建筑结构智能开孔技术的研发与应用

申妍

【摘要】随着三维设计在建筑工程设计中的推进，在建筑、结构专业的三维设计过程中，需要对墙体、楼板等三维结构体模型进行开孔设计，以满足不同工程应用的需要，例如对暖通风管穿墙处，建筑专业需在墙体上预留相应尺寸孔洞。在设计过程中，还需要对孔洞附加各种工程属性信息（编号、功用等），以满足孔洞统计要求。在建筑行业三维设计中，建筑、结构中的开孔设计是专业间配合的重要内容之一，通过对智能开孔技术的研究，在Bentley MiCroStation V8i二级平台Archi-tecture上，为建筑企业布置专门定制开发的智能开孔系列工具，可以实现对实体化孔洞对象的智能生成，并且生成的孔洞对象具有工程属性，还具有对孔洞对象进行参数化尺寸修改、更新、合并、重复性检查和统计等功能，极大地提高了开孔设计的设计效率。

【关键词】建筑结构；智能开孔技术；三维设计；三维参数；研发应用

随着三维设计在工程设计中的推进，在建筑、结构专业的三维设计过程中，需要对墙体、楼板等三维结构体模型进行开孔设计，以满足不同工程应用的需要，例如对暖通风管穿墙处，建筑专业需在墙体上预留相应尺寸孔洞。在设计过程中，还需要对孔洞附加各种工程属性信息（编号、功用等），以满足孔洞统计要求。同时在以往的二维图纸中，墙体、楼板上的孔洞是需要采用特殊图例符号来表示。但在三维设计中，三维设计软件只提供了对结构实体进行三维剪切的功能，此功能虽然能够实现在结构体、实体上开出三维孔洞，但效率低下，更无法表达孔洞的工程意义，故原有的模式无法将孔洞作为对象进行管理和编辑，也无法在生成的二维图纸上自动实现符号化表达。为了解决这一问题，在三维设计软件上进行二次开发，建立起一套对有工程意义的孔洞进行创建、更新和管理的功能集合。

一、开发方案

在实际工程设计中，存在大量设备穿越墙体或楼板的情况，开发目标软件应能够在设备穿过墙体（楼板）的位置智能形成參数化孔洞，并且满足不同孔洞需求的情况（方孔、圆孔、套管）。因为手动在墙体（楼板）上自定义开孔也是在设计过程中经常会碰到的情况，目标软件还应该包括手动开孔功能。在设计过程中，墙体（楼板）和设备会随着设计的推进，而对其参数属性进行相应的修改（尺寸参数、位置参数等），因此，软件还应该包括在后期对已经生成的孔洞进行编辑修改、合并、更新、重复性检查及统计孔洞生成孔洞表的功能。

在Bentley MicroStaton V8i二级平台Architecture上，使用MicroStaton MDL二次开发语言进行开发。MDL语言是以C语言为基础的结构化编程语言，采用C的结构，具有自己的运行时间库、编译程序、链接程序、库管理程序，并在MicroStaton环境下运行。

使用MDL开发的智能开孔系列工具运行在Mi-croStaton V8i二级平台Architecture下，与此平台下其他软件功能具有操作一致性。用户通过设置开孔参数，自动创建三维孔洞模型，孔洞模型采用Para-Metric Cell来生成三维参数化实体孔洞对象，Para-metric Cell可以根据需要制作成不同的符号，而且Parametric Cell类型的三维参数化实体孔洞对象，可以被附加上多种参数组属性，普通的三维孔洞就转变成了具有工程属性的三维参数化实体孔洞对象。因此，首先解决了对三维孔洞的二维图例符号标识的问题，其次由于对三维孔洞附加了工程属性，方便了对孔洞的更新及管理。

生成实体孔洞模块包含两个功能，智能开孔和手动开孔。智能开孔和手动开孔的对象可以是墙体或者楼板，生成的孔洞对象包括方孔、圆孔、方半孔、套管等不同类型。在参数组定义方面，可以根据实际情况，定义不同的参数组来生定义三维参数化实体孔洞。例如当已知穿过墙体（楼板）的设备的尺寸参数，可以确定要开的孔洞的具体尺寸参数，则可以根据此参数来进行生成；若在设计时，无法确切得知设备具体参数，则可以设置孔洞边界参数来定义需要生成的三维参数化实体孔洞。智能开孔是在读取穿过墙体（楼板）的设备的位置后，根据参数组定义的参数自动在当前设备的位置处，自动生成三维参数化实体孔洞，而手动开孔则是手动在墙体（楼板）上选择需要开孔的位置，再根据参数组定义的参数来进行开孔，生成三维参数化实体孔洞。而且由于智能开孔是自动读取位置来进行开孔，因此还具备批量开孔的功能，用户可以选中批量的墙体（楼板）和设备进行开孔。

管理实体孔洞模块包含孔洞尺寸修改、合并孔洞、更新孔洞、重复孔检查和孔洞统计五个功能。在实际应用过程中，会经常遇到修改三维参数化实体孔洞尺寸的需求，孔洞尺寸修改功能，即可以读出已生成的三维参数化实体孔洞的尺寸参数，显示在对话框中，并可以进行修改，修改完毕后，可实时反映在三维参数化实体孔洞上。用户在批量开孔后，通常情况下还会对具体的孔洞进行修改和确认，若同一类型的孔洞对象之间的间距小于工程定义的临界值，则需要将多个孔洞对象合并为一个大的孔洞对象，此时就可以使用合并孔洞功能进行操作。随着设计过程的推进，墙体（楼板）以及穿过其中的设备的位置都有可能发生变化，更新孔洞功能则可以实现批量更新孔洞对象所在位置的目的。重复孔检查功能用来扫描当前图纸中的所有三维参数化实体孔洞，检查是否有对一个设备重复开孔的现象，如果有，则弹出重复孔列表。由于生成的三维参数化实体孔洞都具有工程属性信息，孔洞统计功能可以根据实际需要，统计孔洞信息，并生成孔洞统计表。

二、工程应用

随着智能开孔技术的研究以及开孔系列工具的开发完成，开孔系列工具逐步应用到实际工厂三维协同设计项目当中，并具有很好的发展前景。

三、结束语

在建筑行业三维设计中，建筑、结构中的开孔设计是专业间配合的重要内容之一，通过对智能开孔技术的研究，在Bentley MiCroStation V8i二级平台Archi-tecture上，为建筑企业布置专门定制开发的智能开孔系列工具，可以实现对实体化孔洞对象的智能生成，并且生成的孔洞对象具有工程属性，还具有对孔洞对象进行参数化尺寸修改、更新、合并、重复性检查和统计等功能，极大地提高了开孔设计的设计效率。