建筑实体是重要的地理实体,是GIS研究的重要对象。建筑实体的生命周期受到两个因素制约,一是社会经济的因素—它通常决定了建什么,例如城市规划的约束;二是自然环境因素—它通常决定了怎么建。其中联系建筑实体与自然环境的纽带是建筑结构。建筑结构模型是研究建筑结构对外界环境作用响应规律的基础。构建适宜的建筑结构模型能够赋予建筑实体“体冷暖”、“知风寒”的感知环境的能力,进而赋予建筑实体以“生命”。在流程上,传统的建筑结构设计过程由于缺乏统一的结构模型作为纽带,设计、分析、修改反馈等各环节之间严重脱节,不同环节间的信息复用率低,手工重复工作量大,无法进行高效的“设计—评估—修改”的迭代优化,严重制约了建筑结构设计效率与建模质量的提高;在手段上,结构设计、结构分析、结构修改反馈需要在不同的异构系统间进行模型转换和参数调整,类型众多的荷载依赖人工输入和施加,效率低下,“香肠式”的设计模式下各个环节间缺乏有效的协同。地理设计(GeoDesign)是一种把设计提案的形成与地理环境的影响因素模拟紧密结合在一起的规划设计方法。地理设计理念强调环境对设计的影响,注重在“方案”与“评估”之间反馈迭代,以及整个设计流程中多环节间的异构系统协同耦合。地理设计理念为建筑结构设计与建模提供了新的思路。基于地理设计理念在GIS和CAE(Computer Aided Engineering,计算机辅助工程)协同耦合条件下,对建筑结构不同荷载作用的响应规律进行研究,并在此基础上对建筑结构模型进行迭代优化,能够有效提高建筑结构设计的效率和结构建模的质量。本文在地理设计“强调环境对方案的影响、注重反馈迭代和异构系统耦合”的理念指导下,探讨在GIS和CAE协同耦合下的建筑结构建模方法。本文的主要研究工作包括:(1)探讨建筑结构设计的流程以及传统流程存在的不足从建筑结构设计与分析的原理和国内外研究现状出发,总结归纳建筑结构设计的流程和主要阶段;探讨建筑结构“设计—分析—反馈修改”各阶段之间的衔接方式和信息复用效率;总结传统结构设计过程的不足和原因。(2)研究建筑结构模型的概念、逻辑组成和数据结构从建筑结构本身的特点和结构设计的规律出发,归纳建筑结构的概念、概念间的层次关系,并建立建筑结构的概念模型和逻辑模型;针对建筑结构模型的构件单元、构件几何、构件关系和构件属性,探讨建筑结构模型具体的数据结构。(3)探讨从建筑模型中提取相关信息快速构建结构模型的方法从建筑模型与结构模型的对比出发,探讨既有信息(建筑模型数据)与需求信息(结构建模所需数据)之间异同,针对信息类型、信息表达之间的差异研究针对性的解决方案;以OAM(OpenArchitectureModel，开放建筑模型)作为建筑模型的实例,探讨从OAM中提取构件几何、属性信息并进行关系重构,快速建立结构模型的具体方法。(4)研究GIS和CAE协同耦合的方法从有机串联结构设计各个阶段的目标出发,探讨以建筑结构模型为纽带的GIS/CAE协调耦合的方法;在GIS/CAE协同耦合的基础上,研究结构分析、结构响应反馈、结构修改调整的具体实现方法,实现地理设计理念下的建筑结构动态迭代建模。本文的主要研究成果包括:(1)建立了建筑结构的概念模型、逻辑模型和数据结构建筑结构模型与建筑信息模型有较大差别。本文系统研究了建筑结构模型的概念组成、逻辑层次和数据结构,为结构设计的各个环节间的设计信息共享、分析结果反馈和结构模型迭代优化提供基础。(2)提出了从建筑模型到结构模型的信息提取与建模方法充分利用既有信息快速构建建筑结构模型是提升结构设计效率的前提。同时建筑模型规定了结构设计的必要约束(构件类型约束、空间布局约束等)。本文总结了从建筑模型(OAM)中提取结构信息建立结构模型的方法。(3)实现了基于GIS和CAE协同耦合的建筑结构分析选择特定的GIS和CAE软件,针对本文的研究主题,在建筑结构模型的基础上,实现了 GIS和CAE的协同耦合下的结构设计、分析和反馈调整。