行有针对性的交换测试。 材料和截面特性通常需要进一步关注。 每个软件通常都提供个性化的结构工程数据库,其中包含所有与标准相关的参数。 这些数据库在“映射文件”中相互关联,“映射文件”是相关描述的简单表格。 这些映射文件部分由软件开发人员提供。 建议根据您的应用程序对这些文件进行统一和集成。

BIM软件已经在建筑模型中包含了一个分析模型(结构模型)。 这种软件的优点是两个模型可以相互重叠和相互参照,因此可以高效,简便地进行分析。 除了系统数据外,还可以指定荷载参数。 使用这种软件时,必须正确建立两个模型。 有关各方之间的适当协调是必要的。 进行模型编辑的人员通常不在同一个工程部门,因此问题就由谁来负责交叉学科模型的成本计算,谁来负责精度和准确性。 必须事先安排。 毫无疑问,BIM拥有巨大的商机,并且继续为知名企业所认可。 如果能够建立整个规划链,那么BIM模型可以在早期阶段进行优化设计,然后再用于结构分析。

选择合适的软件的一个重要方面就是支持各种数据格式。 使用现有数据格式的描述必须导入到该软件的特定对象中。 对于结构设计,仅考虑可视化或数据模型参考是不够的,只能用于外观检查。 如果软件可以导入多个模型并将其转换为合适的数据对象模型,则可以大大提高灵活性,成功进行数据交换的机会也将大大增加。 当在结构分析软件中使用IFC坐标视图文件时,这是一个关键的成功因素。

无论如何,首先需要编写简单的专用工具进行数据交换。 这样可以有效地传递参数形式的附加信息。 例如,您可以在BIM软件中显示结构模型的各个项目,交流可能的修改或者在该软件中实现公司特定的工作流程。 这要求所涉及的所有软件产品都具有通过常规和简单编程语言(VBA,C#等)运行的相应API。

成功和有效的数据交换的关键成功因素包括:

根据结构设计生成BIM模型

  • 尽早安排结构工程师,并咨询移交时间和内容
  • 设置材料和截面描述的标准(映射表)
  • 结构构件的功能和一致建模(柱,梁作为杆件对象,墙,板作为面对象)
  • 在截面和层中对墙,板和柱进行建模

确定数据传输的范围和内容

  • 谁创建理想化的结构模型并使用什么软件(BIM或结构分析软件)?
  • 是否会传递几何尺寸和作用线,或者传递其他结构属性,例如支座或铰链?
  • 谁定义荷载工况,荷载组合和荷载?
  • 谁有权进行某些更改: 添加或删除结构构件或者定义构件的截面和厚度?
  • 如何以及何时进行潜在的模型自动对中?

定义工作阶段

  • 谁在何时以及在哪个模型空间工作?
  • 尽可能避免同时编辑相同的构件

测试交换方案并使用数据交换格式和接口

  • 所支持的BIM和结构分析软件是否提供相同的接口?
  • 使用定义的交换对象对可管理模型进行测试

绑定规则使BIM模型可用

  • 最好采用几种格式(IFC,软件专有文件格式,DWG/DXF,SDNF,STEP或其他格式)
  • 扩展了数据交换的可能性,并允许对模型进行验证和比较

小结

结构工程在建筑信息模型中扮演着重要的角色。 由于面向BIM的规划方法的应用越来越广泛,新的数字过程链提供了提高效率的机会。 BIM模型和结构模型在本质上是不同的,从BIM模型推导出结构模型并不总是自动的,而且很明显。 关于结构工程的高效规划过程要求结构工程师在早期阶段就参与其中,并且在创建BIM模型时要考虑结构工程和数据交换的各个方面。 所使用的软件应允许通过相应的接口传输软件特有的智能对象的现有参数几何信息。 最后,一个很好的数据交换策略以及所使用的软件可以使您轻松地将结构设计集成到BIM过程中。

关键词

国际金融公司 BuildingSMART 协调视图 结构分析视图 映射文件 BIM模型 结构模型 Datenaustausch schnittstelle BIM过程

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  • 更新 2020年11月10日

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