CN107220438A - 一种基于bim信息模型的cae力学仿真的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法，包括将BIM建筑三维几何模型通过网格简化***进行重构，将简化后的BIM三维模型导入CAE力学仿真***；提取BIM信息模型***中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给CAE力学仿真***，并驱动CAE力学仿真***更新；将更新后的CAE力学仿真模型得到的力学信息反馈至BIM信息模型，并将计算得到的力学信息从BIM信息模型中显示出来。通过本发明的应用建筑设计人员在BIM上进行建筑设计时，可以参考到力学信息，提高设计的效率，并且后期施工过程中可对施工中由于受力破坏导致的灾害进行有效预警，同时避免重复建模，节约成本。

Description

一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法
技术领域
本发明涉及建筑工程力学仿真领域，特别涉及一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法。
背景技术
BIM是现如今土木工程、水利工程、建筑工程等领域设计、施工、管理不可缺少的平台。但是直至目前，建立BIM建筑信息模型时，这些信息中并没有包含力学信息，一方面在进行前期设计时没有力学信息作为设计的考量，从而降低了设计的效率，另一方面，后期施工阶段不能直观的、实时的看到建筑结构的受力状况，对一些因受力破坏引起的灾害预警达不到效果。
从以上的BIM建筑信息模型中我们可以得到BIM建筑三维几何模型，以及材料参数等进行力学仿真所需要的参数信息，但是从上得到的BIM建筑三维几何模型是不能直接用于CAE力学仿真的，因为BIM建筑三维几何模型中包含了很多建筑的细节信息，如小孔、细小的槽、小凸台等，这些信息对于CAE***的网格会造成很大的影响。如不对其进行简化处理，不仅严重影响仿真的速度和精度，而且局部畸变单元会导致计算结果的巨大误差，甚至误导设计师得出错误结论。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真方法，该方法将建筑结构受力状况的力学信息包含到BIM信息模型中，一方面实现BIM信息模型***与CAE力学仿真***之间实现信息的自动传输，保持BIM信息模型***与CAE力学仿真***的信息能进行同步更新；另一方面对后期施工阶段因受力破坏而导致的灾害进行及时的预警。
一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法，具体包括：
S1、将BIM建筑三维几何模型通过网格简化***进行重构，将简化后的BIM三维模型导入CAE力学仿真***；
S2、提取BIM信息模型***中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给CAE力学仿真***，并驱动CAE力学仿真***更新；
S3、将更新后的CAE力学仿真模型得到的力学信息反馈至BIM信息模型，并将计算得到的力学信息从BIM信息模型中显示出来。
作为优选，所述网格简化***包括模型过滤模块、获取构件几何数据模块、获取构件材料参数模块、网格重构模块和数据传输模块；
模型过滤模块，将BIM建筑信息模型中针对梁、柱、承重墙等受力的主体结构过滤出来；
获取构件几何数据模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其三维几何参数；
获取构件材料参数模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其材料参数信息；
网格重构模块，对BIM建筑信息模型中原有的网格进行网格重构，以适应CAE力学仿真；
实时数据传输模块，当BIM建筑信息模型中有参数变化，通过实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化***中，网格简化***对BIM信息模型重新进行计算，最终得到新的CAE力学仿真模型，经过模型力学仿真后，将计算得到的力学信息反馈到BIM信息模型中显示出来。
作为优选，所述步骤S3中的更新后的CAE力学仿真模型得到的力学信息生成时变力学云图，将时变力学云图反通过数据结构的自动转换实时导入BIM建筑三维几何模型，在实时BIM建筑三维几何模型上显示其时变受力状况。
作为优选，在所述步骤S3中更新后的BIM信息模型的时变力学云图中所反映的应力应变位移信息与与标准的应力应变位移情况进行对比、分析、评价其稳定性状况，对更新后的受力状态突变及时预警。
本发明实施例还提供一种基于网格简化***的重构方法，具体包括以下步骤：
a、网格简化***通过实时数据传输模块调取BIM建筑信息模型；
b、通过模型过滤模块过滤得到建筑主体结构模型；
c、获取构件几何数据模块，自动获取主体结构中的构件获取其三维几何参数；
d、获取构件材料参数模块，自动获取主体结构中的构件获取其材料参数；
e、通过网格重构模块对BIM建筑三维几何模型原有的网格进行重构；
f、网格简化***通过实时数据传输模块将进过上述步骤处理得到的模型导入CAE中进行力学仿真。
本发明实施例还提供一种CAE力学仿真***更新方法，具体包括以下步骤：
1)BIM信息模型***完成三维模型的参数化设计，并同时为后续的CAE力学仿真分析添加改动的信息参数；
2)通过实时数据传输模块提取BIM信息模型***中改动的数据信息参数，然后将所述改动的数据信息参数保存为CAE力学仿真***可以识别的中间文件；
3)CAE力学仿真***读取所提取改动的数据信息参数，并生成CAE参数化模型；
4)在CAE力学仿真***中设置求解参数，然后进行求解操作；
5)在求解完成后将求解后的力学信息结果返回到BIM信息模型***重新调整参数再进行CAE分析，如果选择是，则返回到步骤S1，进行模型调整和信息参数的修改，然后继续运行该程序；如果选择否，则结束分析。
作为优选，当BIM建筑信息模型的信息参数发生变化，实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化***中，网格简化***通过判断改动信息的属性，当网格简化***判断是主体结构构件的材料参数、几何参数等影响力学仿真的数据变化时，则网格简化***对BIM建筑信息模型重新进行计算，得到新的CAE力学仿真模型，反之则不需重新计算。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明将建筑结构受力状况的力学信息包含到BIM信息模型中，一方面实现BIM信息模型***与CAE力学仿真***之间实现信息的自动传输，保持BIM信息模型***与CAE力学仿真***的信息能进行同步更新；另一方面通过本发明的应用，建筑设计人员在BIM上进行建筑设计时，可以参考到力学信息，提高设计的效率，并且后期施工过程中可对施工中由于受力破坏导致的灾害进行及时的预警。
2、通过本发明所述的基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法为建筑结构的力学仿真提供高效的方法，避免重复建模，节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法的***结构示意图；
图2为本发明所述网格简化***的组成示意图；
图3为本发明基于网格简化***的重构方法的原理图；
图4为本发明所述CAE力学仿真***更新方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至4所示，本发明实施例提供一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法，具体包括以下内容：
S1、将BIM建筑三维几何模型通过网格简化***进行重构，将简化后的BIM三维模型导入CAE力学仿真***；
S2、提取BIM信息模型***中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给CAE力学仿真***，并驱动CAE力学仿真***更新；
S3、将更新后的CAE力学仿真模型得到的力学信息反馈至BIM信息模型，并将计算得到的力学信息从BIM信息模型中显示出来。
目前，现有的BIM建筑三维几何模型是不能直接用于CAE力学仿真的，因为BIM建筑三维几何模型中包含了很多建筑的细节信息，如小孔、细小的槽、小凸台等，这些信息对于CAE***的网格会造成很大的影响。如不对其进行简化处理，不仅严重影响仿真的速度和精度，而且局部畸变单元会导致计算结果的巨大误差，甚至误导设计师得出错误结论。
进一步地，当更新后的CAE力学仿真模型得到的力学信息生成时变力学云图，将时变力学云图反通过数据结构的自动转换实时导入BIM建筑三维几何模型，在实时BIM建筑三维几何模型上显示其时变受力状况，更新后的BIM信息模型的时变力学云图中所反映的应力应变位移信息与与标准的应力应变位移情况进行对比，分析，评价其稳定性状况，对更新后的受力状态突变及时预警。
参见图2所示，本发明实施例提供一种网格简化***包括模型过滤模块、获取构件几何数据模块、获取构件材料参数模块、网格重构模块和数据传输模块；其中，所述模型过滤模块，由于在BIM建筑信息模型中包含了许多力学仿真不需要的部分，所以通过模型过滤模块将BIM建筑信息模型中针对梁、柱、承重墙等受力的主体结构过滤出来，本发明实施例中主要利用Revit提供的函数开发针对模型的过滤功能；所述获取构件几何数据模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其三维几何参数，本发明实施例中主要利用Element.Geometry函数读取构件几何数据；所述获取构件材料参数模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其材料参数信息；所述网格重构模块，对BIM建筑信息模型中原有的网格进行网格重构，以适应CAE力学仿真；所述实时数据传输模块，当BIM建筑信息模型中有信息参数变化，通过实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化***中，网格简化***对BIM信息模型重新进行计算，最终得到新的CAE力学仿真模型，模型力学仿真后，将计算得到的力学信息反馈到BIM信息模型中显示出来。
参见图3所示，针对网格简化***本发明实施例还提供一种基于网格简化***的重构方法，具体包括以下步骤：
a、网格简化***通过实时数据传输模块调取BIM建筑信息模型；
b、通过模型过滤模块过滤得到建筑主体结构模型；
c、获取构件几何数据模块，自动获取主体结构中的构件获取其三维几何参数；
d、获取构件材料参数模块，自动获取主体结构中的构件获取其材料参数；
e、通过网格重构模块对BIM建筑三维几何模型原有的网格进行重构；
f、网格简化***通过实时数据传输模块将进过上述步骤处理得到的模型导入CAE中进行力学仿真。
参见图4所示，本发明实施例还提供一种CAE力学仿真***更新方法，具体包括以下步骤：
1)BIM信息模型***完成三维模型的参数化设计，并同时为后续的CAE力学仿真分析添加改动的信息参数；
2)通过实时数据传输模块提取BIM信息模型***中改动的数据信息参数，然后将所述改动的数据信息参数保存为CAE力学仿真***可以识别的中间文件；
3)CAE力学仿真***读取所提取改动的数据信息参数，并生成CAE参数化模型；
4)在CAE力学仿真***中设置求解参数，然后进行求解操作；
5)在求解完成后将求解后的力学信息结果返回到BIM信息模型***重新调整参数再进行CAE分析，如果选择是，则返回到步骤S1，进行模型调整和信息参数的修改，然后继续运行该程序；如果选择否，则结束分析。
其中，当BIM建筑信息模型的信息参数发生变化，实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化***中，网格简化***通过判断改动信息的属性，当网格简化***判断是主体结构构件的材料参数、几何参数等影响力学仿真的数据变化时，则网格简化***对BIM建筑信息模型重新进行计算，得到新的CAE力学仿真模型，反之则不需重新计算。
本发明利用BIM在地铁施工过程的实时三维空间数据，建立可视化三维模型，在具体的地铁施工过程中，随着地铁施工过程中时间和数据信息的变化，三维可视化建筑模型也在不断地变化，将三维可视化模型导入有限元分析软件中，通过网格简化***进行适当调整，并设置改动信息的属性，利用应力、应变、位移数据，对模型参数进行重定。根据CAE力学仿真***建立时变有限元模型，并利用实测的应力、应变、位移数据对模型结果进行验证，经过计算可以实时得到CAE力学仿真模型，当对参数信息进行修改时，BIM三维几何模型也随之改变，省去了建模浪费的时间，可以及时的得到改变后的相应的力学信息，从而削减了成本，显著提高了工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法，其特征在于，包括：
S1、将BIM建筑三维几何模型通过网格简化***进行重构，将简化后的BIM三维模型导入CAE力学仿真***；
S2、提取BIM信息模型***中的数据信息，通过对改动信息的属性进行判断，将影响力学仿真的数据传送给CAE力学仿真***，并驱动CAE力学仿真***更新；
S3、将更新后的CAE力学仿真模型得到的力学信息反馈至BIM信息模型，并将计算得到的力学信息从BIM信息模型中显示出来。
2.根据权利要求1所述的基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法，其特征在于：所述网格简化***包括模型过滤模块、获取构件几何数据模块、获取构件材料参数模块、网格重构模块和数据传输模块；
模型过滤模块，将BIM建筑信息模型中针对梁、柱、承重墙等受力的主体结构过滤出来；
获取构件几何数据模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其三维几何参数；
获取构件材料参数模块，在通过模型过滤之后，自动对主体结构中的构件获取其材料参数信息；
网格重构模块，对BIM建筑信息模型中原有的网格进行网格重构，以适应CAE力学仿真；
实时数据传输模块，当BIM建筑信息模型中有参数变化，通过实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化***中，网格简化***对BIM信息模型重新进行计算，最终得到新的CAE力学仿真模型，经过模型力学仿真后，将计算得到的力学信息反馈到BIM信息模型中显示出来。
3.根据权利要求1所述的基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法，其特征在于：所述步骤S3中的更新后的CAE力学仿真模型得到的力学信息生成时变力学云图，将时变力学云图反通过数据结构的自动转换实时导入BIM建筑三维几何模型，在实时BIM建筑三维几何模型上显示其时变受力状况。
4.根据权利要求1所述的基于BIM信息模型的CAE力学仿真的方法，其特征在于：在所述步骤S3中更新后的BIM信息模型的时变力学云图中所反映的应力应变位移信息与与标准的应力应变位移情况进行对比、分析、评价其稳定性状况，对更新后的受力状态突变及时预警。
5.根据权利要求2所述的一种基于网格简化***的重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、网格简化***通过实时数据传输模块调取BIM建筑信息模型；
b、通过模型过滤模块过滤得到建筑主体结构模型；
c、获取构件几何数据模块，自动获取主体结构中的构件获取其三维几何参数；
d、获取构件材料参数模块，自动获取主体结构中的构件获取其材料参数；
e、通过网格重构模块对BIM建筑三维几何模型原有的网格进行重构；
f、网格简化***通过实时数据传输模块将进过上述步骤处理得到的模型导入CAE中进行力学仿真。
6.根据权利要求3或4所述的一种CAE力学仿真***更新方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)BIM信息模型***完成三维模型的参数化设计，并同时为后续的CAE力学仿真分析添加改动的信息参数；
2)通过实时数据传输模块提取BIM信息模型***中改动的数据信息参数，然后将所述改动的数据信息参数保存为CAE力学仿真***可以识别的中间文件；
3)CAE力学仿真***读取所提取改动的数据信息参数，并生成CAE参数化模型；
4)在CAE力学仿真***中设置求解参数，然后进行求解操作；
5)在求解完成后将求解后的力学信息结果返回到BIM信息模型***重新调整参数再进行CAE分析，如果选择是，则返回到步骤S1，进行模型调整和信息参数的修改，然后继续运行该程序；如果选择否，则结束分析。
7.根据权利要求6所述的一种CAE力学仿真***更新方法，其特征在于：当BIM建筑信息模型的信息参数发生变化，实时数据传输模块将改动信息传输到网格简化***中，网格简化***通过判断改动信息的属性，当网格简化***判断是主体结构构件的材料参数、几何参数等影响力学仿真的数据变化时，则网格简化***对BIM建筑信息模型重新进行计算，得到新的CAE力学仿真模型，反之则不需重新计算。
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