基于BIM技术的结构有限元计算研究现状

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

引言

建筑信息模型(Building Information Modeling)是以计算机技术为基础，运用三维软件工具，建立包含建筑工程完整信息的数字模型，从而对建筑物的真实信息进行仿真模拟，并进一步对建筑工程的设计、施工、运维等阶段进行指导[1]。BIM具有对整个项目周期信息进行存储，分析，计算，展示的能力，能为做出正确决策提供必要支持，具有以下五大优点：可视化、协调性、优化性、模拟性、可出图性[2]

我国推行运用BIM相比其他发达国家较晚，目前多数人还没能了解BIM的准确内涵，尤其是在桥梁工程中的发展应用还相对比较滞后，运用实例较少。这导致了我国对于BIM的理论研究和实际工程应用大多还停留在模型建立、管理、仿真、检查等方面的研究。而对于基于BIM模型的结构有限元分析，国内这方面的文献资料十分稀少，仅有的少数研究也集中于模型的转化上。而BIM技术在目前的力学计算和分析中的运用还存在很多的问题和不足，结构模型的力学计算和分析一直是整个BIM信息集结构分析BIM模型框架和数据转换应用成链中脱节的一环[3]。这些问题都亟待研究人员解决。总的来说目前基于BIM的结构有限元分析总体处于十分初始的发展阶段。

本文从BIM模型转换研究和工程实例两个方面总结了此问题的研究现状，为以后相关方面的研究提供素材。

一、BIM模型转换研究

只有实现模型的对接才有可能真正的实现BIM技术的全面运用[4]由于BIM模型对信息具有良好的存储和传递能力，可以作为各个软件之间进行数据传递的桥梁。

IFC(Industry Foundation Classes)是国际通用的建筑产品数据描述标准[5]已逐渐成为当前主导BIM构建的技术标准，通过IFC进行数据交换，可用于异构系统交换和数据共享[6]与BIM软件无关，只需提供对IFC标准的支持即可。BIM所采用的IFC格式模型的雏形就是定义建筑设计阶段数据信息的表达[7]。

张晓洋等[8]先提出了IFC-API建筑结构转换模式，解决传统转换模式所造成的信息错误与丢失等难题，实现了一整套较为完善的基于BIM的结构模型转换机制。

中国建筑科学研究院[9]于EDM平台开发了建筑工程信息共享IFC模型平台CabrIFC软件，初步实现了IFC标准与PKPM的企业标准SpasCAD之间的几何信息、材料信息的交换和共享。

二、工程实例

李坤[10]M软件Revit对地铁车站标准段进行建模，通过BIM技术配套软件Robot Structure Analysis 2014进行结构有限元计算。此结构设计软件是专门为运用BIM模型来计算而设计的一套软件，能够实现大多数有限元计算软件的常用功能，通过细致的自动划分网格、进行非线性计算等，还能结合工程规范对计算结果进行评价和验算，实现了BIM软件和有限元软件之间的结合。李坤成功的将BIM技术运用在此工程实践中，证明了通过BIM技术进行对于传统的建模软件之间的巨大优势，是BIM运用到全项目的流程中，为今后BIM技术在结构设计中的应用提供了参考，助力于BIM在地铁车站全项目周期的使用。

唐克[11]Dassault公司旗下的CATIA建立基坑支护模型。相比传统的有限元分析软件，采用CATIA进行建模具有模型结构参数化、曲面设计能力强、可以采用骨架驱动[12]立模型和零部件与装配件之间具有联动性等优点。采用同为Dassault公司的有限元计算软件ABAQUS进行结构分析，保证结构数据的准确性。通过对比实际检测数据与相关规范要求，证明了基于BIM的结构有限元分析在基坑工程上满足结构设计要求。

三、总结与展望

通过以上综述，目前基于BIM的结构有限元分析几乎都是在现有BIM软件和结构有限元分析的软件基础上，开发出一套能实现模型处理和数据转换的机制，来实现数据的导入和结果的导出。在今后的研究中，我认为更加重要的是建立一套能更加适应结构模型处理的规范标准，这样才能在标准的基础上对数据进行处理、转化和进行基于标准的二次开发，这样才能更好得利用BIM软件精细的建模能力和有限元分析软件强大的机构分析能力来提高BIM的适用性和结构计算的精确性。