CN116204962B - 一种基于bim的结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明建筑工程的建筑结构技术领域，尤其是涉及一种基于BIM的结构设计方法。包括：S1、根据建筑模型的外形曲面拓扑关系以及建筑内部布置情况，利用参数化建模软件创建初步的结构网格曲线；S2、根据初步的结构网格曲线，创建结构线膜；S3、根据结构线膜，创建结构计算模型；S4、利用插件将结构计算模型转换生成初步结构BIM模型；S5、判断初步结构BIM模型是否满足专业设计要求；S6、对初步结构BIM模型进行细化，以形成最终的结构BIM模型；S7、基于三维BIM模型创建和发布施工图纸和模型文件。本发明提供一种基于BIM的结构设计方法，能快速实现从方案到结构计算再到施工图的整个设计流程，提高工作效率和设计质量。

Description

一种基于BIM的结构设计方法

技术领域

本发明建筑工程的建筑结构技术领域，尤其是涉及一种基于BIM的结构设计方法。

背景技术

随着建筑材料以及数字技术的发展，越来越多的建筑不再拘泥于垂直正交的建筑体系，具有自由曲面的建筑形态不断涌现。随着建筑形态上越来越复杂，传统的基于平面的设计方式已难以应付，此时数字技术尤其是BIM技术的发展，为设计师带来了更多的解决方案。

BIM即Building Information Modeling的简称，中文释义为建筑信息模型，定义为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，是对该工程项目相关信息详尽的数字化表达。基于BIM的设计方法有可视化、协同化、可模拟、出图性等特点。各专业在同一平台结合模型协同设计，基于三维BIM模型生成二维设计图纸。

目前，在建筑设计领域常用的BIM设计软件主要有Rhinoceros、Catia、Sketchup、Revit等等。其中Rhinoceros、Catia、Sketchup主要用于方案阶段，Revit主要应用于施工图阶段。Rhinoceros和Catia具有强大的曲面造型能力，常应用于具有复杂造型的建筑项目。Sketchup功能丰富、操作简单，但曲面造型能力较弱，因此多应用于常规建筑的方案处理。Revit具有强大的多专业协同设计和出图能力，多适用于项目的扩初和施工图阶段；但Revit基于平面的设计理念、较差的曲面造型能力，使得其在具有复杂造型项目的应用上较为困难。

在工程实践中，对于常规的建筑，各专业可以在Revit平台下同步进行从方案到施工图的设计。但对于具有复杂造型的建筑，往往需要多个软件分别来完成各阶段的设计。就结构专业方面来讲，需要方案模型、计算模型、施工图模型分别建模，造成计算与出图不一致以及重复建模的结果。因此，需要一种方法，在保证设计意图和工作效率的基础上，实现多软件快速转换，完成从建模到计算再到出图的整个设计流程

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM的结构设计方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于BIM的结构设计方法，其包括如下步骤：

S1、根据建筑模型的外形曲面拓扑关系以及建筑内部布置情况，利用参数化建模软件创建初步的结构网格曲线，网格曲线是参数化的，可根据不同参数实现快速调整；

S2、根据初步的结构网格曲线，创建结构线膜；

S3、根据结构线膜，创建结构计算模型；

S4、利用插件将结构计算模型转换成初步结构BIM模型；

S5、判断初步结构BIM模型是否满足专业设计要求：

若判断结果为否，则返回步骤S1或步骤S3；

若判断结果为是，则执行步骤S6；

S6、对初步结构BIM模型进行细化，以形成最终的结构BIM模型。

优选的，该方法还包括如下步骤：

S7、利用最终的结构BIM模型创建施工图纸，并发布施工图纸文件。

优选的，该方法还包括如下步骤：

S8、将最终的结构BIM模型导出作为最终的模型发布文件。

优选的，步骤S1包括：根据建筑模型的外形曲面拓扑关系以及建筑内部布置情况，在Rhinoceros中创建初步的结构网格曲线。

优选的，步骤S2包括：将初步的结构网格曲线，在各曲线交点处做打断处理，并对各分段曲线降阶为直线段，作为用于计算的结构线模，并导出为dxf格式。

优选的，步骤S3包括：将dxf格式的结构线膜导入结构计算软件Midas Gen中，基于线模创建结构单元，为各单元赋予截面、材料、荷载、边界条件信息，经过计算分析和优化后，得到设计后的结构计算模型，并导出为mgt文件。

优选的，步骤S4包括：

S41：打开插件程序，读入生成的mgt文件，提取结构计算模型有关的结构单元、节点、坐标、材料、截面、边界条件信息，其中墙单元、板单元根据需要选择性输入；

S42：将结构计算模型得到的结构信息梳理并转换为用于Revit建模的构件定位、族、族类型信息，构件与结构计算模型中的单元一一对应，其中需要加载的族和族类型保存到临时文件1中，构件的相关信息保存到临时文件2中；对于杆单元，临时文件1中保存的信息包括族名称、族类型名称、族类型的各参数；临时文件2中保存的信息包括单元编号、节点编号、节点坐标、对齐方式、偏心数值、截面转角、族、族类型；

S43：提取临时文件1中存储的族和族类型信息，并在Revit中加载相应的族和族类型；加载前，通过api遍历当前Revit文档中已加载的族和族类型，如未加载相应族，则按照设定的位置或手动加载族文件；如已加载族，无相应的族类型，则新建族类型并根据族类型信息输入相关参数；

S44：读取临时文件2中构件信息，在Revit中调用族和族类型按照定位分别创建各个构件，生成初步的结构BIM模型。

优选的，判断初步结构BIM模型是否满足各专业设计要求：

若判断结果为否，且调整的范围较小时，则返回步骤S3；

若判断结果为否，且调整的范围较大时，则返回步骤S1；

若判断结果为是，则执行步骤S6。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种基于BIM的结构设计方法，能快速实现从方案到结构计算再到施工图的整个设计流程，提高工作效率和设计质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的设计方法流程图；

图2为本发明实施例提供的建筑三维模型的示意图；

图3为本发明实施例提供的Rhinoceros结构线模的示意图；

图4为本发明实施例提供的Midas Gen结构计算模型的示意图；

图5为本发明实施例提供的mgt文件导入Revit建模插件界面的示意图；

图6为本发明实施例提供的Revit结构BIM模型的示意图；

图7为本发明实施例提供的平面布置图；

图8为本发明实施例提供的立面图。

实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本实施例提供一种基于BIM的结构设计方法，为使本实施例更清晰，对出现的技术名词进行解释：

Rhinoceros：美国Robert McNeel&Assoc开发的专业3D造型软件，用于创建结构线模。

Midas Gen：建筑领域通用分析与设计软件，用于结构计算分析。

mgt：Midas Gen软件的一种文本格式的数据存储文件，用于结构计算模型数据的存取。

Revit：BIM建模设计软件，用于BIM建模、专业协同、出图等。

族：Revit中所有图元都是基于族创建的，族是某一类别中图元的类。

族类型：每一个族都可以拥有多个类型，族类型是特定参数的一个族。

本实施例中，具体地，结合图1所示，本实施例提出一种基于BIM的结构设计方法，包括以下具体步骤：

步骤1：根据建筑专业BIM模型的外形曲面拓扑关系以及建筑内部布置情况（见图2），在Rhino中创建初步的结构网格曲线。

步骤2：将初步的结构曲线模型，在各曲线交点处做打断处理，并对各分段曲线降阶为直线段，作为用于计算的结构线模（见图3），并导出为的dxf格式。

步骤3：将dxf格式的结构线膜导入结构计算软件Midas Gen中，基于线模创建板、墙等面单元，为各单元赋予截面、材料、荷载、边界条件等信息，经过计算分析和优化后，得到设计后的结构计算模型（见图4），并导出为mgt文件。

以下步骤4~步骤7内容为插件程序调用api在Revit中依次完成。

步骤4：打开插件程序（见图5），读入生成的mgt文件，提取结构计算模型有关的结构单元、节点、坐标、材料、截面、边界条件等信息，其中墙单元、板单元可根据需要选择性输入。

步骤5：将计算模型得到的结构信息梳理并转换为用于Revit建模的构件定位、族、族类型等信息，构件与计算模型中的单元一一对应，其中需要加载的族和族类型保存到临时文件1中，构件的相关信息保存到临时文件2中；对于杆单元，临时文件1中保存的信息主要有族名称、族类型名称、族类型的各参数；临时文件2中保存的信息主要有单元编号、节点编号、节点坐标、对齐方式、偏心数值、截面转角、族、族类型。

步骤6：提取临时文件1中存储的族和族类型信息，并在Revit中加载相应的族和族类型；加载前，通过api遍历当前Revit文档中已加载的族和族类型，如未加载相应族，则按照设定的位置或手动加载族文件；如已加载族，无相应的族类型，则新建族类型并根据族类型信息输入相关参数。

步骤7：读取临时文件2中构件信息，在Revit中调用族和族类型按照定位分别创建各个构件，生成初步的结构BIM模型（见图6）；

步骤8：初步的结构BIM模型链接入建筑和MEP专业的BIM模型，经过各专业设计配合后，若需要调整的范围较小，可直接在Revit中局部调整BIM模型，若需调整的范围较大，需返回Rhino和结构计算软件中，重新调整结构线膜和计算模型，再次计算优化后利用插件程序得到更新的结构BIM模型；

步骤9：细化结构BIM模型，包括构件对齐方式、构件偏心、连接节点等局部调整；

步骤10：细化的结构BIM模型链接入建筑和MEP专业模型，合模检查无误后，将其作为最终的结构BIM模型文件；

步骤11：利用最终的BIM模型按照平面、立面、剖面等分别创建各个视图（见图7、图8），在视图中添加注释、标注等信息后作为最终的施工图纸，并导出为pdf、dwg格式，作为最终的图纸发布文件。

步骤12：利用最终的BIM模型导出如ifc、nwc格式，并与rvt格式一同作为最终的模型发布文件。

综上，采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1. 本发明前期初始线模选择在参数化建模软件Rhinoceros中创建，相比直接在结构计算软件中操作，建模过程快速高效；

2. 本发明结构计算模型通过插件转换成三维BIM模型，避免二次重复建模，提高建模效率、减少人为失误；

3. 本发明直接基于三维BIM模型创建生成平面、立面、剖面图纸，减少了在二维cad中绘制图纸的环节，提升出图效率。

4. 本发明在设计的不同阶段，结合各类设计软件的技术特点，充分发挥不同软件的技术优势，提升设计效率。

5. 本发明计算模型、BIM模型、施工图纸中的模型信息数据相互关联，避免了传统设计方法中模型与二维图纸不关联、不一致的情形，减少了失误率。

6. 本发明最终的成果不再仅仅是二维的施工图纸，三维的BIM模型可以一并进行提交，设计的BIM模型可在后续的施工、运维等环节进一步延续，充分发挥BIM技术的优势和作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种基于BIM的结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据建筑模型的外形曲面拓扑关系以及建筑内部布置情况，利用参数化建模软件创建初步的结构网格曲线；

S2、根据初步的结构网格曲线，创建结构线膜；

S3、根据结构线膜，创建结构计算模型；

S4、利用插件将结构计算模型转换成初步结构BIM模型；

S5、判断初步结构BIM模型是否满足专业设计要求；

S6、对初步结构BIM模型进行细化，以形成最终的结构BIM模型；

步骤S3包括：

将dxf格式的结构线膜导入结构计算软件Midas Gen中，基于线模创建结构单元，为各单元赋予截面、材料、荷载、边界条件信息，经过计算分析和优化后，得到设计后的结构计算模型，并导出为mgt文件；

步骤S4包括：

S41：打开插件程序，读入生成的mgt文件，提取结构计算模型有关的结构单元、节点、坐标、材料、截面、边界条件信息，其中墙单元、板单元根据需要选择性输入；

S42：将结构计算模型得到的结构信息梳理并转换为用于Revit建模的构件定位、族、族类型信息，构件与结构计算模型中的单元一一对应，其中需要加载的族和族类型保存到临时文件1中，构件的相关信息保存到临时文件2中；对于杆单元，临时文件1中保存的信息包括族名称、族类型名称、族类型的各参数；临时文件2中保存的信息包括单元编号、节点编号、节点坐标、对齐方式、偏心数值、截面转角、族、族类型；

S43：提取临时文件1中存储的族和族类型信息，在Revit中加载相应的族和族类型；加载前，通过api遍历当前Revit文档中已加载的族和族类型，如未加载相应族，则按照设定的位置或手动加载族文件；如已加载族，无相应的族类型，则新建族类型并根据族类型信息输入相关参数；

S44：读取临时文件2中构件信息，在Revit中调用族和族类型按照定位分别创建各个构件，生成初步的结构BIM模型；

步骤S5判断初步结构BIM模型是否满足各专业设计要求：

若判断结果为否，且调整的范围较小时，则返回步骤S3；

若判断结果为否，且调整的范围较大时，则返回步骤S1；

若判断结果为是，则执行步骤S6。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的结构设计方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S7、利用最终的结构BIM模型创建施工图纸，并发布施工图纸文件。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的结构设计方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S8、将最终的结构BIM模型导出作为最终的模型发布文件。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的结构设计方法，其特征在于，步骤S1包括：根据建筑模型的外形曲面拓扑关系以及建筑内部布置情况，在Rhinoceros中创建初步的结构网格曲线。

5.根据权利要求1所述的基于BIM的结构设计方法，其特征在于，步骤S2包括：将初步的结构网格曲线，在各曲线交点处做打断处理，并对各分段曲线降阶为直线段，作为用于计算的结构线模，并导出为dxf格式。