建筑结构工程设计重用策略研究

石鑫磊

摘要：由于工作习惯和专业等方面的特点，建筑结构工程要結合自身的特点，借鉴其他领域的重用经验进行有针对性的改进。本文将建筑结构工程的自身特点和设计流程相结合，构建了具有一套简单可行的建筑结构设计重用策略。

关键词：工程设计;工作模式;设计重用;建筑结构

前  言

为了实现设计效率的提高，让已有的设计被新设计使用。在新设计中尽可能的采用已有设计，这就是我们所说的设计重用。传统上，设计重用可以减少新设计的工作量，能够有效提高现代工程的设计效率（如软件工程、机械工程等）。为了减少结构设计中重复设计的工作，设计重用思想也可以用于建筑结构工程。但在建筑结构设计重用时，由于服务目标、工作对象以及工作模式的不同，在实施方法和策略上与软件工程等有着比较大的差异。本文借鉴其他较为成熟领域的重用策略，结合建筑结构工程设计的特点及其常见思路，提出了一套建筑结构工程的设计重用方法。实践证明，该方法简单可行，能明显提高结构设计的工作效率。

一、设计重用的方法与思路

将设计零件化，这是设计重用的基本思路。在设计过程中，通过零件的标准化，让其在不同的设计中通用，以实现设计重用。零件是设计信息的子集，可以采用特定的功能、物理边界或者设计特征等来划分子集边界，形成可重用单元。我们可以对零件进行参数化，零件被参数化后，参数结构以及设计的模型进行记录，可以使重用更为灵活，调整参数的时候可以获得新的零件实例。除此之外，另外一个重点就是重用设计知识，对以往设计时所使用的推理、知识及思路等通过记录和重现，即可重用以前的成果进行新设计。

相关的研究人员应用各种技术来实现上述的设计重用思想。如采用设计原理，依照设计实现方法和所满足的功能划分设计元素，形成可重用的单元;或根据设计的材料、几何等相关特征，采用特征建模等方法定义可重用的单元;此外，确定可重用单元也可以将重用性作为标准。与当前设计的可重用单元相匹配的方法想死，还可以从重用单元库中搜索。如可视化的可重用单元信息的描述，提供了比较和查找可重用单元的途径;通过对单元的相似度进行评价以实现测量可重用度。

有效利用可重用单元也是当前的一个主要研究内容，为了使设计重用思想得到全面应用，有研究者在分项技术的研究基础上，提出了一些宏观设计重用框架及体系等问题的解决方法。相关文献在对重用在硬件设计领域的应用进行介绍时，也对不同的重用方式和重用程度做出了解释。如为了让其能够符合当前的设计，可以采用参数化建模的方法对一些参数进行修改，也可以原封不动的代替，或者是通过替换部件重用其设计框架来实现设计的目标。

二、设计重用目标及建筑结构工程特点

在软件工程与机械工程领域，从零件出发的重用策略得到了广泛应用。这给研究人员以启发，尝试在建筑工程领域应用类似的方法。模块或者零件构成了软件系统以及机械系统，它们便于实现标准化的特点成就了零件策略。借用这一概念，在建筑工程中某些分项或分部如果具备相同特点也是可以应用零件策略的。但建筑工程是一个非常复杂的系统，其结构设计并不具备应用零件策略的条件。构成建筑的基本力学体系和构件的是板、墙、梁、基础、柱等，这些都是结构工程的设计对象。每个建筑都是一个定制工程，都是一个独立的作品，这就导致工程与工程之间缺少可通用的部分。不同建筑体系的尺寸、结构构建以及构成都需要按照需求重新进行设计。此外，结构没有零件与机械不同，所有固定在一起的构件形成了一个有机整体。虽然也可以人为进行划分，但是人为划分标准比较模糊，随意性很大，难以实现零件化，部件的通用化和标准化也就更加无法实现。在这样一个工程环境中，我们需要做的是寻找设计重用的新策略。

设计重用的本质是为了提高设计新工程的效率，充分利用已有的设计成果。从不同的设计理论上来说，只要存在相似或相同的部分，那么就可以采用设计重用的方法来减少重复的工作量。在建筑工程内，存在着很多重复的内容。因为建筑物在建造的过程中必须逐层从下向上，各楼层之间的平面布局是逐层渐变的，相近和相邻的楼层之间存在着一定数量的重复内容。通常相同布局的楼层在设计的过程中，工程师会将其归为标准层，并在进行设计将其作为相对独立的设计单元。对每个标准层逐一进行设计，图纸是单独成套的。本文的主要研究目标有两个，一个是提高维护设计的效率;另一个是为了减少设计新标准层时的工作量，从已完成的标准层设计中提取可重用的设计信息。

三、设计重用方案—— 以重用范围为基础

管理可重用单元、提取可重用单元以及使用可重用单元是设计重用方案的三个要素，与以零件为基础的思路相对应，提出了以重用范围为基础的思路对可重用单元进行划分。在以零件为基础的方案当中，具有确定的边界，它是依照零件的自身特性划分的，但并不能确定有哪些可以应用到新设计中。在以重用范围为基础的方案中，单元的重用范围是可以确定的。可以根据可重用单元的适应范围来确定单元，以此形成的单元边界是灵活的，但不一定具有明确的工程定义。

四、重用程序模块的开发与实现

1.开发需求

在设计重用策略的实施过程中，工程师可以将可重用的标准层和单元作为单独的文件进行储存，可以用编码对文件进行命名。工程师可利用 CAD 提供的引用其他文件信息的功能，在标准层文件中引用需要的可重用单元文件。在设计重用的整个过程中，由于建筑工程所具有的灵活性及复杂性特性，想要用程序自动实现可重用单元的编码以及形成过程，在生产实践中所要求的精确度是比较难达到的。这部分与传统的工作模式相仿，是需要人工完成的。在引用标准层文件的过程中，如果有程序支持，那么只需要比较编码就可以确定刻板;如果没有程序支持，则需要将 CAD 的外部参照功能启动，对编码的关系进行比较。同时，插入可重用单元文件。

2.应用程序的实现

2.1 对于标准层文件名，组装程序会自动进行解析，确定其对应的标准层编号与内容的种类。

2.2 对可重用单元库中的文件进行搜索，对文件名进行解析，获取适用范围，匹配包含可重用单元的文件。

2.3 将可重用单元文件借助外部参照控制函数插入到标准层文件当中。

五、结束语

为了将建筑中各标准层结构设计的重用有效利用，由此提出了建筑结构工程设计重用策略。实践证明，该策略具有可行、增效、便于操作等特点，可以有效减少工程师在设计维护和创建环节的工作量。本策略能够大幅度减少设计工作量，便于工程师组织可重用信息、提取可重用信息以及管理可重用信息。既可以提高设计效率，也能实现利用设计重用的目的。

参考文献：

[1]王玉，邢渊，阮雪榆.设计重用研究[J].机械科学与技术，2001（05）.

[2]陈莉，刘弘，邵增珍.支持复用的建筑设计图样系统研究[J].小型微型计算机系统，2004（02）.