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摘要：在建筑结构设计的过程中，需要使用多个计算机辅助设计软件进行工程建模、计算分析、施工图绘制、图书档案管理等工作。目前，在中国的工程设计中不同应用软件之间的模型重建造成了大量重复工作和资源浪费，成为影响工程设计效率和质量的主要因素之一。因此，研究结构设计过程中不同软件系统之间的模型自动转化方法具有重要的工程应用价值。本文简单论述了建筑结构设计中的模型自动转化方法，以供参考。
关键词：建筑工程；模型数据；转化流程；工程算量
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
近年来，各国已有一些学者对建筑工程中的模型自动转化技术进行了研究。本文中笔者面向建筑结构设计的全过程，对基于建筑结构设计信息模型的模型自动转化方法进行了系统的研究。
１建筑结构设计信息模型的构建
目前，在建筑工程设计领域，不同应用软件之间的模型数据交换大多通过软件之间的数据接口实现。出于商业因素考虑，大多软件厂商都不愿意对外公开自己的模型数据格式，造成了各专业设计软件之间的“信息孤岛”现象。解决上述问题的关键在于建立统一的工程信息模型，实现专业设计软件的信息共享和交换。建筑信息模型正是基于这一理念而提出的新的模型技术。建筑结构设计信息模型是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型［５］。
面向建筑结构设计的信息模型除了包括基本结构物理模型信息外，还包括模型属性信息、模型关联信息、模型管理信息等。结构物理模型信息包括：构件信息、节点信息、截面信息、轴网信息、约束信息等。属性信息包括：荷载信息、材料信息、内力信息、設计结果信息等。关联关系信息包括：构件关联关系、模型关联关系。管理信息包括：模型所有者信息、模型版本信息、用户权限信息等。
建筑结构设计信息模型具有信息的完备性、关联性、一致性等ＢＩＭ特征，可建立起面向建筑结构设计的单一的工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间一致性和全局共享问题，为建筑结构设计中的模型自动转化提供了有效途径。
２基于建筑结构设计信息模型的模型自动转化
建筑结构设计是建筑工程设计的重要组成部分，设计内容主要包括结构分析、结构设计和施工图设计等。笔者提出了基于结构设计信息模型的模型转化流程，如图１所示。
建筑结构设计信息模型转化流程以结构设计信息模型为中心，具体步骤包括：①首先通过ＩＦＣ标准实现建筑设计模型中结构设计信息的提取，建立结构设计构件信息模型，由于结构设计模型中不包含非结构设计信息，不能由结构设计模型反向映射出建筑设计模型，因此该转化过程具有单向性；②然后通过笔者开发的结构分析模型导出接口，自动从结构设计信息模型中提取出结构分析模型，进行结构分析与设计；③再通过结构分析模型导入接口，将结构设计的结果集成到结构设计构件模型，形成完整的结构施工图设计信息模型，进行结构施工图设计；④最后通过ＸＭＬ模型接口，将包含施工图设计结果的结构设计模型转化为工程算量模型，进行工程算量分析与统计。
２．１建筑设计模型向结构设计模型的转化
目前，中国建筑工程设计主要还是基于二维图纸进行的。结构设计人员基于建筑设计图纸进行结构布置、内力分析和结构图纸的绘制。在这一过程中，仅能依靠图元识别的方法获取建筑轴网和主要墙、柱 等结构构件的 定位，存在大量的重复建模工作。
ＩＦＣ标准是国际通用的建筑产品数据描述标准，该标准的内容覆盖建筑全生命期，尤其在建筑设计阶段对建筑几何模型信息的描述比较完善，国际主流 的 建 筑 设 计 软 件ＲｅｖｉｔＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ａｒｃｈｉ－ＣＡＤ，ＢｅｎｔｌｅｙＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ等都可以将各自的建筑设计模型导出为ＩＦＣ文件。基于ＩＦＣ描述的建筑设计整体模型为结构设计模型的自动生成奠定了基础。从建筑设计模型生成的结构设计模型主要以几何模型为主，而在建筑设计模型中结构构件的识别是整个转化工作的关键。ＩＦＣ标准定义的模型具有构件可识别性好、构件之间存在关联关系等优点，保证了结构构件的识别与转化的实现。
从建筑设计模型可以识别的结构构件主要包括柱、墙、梁、板等结构构件。图２为一段墙体从建筑设计模型到结构设计模型的映射关系。建筑设计模型中的墙体除包括结构层外，还包括结构层两侧的保温层和装饰层。此外，该墙体还包含门、窗等非结构构件。而该墙体的结构模型为仅包含单一结构层的混凝土构件，建筑墙体的门、窗构件则转换为墙体的洞口。
在ＩＦＣ标准中，通过实体定义和关联关系建立了建筑构件的逻辑模型。图３中给出了基于ＩＦＣ的ＥＸＰＲＥＳＳ－Ｇ格式描述的墙体模型定义。图３中的Ａ部分为墙体与门、窗关联模型的定义，通过洞口关联实体和洞口填充关联实体分别建立墙体实体与门实体、窗实体的关联。对于结构设计模型，通过墙体实体和洞口实体实现结构墙体的描述。图３中的Ｂ部分为墙体材料模型的定义，通过材料关联实体和多层材料定义实体，可以定义建筑墙体多层材质模型。对于结构设计模型，可以通过对材料实体的识别来实现
除墙体实体以外，柱实体、梁实体、板实体的定义与墙实体模型的定义方法相同，在此不再赘述。在建筑设计模型向结构设计模型转化的另一个难点是ＩＦＣ文件的解析。可以通过ＩＦＣＥｎｇｉｎｅ，ＩＦＣｓｖｒ等商业化ＩＦＣ数据解析接口进行ＩＦＣ文件的解析，笔者采用自主开发的ＩＦＣ２ｘ３Ｌｉｂ进行ＩＦＣ文件的解析。
４结 语
针对建筑结构设计过程中不同软件系统的模型转化问题，提出了基于建筑结构设计信息模型的模型自动转换方法，建立了建筑结构设计信息模型与建筑设计模型、结构分析模型、工程算量模型之间自动转化的流程。最后，基于该转化流程进行了相应模型转化接口的开发和应用验证。笔者主要针对结构分析 软件和工程 算量软件 中 应 用 比 较 普 及 的ＥＴＡＢＳ软件和广联达ＧＧＪ２００９软件实现了模型自动转换，后续研究将致力于支持更多的软件系统，为解决相关应用软件之间的“信息孤岛”问题提供可行的方法和途径。
参考文献：
［１］ＪＥＯＮＧＹＳ，ＥＡＳＴＭＡＮＣＭ，ＳＡＣＫＳＲ，ｅｔａｌ．Ｂｅｎｃｈ－ｍａｒｋＴｅｓｔｓｆｏｒＢＩＭＤａｔａＥｘｃｈａｎｇｅｓｏｆＰｒｅｃａｓｔＣｏｎ－ｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００９，１８（４）：４６９－４８４．
［２］ 邓雪原，张之勇，刘西拉．基于ＩＦＣ标准的建筑结构模型的自动生成［Ｊ］．土木工程学报，２００７，４０（２）：６－１２．ＤＥＮＧＸｕｅ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｉ－ｙｏｎｇ，ＬＩＵＸｉ－ｌａ．Ａｕｔｏ－ｍａｔｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＭｏｄｅｌｆｒｏｍＩＦＣ－ｂａｓｅｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＭｏｄｅｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒ－ｎａｌ，２００７，４０（２）：６－１２．
［３］ＭＡＺＬ，ＬＩＨ，ＳＨＥＮＱＰ，ｅｔａｌ．ＵｓｉｎｇＸＭＬｔｏＳｕｐ－ｐｏｒｔＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｘｃｈａｎｇｅｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００４，１３（５）：６２９－６３７．
［４］ 胡振中．基于ＢＩＭ和４Ｄ技术的建筑施工冲突与安全分析管理［Ｄ］．北京：清华大学，２００９．
关键词：建筑工程；模型数据；转化流程；工程算量
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
近年来，各国已有一些学者对建筑工程中的模型自动转化技术进行了研究。本文中笔者面向建筑结构设计的全过程，对基于建筑结构设计信息模型的模型自动转化方法进行了系统的研究。
１建筑结构设计信息模型的构建
目前，在建筑工程设计领域，不同应用软件之间的模型数据交换大多通过软件之间的数据接口实现。出于商业因素考虑，大多软件厂商都不愿意对外公开自己的模型数据格式，造成了各专业设计软件之间的“信息孤岛”现象。解决上述问题的关键在于建立统一的工程信息模型，实现专业设计软件的信息共享和交换。建筑信息模型正是基于这一理念而提出的新的模型技术。建筑结构设计信息模型是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型［５］。
面向建筑结构设计的信息模型除了包括基本结构物理模型信息外，还包括模型属性信息、模型关联信息、模型管理信息等。结构物理模型信息包括：构件信息、节点信息、截面信息、轴网信息、约束信息等。属性信息包括：荷载信息、材料信息、内力信息、設计结果信息等。关联关系信息包括：构件关联关系、模型关联关系。管理信息包括：模型所有者信息、模型版本信息、用户权限信息等。
建筑结构设计信息模型具有信息的完备性、关联性、一致性等ＢＩＭ特征，可建立起面向建筑结构设计的单一的工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间一致性和全局共享问题，为建筑结构设计中的模型自动转化提供了有效途径。
２基于建筑结构设计信息模型的模型自动转化
建筑结构设计是建筑工程设计的重要组成部分，设计内容主要包括结构分析、结构设计和施工图设计等。笔者提出了基于结构设计信息模型的模型转化流程，如图１所示。
建筑结构设计信息模型转化流程以结构设计信息模型为中心，具体步骤包括：①首先通过ＩＦＣ标准实现建筑设计模型中结构设计信息的提取，建立结构设计构件信息模型，由于结构设计模型中不包含非结构设计信息，不能由结构设计模型反向映射出建筑设计模型，因此该转化过程具有单向性；②然后通过笔者开发的结构分析模型导出接口，自动从结构设计信息模型中提取出结构分析模型，进行结构分析与设计；③再通过结构分析模型导入接口，将结构设计的结果集成到结构设计构件模型，形成完整的结构施工图设计信息模型，进行结构施工图设计；④最后通过ＸＭＬ模型接口，将包含施工图设计结果的结构设计模型转化为工程算量模型，进行工程算量分析与统计。
２．１建筑设计模型向结构设计模型的转化
目前，中国建筑工程设计主要还是基于二维图纸进行的。结构设计人员基于建筑设计图纸进行结构布置、内力分析和结构图纸的绘制。在这一过程中，仅能依靠图元识别的方法获取建筑轴网和主要墙、柱 等结构构件的 定位，存在大量的重复建模工作。
ＩＦＣ标准是国际通用的建筑产品数据描述标准，该标准的内容覆盖建筑全生命期，尤其在建筑设计阶段对建筑几何模型信息的描述比较完善，国际主流 的 建 筑 设 计 软 件ＲｅｖｉｔＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ａｒｃｈｉ－ＣＡＤ，ＢｅｎｔｌｅｙＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ等都可以将各自的建筑设计模型导出为ＩＦＣ文件。基于ＩＦＣ描述的建筑设计整体模型为结构设计模型的自动生成奠定了基础。从建筑设计模型生成的结构设计模型主要以几何模型为主，而在建筑设计模型中结构构件的识别是整个转化工作的关键。ＩＦＣ标准定义的模型具有构件可识别性好、构件之间存在关联关系等优点，保证了结构构件的识别与转化的实现。
从建筑设计模型可以识别的结构构件主要包括柱、墙、梁、板等结构构件。图２为一段墙体从建筑设计模型到结构设计模型的映射关系。建筑设计模型中的墙体除包括结构层外，还包括结构层两侧的保温层和装饰层。此外，该墙体还包含门、窗等非结构构件。而该墙体的结构模型为仅包含单一结构层的混凝土构件，建筑墙体的门、窗构件则转换为墙体的洞口。
在ＩＦＣ标准中，通过实体定义和关联关系建立了建筑构件的逻辑模型。图３中给出了基于ＩＦＣ的ＥＸＰＲＥＳＳ－Ｇ格式描述的墙体模型定义。图３中的Ａ部分为墙体与门、窗关联模型的定义，通过洞口关联实体和洞口填充关联实体分别建立墙体实体与门实体、窗实体的关联。对于结构设计模型，通过墙体实体和洞口实体实现结构墙体的描述。图３中的Ｂ部分为墙体材料模型的定义，通过材料关联实体和多层材料定义实体，可以定义建筑墙体多层材质模型。对于结构设计模型，可以通过对材料实体的识别来实现
除墙体实体以外，柱实体、梁实体、板实体的定义与墙实体模型的定义方法相同，在此不再赘述。在建筑设计模型向结构设计模型转化的另一个难点是ＩＦＣ文件的解析。可以通过ＩＦＣＥｎｇｉｎｅ，ＩＦＣｓｖｒ等商业化ＩＦＣ数据解析接口进行ＩＦＣ文件的解析，笔者采用自主开发的ＩＦＣ２ｘ３Ｌｉｂ进行ＩＦＣ文件的解析。
４结 语
针对建筑结构设计过程中不同软件系统的模型转化问题，提出了基于建筑结构设计信息模型的模型自动转换方法，建立了建筑结构设计信息模型与建筑设计模型、结构分析模型、工程算量模型之间自动转化的流程。最后，基于该转化流程进行了相应模型转化接口的开发和应用验证。笔者主要针对结构分析 软件和工程 算量软件 中 应 用 比 较 普 及 的ＥＴＡＢＳ软件和广联达ＧＧＪ２００９软件实现了模型自动转换，后续研究将致力于支持更多的软件系统，为解决相关应用软件之间的“信息孤岛”问题提供可行的方法和途径。
参考文献：
［１］ＪＥＯＮＧＹＳ，ＥＡＳＴＭＡＮＣＭ，ＳＡＣＫＳＲ，ｅｔａｌ．Ｂｅｎｃｈ－ｍａｒｋＴｅｓｔｓｆｏｒＢＩＭＤａｔａＥｘｃｈａｎｇｅｓｏｆＰｒｅｃａｓｔＣｏｎ－ｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００９，１８（４）：４６９－４８４．
［２］ 邓雪原，张之勇，刘西拉．基于ＩＦＣ标准的建筑结构模型的自动生成［Ｊ］．土木工程学报，２００７，４０（２）：６－１２．ＤＥＮＧＸｕｅ－ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｉ－ｙｏｎｇ，ＬＩＵＸｉ－ｌａ．Ａｕｔｏ－ｍａｔｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＭｏｄｅｌｆｒｏｍＩＦＣ－ｂａｓｅｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＭｏｄｅｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒ－ｎａｌ，２００７，４０（２）：６－１２．
［３］ＭＡＺＬ，ＬＩＨ，ＳＨＥＮＱＰ，ｅｔａｌ．ＵｓｉｎｇＸＭＬｔｏＳｕｐ－ｐｏｒｔＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｘｃｈａｎｇｅｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００４，１３（５）：６２９－６３７．
［４］ 胡振中．基于ＢＩＭ和４Ｄ技术的建筑施工冲突与安全分析管理［Ｄ］．北京：清华大学，２００９．