BIM的實施使企業(yè)項目設(shè)計流程和內(nèi)容發(fā)生變化，在這個效率質(zhì)量優(yōu)先的時代，BIM在項目設(shè)計階段的實施可將各設(shè)計階段和不同專業(yè)的建筑信息模型整合到一起，提高了設(shè)計協(xié)同效率并且促進了各專業(yè)間信息的共享和交流。但通過具體BIM項目的工程實踐看，項目各階段模型(設(shè)計模型、算量模型和施工模型)還是難以有效集成、協(xié)同設(shè)計的理念沒有得到很好的運用，各軟件平臺遠沒有達到OpenBIM倡導的方法理念。

結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括計算分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩部分內(nèi)容，在實現(xiàn)結(jié)構(gòu)專業(yè)的BIM正向設(shè)計中如何將建筑物理模型和結(jié)構(gòu)分析計算模型的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)映射成了亟待解決的問題。雖然目前已有較多軟件提供模型間的互導方法，遺憾的是只解決了映射關(guān)聯(lián)的可能性，并未解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中計算假定和結(jié)構(gòu)設(shè)定的支座條件等信息傳遞的具體問題。

建筑物理模型和結(jié)構(gòu)計算分析模型對比

一般民用建筑BIM模型包括了所有的建筑信息，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)模型為建筑物理模型的一部分。建筑信息模型中包含了結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其中梁、板、柱和剪力墻等受力構(gòu)件為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，門窗、管線、隔墻和裝飾層等為非結(jié)構(gòu)件，因此建筑物理模型和結(jié)構(gòu)計算分析模型有共享信息部分就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息(如下圖所示)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何信息、構(gòu)件的截面信息和材料信息等。

建筑模型和結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換

結(jié)構(gòu)計算分析與BIM設(shè)計建模各有不同的軟件，結(jié)構(gòu)計算應用的軟件都有多種如PKPM、YJK(盈建科)、Midas、Spa2000等，這些軟件對模型的描述都有著不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，要實現(xiàn)模型轉(zhuǎn)換的信息無損傳遞更是有一定的難度。從目前結(jié)構(gòu)工程分析設(shè)計的實際需求看，建筑模型和結(jié)構(gòu)模型間的轉(zhuǎn)換主要有兩種使用需求情形：

1、BIM正向設(shè)計普通結(jié)構(gòu)需要建立結(jié)構(gòu)模型和建筑模型的映射關(guān)系

常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析過程中，結(jié)構(gòu)布置的修改和構(gòu)件截面的變動是造成設(shè)計反復的主要原因。采用BIM進行正向設(shè)計往往在修改之下既要修改BIM模型又要修改結(jié)構(gòu)計算模型，因此就需要建立BIM模型和結(jié)構(gòu)計算模型之間的映射關(guān)系。這種映射關(guān)系的建立就需要有完善的BIM設(shè)計軟件和結(jié)構(gòu)分析計算軟件。

完善的BIM軟件集的建立要遵循統(tǒng)一的技術(shù)實施標準體系。目前各軟件對開放性、統(tǒng)一性和可擴展性均有一定的推動，但苦于商業(yè)軟件模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不統(tǒng)一和數(shù)據(jù)接口的封閉，模型的互導在信息數(shù)據(jù)傳遞層面都是沒有底層基礎(chǔ)的。如果單就某兩個軟件間開發(fā)一個模型互導的接口，不僅對用戶來講具有推廣應用的局限性也不利于行業(yè)BIM實施方法手段的普及。所以從更高的層面和最底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面提出統(tǒng)一的標準更具實際意義。2008年由中國建筑科學研究院、中國標準化研究院等單位共同起草了工業(yè)基礎(chǔ)類平臺規(guī)范(國家指導性技術(shù)文件)。此標準相對于IFC在技術(shù)和內(nèi)容上保持一致，并根據(jù)我國國家標準制定相關(guān)要求，旨在將其轉(zhuǎn)換成國家標準。清華大學軟件學院BIM標準研究課題組于2009年3月正式啟動，旨在完成中國建筑信息模型標準(即CBIMS，ChinaBuilding Information Modeling Standard)的研究并已有一定的研究成果。

憑借這些底層數(shù)據(jù)標準的研究成果，各種結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件雖然內(nèi)部都有各自的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是這些結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件都是基于有限元分析原理在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上又有相似性，只要軟件體系的開發(fā)遵循統(tǒng)一的中間數(shù)據(jù)格式文件，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型和建筑模型的互導和構(gòu)件信息的無損傳遞是可行的。目前PKPM、YJK(盈建科)和TSSD(探索者)等結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件都是按固有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式進行模型的導入和導出，雖然已經(jīng)實現(xiàn)了荷載信息、墻體荷載導算等功能但在通用性和數(shù)據(jù)共享角度看都是不符合現(xiàn)有需求的。

若這種緊密的模型映射關(guān)系滿足不了設(shè)計需求還可以通過IFC中間文件的方式來完成兩個模型之間的關(guān)聯(lián)。PKPM軟件從研發(fā)模型信息數(shù)據(jù)交換時就確定了利用IFC中間文件的方法。

PKPM協(xié)作應用平臺示意

PKPM模塊軟件SpaSCAD建立的三維模型形成的數(shù)據(jù)格式*.PZD都可以用現(xiàn)有的REVIT中PKPM插件導入到BIM模型中，這個模型的數(shù)據(jù)內(nèi)容基本上涵蓋了所有的結(jié)構(gòu)信息如：材料信息、截面信息、節(jié)點位置信息、層信息、構(gòu)件交接節(jié)點信息、窗洞信息等。

2、復雜結(jié)構(gòu)設(shè)計分析需要參數(shù)化建模抽取結(jié)構(gòu)線框模型導入結(jié)構(gòu)分析軟件

空間關(guān)系較復雜的結(jié)構(gòu)往往是通過AUTOCAD軟件建立結(jié)構(gòu)的線框模型，利用結(jié)構(gòu)計算軟件(SAP2000、MIDAS GEN)等軟件導入*.dxf線框模型，然后賦予線框截面屬性和材料屬性等方式建立復雜空間結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計算模型。

復雜曲線穹頂模型及結(jié)構(gòu)模型復核

對于更復雜的空間結(jié)構(gòu)往往用以上方法不能滿足需求，需要應用參數(shù)化建?；蜍浖S富的樣條曲線才能建立空間模型。結(jié)構(gòu)專業(yè)常用的分析軟件如Sap2000和MIDAS等對于結(jié)構(gòu)空間構(gòu)件關(guān)系的描述采用的是直線線框模型，利用Rhino建立的空間曲線和曲面的BIM模型往往不能直接導入結(jié)構(gòu)計算軟件。IFC4 中強化了幾何資源層，擴展了建筑服務和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，比如增加了異形截面形式等，但對復雜空間曲線的描述和定義尚不明確。通過IFC中間數(shù)據(jù)格式文件可以很便利的將空間直線線框模型導入到能夠讀取IFC文件的結(jié)構(gòu)計算分析軟件中。所以中間IFC數(shù)據(jù)格式文件和結(jié)構(gòu)有限元分析軟件固有特性都需要對空間復雜結(jié)構(gòu)進行簡化，Rhino建模導入結(jié)構(gòu)計算軟件前需要對空間三維曲線和曲面進行等分分割，利用直線段和平面擬合三維空間曲線和曲面。

分割點分割之后的結(jié)構(gòu)空間模型

導入到結(jié)構(gòu)計算分析軟件后對直線線框模型同樣賦予材料屬性和截面屬性，設(shè)定支座條件和節(jié)點屬性，輸入各種作用荷載和工況等，由此看出建筑方案的修改都需要重新完成這些步驟。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式和結(jié)構(gòu)有限元計算本身都決定了復雜空間結(jié)構(gòu)BIM模型和結(jié)構(gòu)模型之間轉(zhuǎn)換的困難程度。

總結(jié)：結(jié)構(gòu)專業(yè)BIM正向設(shè)計出圖質(zhì)量效率的提高有賴于建筑物理模型和結(jié)構(gòu)分析模型的關(guān)聯(lián)映射。復雜空間結(jié)構(gòu)計算分析模型的建立需要尋求更加便利的途徑方法，以便更加真實精確的模擬計算復雜空間結(jié)構(gòu)。BIM模型在不同軟件下的導入導出都需要BIM數(shù)據(jù)定義與交換標準的不斷完善。