基于BIM模型的结构设计审查方法研究

张吉松，赵丽华，崔英辉，任国乾，李海江

基于BIM模型的结构设计审查方法研究

张吉松1，赵丽华1，崔英辉1，任国乾2，李海江2

(1. 大连交通大学土木工程学院，辽宁 大连 116028； 2. 卡迪夫大学工学院，英国威尔士 卡迪夫 CF24 3AA)

建筑信息模型(BIM)作为建筑工程的数字化表达，正在成为实现建筑全生命期信息化、工业化和智能化的重要手段。以BIM模型作为设计交付成果是未来建筑设计领域发展趋势。然而，现阶段建筑结构设计的审查工作还是以人工手动审查为主，普遍存在主观、效率偏低且易出差错等问题。因此，以框架结构模型审查为实例，通过关系数据库方法解析BIM模型数据，采用Java编程转译结构设计规范条文，提出一种基于BIM模型的结构设计审查方法。实现过程包括：①模型准备与信息映射；②规范条款分类和转译；③建立连接和代码执行。结果表明：该方法可以部分实现结构模型的自动化审查，提高了设计审查工作的科学性、可靠性和规范性，为今后全面实现设计审查的自动化和智能化提供了技术基础和参考方法。

建筑信息模型；结构设计；合规性审查；关系数据库；Java

建筑信息模型(building information modelling，BIM)是建设项目全生命期(设计、施工、运维)信息的数字化表达与共享方法，在许多国家和地区工程项目中得到广泛应用。BIM作为信息技术与工程建设过程深度融合的技术基础，是推动建筑业向数字化、网络化、智能化发展的重要载体，对于促进传统建设行业转型升级发挥着越来越重要的作用。目前，世界各地对BIM的应用率要求越来越高。以英国为例，从2016年开始所有政府投资公建项目必须采用3D BIM技术来协同交付项目[1]。我国住建部在2015年印发《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》，提倡在新建项目勘察设计、施工、运营维护中广泛应用BIM技术。上海市要求到2020年新建政府投资项目在规划施工阶段应用BIM比例不低于60%[2]。我国很多城市也采用多项措施推进BIM技术应用，要求在建筑设计中交付BIM模型作为工程设计成果。

然而，全面推进BIM技术落地遇到很多瓶颈。其中重要原因之一是设计成果由传统的二维图纸转变为三维模型，给施工图审查(即三维模型审查)带来了相当大的难度，因为三维模型审查涉及技术、管理、法律法规等多个层面问题，目前国内外还没有一种被广泛采用的标准方法。近些年，国内外学者关于BIM合规性审查主要集中在以下几个方面[3]：①BIM模型审查软件或插件应用。典型的软件包括SMC (Solibri Model Checker)，SMARTcodes，EDM Model Checker，FORNAX和EXPRESS Data Manager。这些软件大都无法按照用户自己设定的规则进行审查，只能在软件提供的框架下修改规则实现审查。②基于决策表的方法，该方法将规范条款转换成多个基于逻辑的决策表并实现审查，如FENVES[4]提出将钢结构设计规范转化成涵盖“条件”和“行动”的决策表。③基于关系数据库或对象关系数据库的方法。如YOU和YANG[5]将STEP的数据转换为结构化查询语言(structured query language，SQL)数据库；KANG和LEE[6]提出基于工业基础类(industry foundation class，IFC)的对象-关系数据库来管理模型信息。④基于语义规则的方法。采用Ontology进行查询和推理模型是近年来研究的热点，如文献[7]采用Ontology来表示IFC，提出EXPRESS-to-OWL具体转换方法，给出了ifcOWL Ontology的构建方法；文献[8]提出了一种基于Ontology的建设领域知识的语义组织和结构化方法。以上4种方法都是基于分析IFC实体、对象或EXPRESS为基础实现的。

EASTMAN等[9]在2009年提出基于BIM的规则检查的4个步骤：①规则解释(规范转译)并在逻辑上进行结构分类；②BIM模型建立和准备；③规则执行；④生成审查报告。其中最核心且最难的步骤是规范转译，原因为：①我国的规范体系庞大，数量众多，以结构设计为例，直接或间接涉及的规范超过50本以上，对于整个规范知识的抽取和转译必然是一个巨大的工程；②设计领域的知识(规范条文)可以分为“显式”和“隐式”，而“隐式”的规范条文较难直接转译，有时还包含很多“模糊语言”；③设计知识碎片化，设计规范条文相互关联和层层嵌套，有时甚至会出现互相矛盾的设计条款。规范转译的难点在于设计条款的分类和表达。

因此，本文基于国内外合规性审查的研究现状，结合国内结构设计规范的实际情况，探索一种结构设计规范重新分类(条文直接转译和转述后转译)的方法，并且通过解析BIM模型中的IFC文件，构建了从IFC建模语言EXPRESS到Java语言再到My SQL数据类型的映射规则，并运用Java进行结构设计条款的表达和转译，提出一种基于BIM模型的结构设计审查方法。

1 模型建立与信息提取

1.1 BIM模型准备

BIM模型准备对于审查结果的可信度和准确性起到至关重要的作用。如果模型过于简单，未包含必要的相关信息，则无法实现全方位的审查；如果模型过于精细复杂，则容量过于庞大，会导致审查效率的低下。因此，以审查为目的的模型应遵循“适度”的原则。一般情况下，可以采用从结构分析软件(例如PKPM，Midas等)中导入Revit的方法进行，或直接在Revit中建立模型。本文采用在Revit中的“结构”建立一个框架结构模型，材料为钢筋混凝土，3层(每层层高4 m)，柱网6 m×6 m (3跨，框架总长和宽为18 m×18 m)，包括16个框架柱(柱截面500 mm×500 mm)，框架梁截面尺寸为300 mm× 700 mm。模型建好后导入Robot Structural Analysis软件进行结构分析，并将含有配筋的框架结构模型作为本研究结构设计审查的模型，如图1所示。

图1 BIM模型建立

1.2 EXPRESS向关系数据库映射规则构建

为增强互操作性，BIM数据结构采用IFC作为中性文件交换标准。IFC源于产品模型数据交换标准(standard for the exchange of product model data，STEP)，采用EXPRESS形式化数据语言(STEP中的PART11)来描述产品，借鉴面向对象的方法将数据组织成有等级关系的类，以继承、多型、封装、抽象、参照等各种不同的关系来描述数据间的关联性。因此，IFC文件语法适合在计算机系统之间进行产品数据的传输，任意EXPRESS语法都能映射到交换结构的语法中去。

EXPRESS数据类型[10]包括：①简单数据类型(数值型NUMBER、实数形REAL、整数型INTEGER、逻辑型LOGICAL、布尔型BOOLEAN、字符串型STRING、二进制型BINARY)；②聚合数据类型(数组ARRAY、列表LIST、包BAG和集SET)；③命名数据类型(实体数据类型ENTITY和定义数据类型TYPE)；④构造数据类型(枚举ENUMERATION和选择SELECT数据类型)。

为了实现BIM模型数据存储到关系数据库，本研究建立了EXPRESS语言向关系型数据库的映射规则。EXPRESS语言具有 “实体、关系(继承)和数据” 3个特点。其中实体可以映射为关系数据库中一张表格，表中每一行数据代表某一个具体的实体，每一列代表实体的某个属性，实体属性值可以是数据，也可以关联到其他的实体。继承关系(主要指实体之间)可以通过关系数据库中的“外键”方式(类型ID)，与数据库中的另一张表进行关联。数据类型与关系数据库中的数据类型可以直接找到对应关系，并直接映射到关系数据库。为了保留EXPRESS数据类型更多的语义信息，需要对关系数据库系统中对应的数据类型加一些值域限制，如限制枚举类型的取值范围在枚举表范围之内。EXPRESS数据类型与关系数据库的映射对应关系见表1。

表1 EXPRESS向关系数据库映射规则

1.3 映射到Mysql数据库

映射规则建立完毕，就可将BIM模型中实体、关系(继承)和数据等信息映射到关系数据库中。BIM模型中的实体(如梁、板、柱等)映射后为一张或几张表(梁表，板表、柱表等)。每种实体的具体实体(如具体某根柱子)，在数据库中对应着相应表格中的一行数据。某个具体实体的属性，对应着表格中的一列数据。以某根梁为例，在IFC文件中可描述为：#168= IFCBEAM ('24BByyjcz3bwE4fWzP qSXt',#41,'Concrete-Rectangular Beam:300×600 mm:423263',$,'Concrete-Rectangular Beam:300×600 mm', #135,#164,'423263')，该实体描述共包含8项，依次为：IfcGloballyUniqueId，IfcOwnerHistory，Name，Description， ObjectType， IfcObjectPlacement，IfcProductRepresentation和IfcIdentifier。其中IfcOwnerHistory，IfcObjectPlacement和IfcProductRepresentation 3项在IFC文件中分别关联到实体#41，#135和#164进行详细描述，映射到关系数据库后以“外键”方式与另一张表进行关联。此外，其余的5项描述例如IfcIdentifier均以表格中的具体一列表示。

以柱子为例，在IFC文件中是一个实体，即IfcColumn，导入到关系数据库后该柱子实体对应为结构柱表。在导入的关系库中点击该结构柱表后，可以看到表中数据如图2所示。取结构柱表中ID(即IfcIdentifier)为460642的柱为例，可以看到表中估计的钢筋体积数据为0.011 991 46 m³，及该实体包含的其余属性信息，如对应实体的类型ID、体积、结构材质、标高、保护层厚度和长度等相关信息。接着打开Revit，点击管理项中的“按ID选择”项，输入460642进行搜索，从查询结果中可以看出，Revit软件显示的结构数据估计的钢筋体积为11 991.46 cm³与关系数据库中的0.011 991 46 m³结果一致，说明BIM模型在导入关系关键库的过程中数据保存准确。在BIM模型中导出的IFC文件中可以看出，本研究建立的框架结构模型共包含200多个实体，因此映射到关系数据库中也有200多个表格。但是有很多表格是空表(如梁IFC文件中第4项“$”，表示为空)，从信息的查询和结构设计审查的角度来看，可以忽略部分相关信息。因此，本研究的结构主要规范条文与BIM模型实体具有直接对应关系的实体信息提取和规则编写，如柱、梁、板、钢筋等实体，这些实体可以在关系数据库中找到相关的表格，本研究后续Java转译的规范条文也基于这些实体。

图2 映射后结构柱表信息

2 规范转译

2.1 规范条款分类和选取

在钢筋混凝土框架结构设计的过程中，依据的规范有：《混凝土结构设计规范》[11](GB 50010-2010，简称《混规》)、《建筑抗震设计规范》[12](GB 50011-2010，简称《抗规》)、《建筑结构荷载规范》和《建筑结构可靠度统一标准》等。前文提到，结构设计涉及的规范较多且存在较难直接转译的条文。因此本研究在转译结构设计规范的过程中，将结构设计条款重新分成以下几类：①规范条文与BIM模型实体具有直接对应关系，可以直接转译。例如《混规》第9章和第11章都有关于“梁”构件的各种构造要求和规定，可以直接对应BIM模型中的梁实体(IFCBEAM)以及与其关联的各种实体；②规范条文与BIM模型实体具有间接对应关系，采用同等含义的“转述”表达后，也可以进行转译。例如《混规》第4.1.2条规定，钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20，该条款可以转述为“钢筋混凝土结构中的梁、板、柱等构件混凝土强度等级不应低于C20”，进而可以采用第一种方法(构件与BIM模型实体对应)进行转译；③规范条文与BIM模型实体没有任何对应关系，无法量化的条文，也无法直接转译，只能通过设计总说明或查看结构计算书进行人为判断。如建筑结构安全等级，抗震设防类别等信息；④只能通过模型或计算书人为识别和判断的信息。如结构方案是否合理、经济，计算参数取值、周期比、位移比等等。因此，本文的研究范围为可直接或间接对应于BIM模型实体或关系的结构设计条款，包括结构构件的基本规定、构造措施和材料强度等条款。为了用较少篇幅阐述方法的有效性，本文从《混规》和《抗规》截取出10余个条款，见表2。以梁为例，在《混规》中选取6种不同类型的条款，分别是梁的混凝土强度等级、最小保护层厚度、梁高与纵向钢筋、梁高与箍筋、梁截面宽度、高宽比、跨高比和纵向钢筋最小配筋率。需要注意的是，有些条款可以直接转译成计算机代码，而有些条款需要转述才能更方便地转译。如，《混规》第11.4.11条规定：“矩形截面框架柱，抗震等级为四级或层数不超过2层时，其最小截面尺寸不宜小于300 mm，一、二、三级抗震等级且层数超过2层时不宜小于400 mm”，该条文可以转述为：“抗震设计时钢筋混凝土框架柱最小截面尺寸不宜小于300 mm (因为抗震等级分为四级，同时包含了层数低于或高于2层的任何情况)”，转述后能够更方便地进行转译。

2.2 转译规范条款

规范转译过程包括2个部分：规范条款的表示和审查算法的实现。规范条款的表示方法有：①决策表方法[4]，如早些年文献[4]提出将结构设计规范条款转化成决策表，多个决策表可以构成决策树，最终设计出SASE系统；②基于规则的语言方法[13](rule-based language)，可将设计条款转换成IF (条件)和THEN (行动)；③基于逻辑的方法[14-15](rule-based language)，主要是一阶谓词逻辑表示法；④基于对象表示法[16](object-oriented)，该方法建议采用信息模型和类等级(class hierarchies)表示规范，并将规范条款按照对象分成4个不同等级；⑤语义规则语言(semantic rule language)和Ontology的方法，如文献[7]提出的ifcOWL Ontology构建和转换方法。

审查算法的实现一般在条款表示的基础上，采用规则进行推理，包括基于对象的语言编程方法、基于对象的参数检验方法、语义网本体语言、SQL语言和基于逻辑查询化语言等[17]。本研究采用Java编程的方法实现规范条款的表示，采用SQL结构化查询语言实现审查算法。SQL中的SELECT语句具有强大的查询功能，只要数据库存在的数据，总能通过适当的方法将其查找出来。SELECT语句进一步分为SELECT，FROM，WHERE和ORDER BY等子句，以便满足不同的查询功能。本文共转译规范条款50条，以《混规》第11.4.11(1)条为例，即“一、二、三级抗震等级且层数超过2层时，框架柱的截面尺寸不宜小于400 mm”进行转译，采用JAVA和SQL编写的具体代码如图3所示。

表2 结构设计规范转译条款(部分)

图3 框架柱条款的转译

在图3中，利用select的where子句实现对柱表的查询结果进行筛选，从“结构表”和“结构柱类型”中选择截面尺寸小于400 mm的柱子类型并显示其ID，其格式为 select from <结构柱表或者结构柱类型表> where<条件>，条件为“类型名称”(即截面)小于400 mm的柱截面尺寸，其中substr为截取字符串函数，可以返回一个从指定位置开始的指定长度的子字符串。System.out.printIn为查询后交互截面显示的句子，例如“所有的结构柱均符合柱截面宽度大于400 mm”和“不符合柱截面宽度大于400 mm的结构柱ID有”等等。以某柱的审查为例，SQL语句为SELECT a.ID FROM`结构柱` a LEFT JOIN `结构柱类型` b ON b.ID = a.`类型 ID` WHERE SUBSTR (b.`类型名称` FROM 1 FOR 3) < 400 OR SUBSTR (b.`类型名称` FROM 5 FOR 3) < 400，其中可通过外键关系绑定结构柱与结构柱类型的连接，实现多表查询。由于Mysql数据库中一般表与表中间通常是经过外键进行关联，所以本文在对数据进行查询时大量使用了SQL语句中的表连接语句，以体现IFC文件中实体之间关系的描述。

3 规范审查实现

3.1 Java代码连接数据库

为实现BIM模型按规范进行审查，需要建立数据库连接(Java database connectivity，JDBC) JDBC是Java语言中访问数据库的应用程序接口，提供查询和更新数据库中数据的方法，能够实现Java与Mysql数据库的连接，可以向数据库发起查询请求并且能够处理数据库返回结果。

因此本文创建了一个JDBC连接数据库的程序，即：①定义参数：包括用户名、密码、统一资源定位标识和驱动；②创建数据库连接：采用DriverManager的getConnectin方法传入指定的欲连接的数据库的路径、数据库的用户名和密码，以便实现数据库连接；③创建Statement实例：在执行SQL语句之前，需要获得Java.sql.statement实例，本研究采用执行动态SQL语句的Preparedstatement实例来实现；④执行SQL语句：采用ExecuteQuery执行查询数据库的SQL语句，并返回一个结果集(ResultSet)对象；⑤遍历结果集：执行更新返回的是本次操作影响到的记录数，执行查询返回的结果是一个ResultSet对象；⑥处理异常，关闭JDBC对象资源。具体过程如图4所示。

图4 SQL语句的执行

3.2 代码执行和结果显示

实现结构设计审查，即执行规范审查代码，需要一个进入程序的主方法，在Test类下创建一个Main方法作为整个程序的入口。Main方法能够调用规范审查的逻辑执行代码，以图3所示规范转译后的SQL语句为例，实现的审查功能是框架柱的截面尺寸不宜小于400 mm，调用工具类JDBC执行语句ExecuteQuery中的方法GetIds()可以实现查询结果。

执行SQL语句完成后，JDBC可以反馈一个查询结果集，通过对查询结果集的循环遍历取出数据库返回的结果。一般而言，返回结果后就可以在控制台输出规范审查结果。控制台输出的结果为所有的结构柱均符合Test1方法中定义的规范审查语句，可通过Navicat数据库可视化工具验证审查结果是否正确。通过查看数据库中的结构柱类型表，发现在该结构中只有一种结构柱类型，截面尺寸为(500×500) mm2，满足本文设定的规范审查条件截面尺寸大于400 mm，实现了设计审查的功能，如图5所示。同理，其余的审查也可以通过以上的方法进行实现。

图5 查询结果

4 分析与讨论

本研究通过将BIM模型导入关系型数据库，采用JDBC将Java与Mysql数据库连接，运用Java转译结构设计规范并编写逻辑判断代码，实现了结构设计审查最基本的功能，只是一个初步的尝试，今后还需要更多地研究和完善，现存问题有待进一步研究和解决：

(1) BIM模型建立和准备。精确、完整并且按照一定规则建立的模型是设计审查的基础。传统二维图纸设计是通过人的视觉(矩形线条轮廓和长宽高比例)来判断是一根“梁”还是一片“墙”，是“人”识别“构件”。而基于对象的BIM模型是通过实体的类型和属性来区分，是“计算机”识别“构件”。因此，对于模型的建立要求会更严格，需要严格按照一系列建模要求来规范。建模可以参照分类编码标准，例如美国OmniClass、英国Uniclass和我国《建筑信息模型分类和编码标准》，美国《GSA BIM Guide 02 – Spatial Program Validation》则给出了一些基于规则检查的建模要求，可以作为我国建立相关标准的参考。同时，基于审查目标的设计模型精细度(level of details，LOD)和模型视图定义(model view definition，MVD)是充分实现自动化审图的基础，亟待开发和完善相关标准。

(2) BIM模型的轻量化和非规则构件的信息提取问题。由于设计模型精细度的要求，很多复杂工程的BIM模型容量越做越大，相应地带来模型“轻量化”问题，即如何保证模型最大限度的包含所有审查需要的相关信息，同时也能最小化模型容量，并依据规则适当简化审查模型，是今后值得研究的问题。另外，BIM模型中的所有构件，并非独立标准的柱梁板实体(即IFC的776个实体中没有涵盖的)，对该种类型的构件，如何进行审查是未来值得研究的问题。

(3) 以设计审查为目标的结构设计规范重新分类。我国的规范体系十分庞大，建筑法、施工图文件审查制度和规范条文(强制性条文和一般性条文)构成了我国规范实施的监督体系，仅以一个专业为例(建筑或结构)，涉及的规范达数十本之多，这些规范不仅是“平行”的关系，在平行的同时又存在相互引用、嵌套等关系，转译工作量较大；对于包含“模糊语言”的“隐式”的规范条文较难直接转译，需要采用新技术和新方法进行解释和转译。因此，如何将这些规范整理成系统的、准确的、并且计算机可以识别的“语言”，构建设计审查专门的数据库，是成功实现结构设计审查的关键一步，也是今后长期的研究方向。

(4) 规范条文的转译。规范条文的转译可以有很多种方法，如利用计算机语言编码方法和参数表法等。本研究仅仅是众多方法中的一种，只对结构设计条款中可以直接转译的部分进行转译，还有很多模糊的、非客观的条款暂时无法进行转译。如，对于规范中的“不宜”则较难转译。同时，对于有些信息无法包含在模型里的部分，如建筑抗震设防类别、建筑结构安全等级、荷载的取值、计算模型的简化、结构的合理性(周期比、位移比、刚重比和剪力重比等)等还需要通过结构设计说明和计算书来进行判断，这些方面还需要国内外学者开展进一步研究。

5 结束语

施工图设计审查对于保障我国建设工程设计和施工质量起到了重要作用。BIM技术的出现使得今后施工图审查由传统的二维图纸转向三维模型的审查，涉及涵盖技术、管理、法律法规等多个层面的问题。本研究旨在技术层面探讨如何实现结构设计审查，采用Java编程转译结构设计规范条文的方法，将BIM模型导入关系数据库，研究了基于BIM模型的结构设计审查方法，并以一个框架结构模型审查实例验证了该方法的有效性，研究成果可以为今后国家编制 BIM 相关设计审查成果标准提供参考和借鉴。然而，仍有如下的问题有待解决：

(1) 规范条文的分类和转译方法的选择十分重要。本文转译的设计条款大多数是“定量”化的条文，这些条文可以较容易地采用一定的逻辑关系转换为计算机程序语言和代码，而对于大多数的“定性”条文和“隐式”条文，较难直接转译，或者需要将其近似地转化为定量条文，或者采用人工识别的方式，这也是今后需要研究的重要方向之一。

(2) 按照不同用途定义结构设计模型精细度和模型视图。在结构设计的过程中，结构模型可以按照不同的用途进行分类，如专门为审查提供的“设计审查模型”、用于结构分析的“结构分析模型”、用于造价分析的“概预算模型”和返给建筑师结构设计条件的“结构-建筑模型”、用于可持续分析的“绿色模型”等，可以极大地提高结构设计在各领域的应用效率。

(3) 除模型以外的文件、表格数据对于审查可以起到很大的辅助作用。模型包含的信息有限，尤其是计算模型的取值、建筑抗震设防类别和建筑结构安全等级等一系列信息无法包含在模型中的，可以采用文件(例如计算书等)和数据表格的方式辅助审查。

[1] UK Infrastructure and Projects Authority. Government construction strategy 2016-2020[R]. London: UK Infrastructure and Projects Authority, 2016.

[2] 上海市人民政府办公厅. 关于促进本市建筑业持续健康发展的实施意见[EB/OL]. (2017-12-24) [2020-03-16]. https://www.shanghai.gov.cn. General Office of Shanghai Municipal People's Government. Implementation suggestions on promoting the sustainable and healthy development of construction industry in Shanghai city[EB/OL]. (2017-12-24) [2020-03-16]. https://www.shanghai.gov.cn (in Chinese).

[3] ISMAIL A S, ALI K N, IAHAD N A. A review on BIM-based automated code compliance checking system[C]//2017 International Conference on Research and Innovation in Information Systems (ICRIIS). New York: IEEE Press, 2017: 1-6.

[4] FENVES S J. Tabular decision logic for structural design[J]. Journal of Structural Engineering, 1966, 92(ST6): 473-490.

[5] YOU S J, YANG D. Relational DB implementation of STEP based product model[EB/OL]. [2020-06-22].https://www.irbnet.de/daten/iconda/CIB9696.pdf.

[6] KANG H S, LEE G. Development of an object-relational IFC server[C]//The 6th International Conference on Construction Engineering and managrment/Project Management. Jeju: Korea ICCEM/ICCPM Press, 2009: 1346-1351.

[7] PAUWELS P, TERKAJ W. EXPRESS to OWL for construction industry: towards a recommendable and usable ifcOWL ontology[J]. Automation in Construction, 2016, 63: 100-133.

[8] YURCHYSHYNA A, ZARLI A. An ontology-based approach for formalisation and semantic organisation of conformance requirements in construction[J]. Automation in Construction, 2009, 18(8): 1084-1098.

[9] EASTMAN C, LEE J M, JEONG Y S, et al. Automatic rule-based checking of building designs[J]. Automation in Construction, 2009, 18(8): 1011-1033.

[10] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 工业自动化系统与集成产品数据表达与交换第11部分: 描述方法: EXPRESS语言参考手册: GB/T 16656.11— 2010[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010. General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China. Industrial automation systems and integration—product data representation exchange—part 11: description methods: the EXPRESS language reference manual: GB/T 16656.11—2010[S]. Beijing: China Standard Press, 2010 (in Chinese).

[11] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 混凝土结构设计规范: GB 50010—2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2011. Ministry of Housing and Urban Rural Development of the People's Republic of China. Code for design of concrete structures: GB 50010—2010[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2010 (in Chinese).

[12] 中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 建筑抗震设计规范: GB 50011—2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010. Ministry of Housing and Urban Rural Development of the People's Republic of China. Code for seismic design of buildings: GB 50011—2010 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2010 (in Chinese).

[13] ROSENMAN M A, GERO J S. Design codes as expert systems[J]. Computer-Aided Design, 1985, 17(9): 399-409.

[14] JAIN D, LAW K H, KRAWINKLER H. On processing standards with predicate calculus[EB/OL]. [2020-05-02]. https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=873be64ff768ffe5a9c65d7db09f6336&site=xueshu_se.

[15] RASDORF W, LAKMAZAHERI S. Logic-based approach for modeling organization of design standards[J]. Journal of Computing in Civil Engineering, 1990, 4(2): 102-123.

[16] GARRETT J H, MAHER HAKIM M. Object-oriented model of engineering design standards[J]. Journal of Computing in Civil Engineering, 1992, 6(3): 323-347.

[17] NARAYANASWAMY H, LIU H X, AL-HUSSEIN M. BIM-based automated design checking for building permit in the light-frame building industry[EB/OL]. [2020-05-02]. https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=1e2d0xt08b490pq04j2m0e10hn017143&site=xueshu_se.

Code compliance checking of structural design based on BIM model

ZHANG Ji-song1, ZHAO Li-hua1, CUI Ying-hui1, REN Guo-qian2, LI Hai-jiang2

(1. School of Civil Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian Liaoning 116028, China; 2. Cardiff School of Engineering, Cardiff University, Cardiff CF24 3AA, UK)

Building information modeling (BIM), as the digital expression of construction engineering, is becoming an important means to realize the informatization, industrialization, and intelligence of the whole life of building. The utilization of BIM model as a design delivery represents the future trend of construction design. However, currently, the compliance checking of structural design is conducted manually, which tends to be subjective, inefficient and error-prone. As a result, this paper carried out a case study of the compliance checking of the frame structure, analyzed the BIM model data using the relational database, and employed Java programming to translate the provisions of structure design code, thereby proposing an approach to compliance checking of structural design based on the BIM model. The process can be divided into three main steps: ①Model preparation and information mapping; ② Provision classification and translation; ③Development of connection and code execution. The results show that the proposed method can partially realize the automatic compliance checking of structural design, improve the scientificity, reliability, and standardization of conformance checking, and provide a technical basis and alternative method for the automation and intelligence of code compliance checking in the future.

building information modelling; structural design; compliance checking; relational database; Java

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2021010133

A

2095-302X(2021)01-0133-08

2020-06-24；

24 June，2020；

2020-09-07

7 September，2020

辽宁省科技厅博士科研启动基金计划项目(2019-BS-041)；辽宁省教育厅青年科技人才育苗项目(JDL2019036)；辽宁省教育厅基础研究项目(JDL 2019018)

：Ph.D Research StartupFoundation of Department of Science & Technology of Liaoning Province (2019-BS-041); Scientific Talents Breeding Foundation of Educational Department of Liaoning Province (JDL2019036);Fundamental Research Foundation of Educational Department of Liaoning Province (JDL 2019018)

张吉松(1983–)，男，辽宁鞍山人，讲师，博士。主要研究方向为BIM技术。E-mail：13516000013@163.com

ZHANG Ji-song (1983-), male, lecture, Ph.D. His main research interest covers BIM. E-mail：13516000013@163.com

赵丽华(1981–)，女，辽宁朝阳人，副教授，博士。主要研究方向为轨道交通数字化。E-mail：zhaolihua1015@126.com

ZHAO Li-hua (1981-), female, associate professor, Ph.D. Her main research interest covers digitalization of rail transit. E-mail：zhaolihua1015@126.com