本发明涉及结构设计技术领域，特别是一种bim与计算软件双向贯通的结构设计方法。
背景技术：
bim((buildinginformationmodeling)作为一种新兴的三维设计技术，在最近的十多年，已逐渐在工程建设的设计、施工、运维阶段得到广泛的使用。然而在工程的设计阶段，结构专业采用bim设计仍然非常滞后，通常是被动地创建bim模型为建筑、机电等专业使用，几乎不会主动采用bim技术进行结构设计。究其原因，采用bim技术进行结构设计，效率竟然大大低于传统的二维设计方式。
为此，国内外已进行了约10年的研究，开发了多个插件，实现了bim和结构计算软件的连接。归纳起来，有以下三种方式：1)在bim平台中读入结构计算模型；2)将bim三维模型和部分荷载写入计算软件；3)模型与荷载在bim和计算软件间双向传递。第1种方式的实质是以计算软件为中心，先进行结构计算然后创建bim模型和图纸，该方法与通常的设计流程不符，无法在结构设计中广泛应用；从bim平台读入修改过的计算模型时，必然要进行模型对比，一一确认修改之处是以计算模型的为准还是保持不变，操作相当繁琐；每次导入新的计算模型，bim图纸中与变动构件关联的孔洞、埋件、支墩、标记、尺寸标注等均需相应补充和修改，工作量大，极易出错。第2种方式，每当bim模型有改动时，重新写入计算软件后，需要在计算软件中进行相应的核对和修改，以及核实、修改和补充该修改处周边的荷载和相关设定，相当繁琐。因此工程师在结构设计时，为保证正确性，避免繁琐的核实、修改和补充工作，常常只在首次创建计算模型时利用bim模型生成该计算模型，后续的修改调整分别在bim模型和计算软件中以手工方式完成。第3种方式，工程师需要时刻牢记当前最新的模型到底在哪边以免传错方向，且bim模型传递到计算软件后不能避免查找核实修改处的周边荷载和相关设定的繁琐，在bim中导入计算模型无法解决模型对比和关联图元丢失的问题。
可以看出，当前的连接方式，仅仅是单纯地实现bim模型和计算模型部分数据的转换，没有充分利用bim平台的技术特点，导致结构bim设计效率低，仅能满足简单结构的施工图设计要求，无法在结构的bim设计中广泛推广，造成当前结构专业不愿主动采用bim技术进行设计的局面。
为此，结合三维bim平台的特点，本发明提出一种满足结构设计要求的bim设计方法。
技术实现要素：
本发明针对上述存在的问题，提供了一种bim与计算软件双向贯通的结构设计方法。本发明充分利用了bim平台的特点，以bim平台为中心，在bim平台中完成计算软件行的前处理，在bim平台中读取计算结果，以此方式实现二者的双向贯通。本发明能避免信息的重复输入，可提高结构设计的效率，大大提高bim设计的工作效率。
本发明采用的技术方案如下：一种bim与计算软件双向贯通的结构设计方法，具体包括以下过程：
步骤1、在bim平台中建立bim三维模型和视图；
步骤2、在bim平台中指定bim分析模型，在该模型中输入结构计算所需的全部信息；
步骤3、在bim平台中解析bim分析模型，形成计算软件的原始数据文件；
步骤4、在计算软件中加载上一步形成的数据文件，进行结构计算；
步骤5、在计算软件中查看和分析计算结果，若满足规范要求和工程设计要求，至步骤6,否则返回步骤1进行修改；
步骤6、在bim平台中读取计算结果，生成图纸和表格。
作为进一步的技术方案，所述步骤1的具体过程为：步骤11、在bim平台中创建和修改结构的bim三维模型，并形成部分平面、立面、剖面视图；步骤12、在bim平台中添加包括孔洞、埋件、支墩在内的附属构件。
作为进一步的技术方案，所述步骤2包括：步骤21、在bim平台中指定各个构件是否启用bim分析模型，如果bim平台没有内置的bim分析模型功能，则通过编程在bim平台内实现该功能；步骤22、对bim分析模型中进行修改和调整；步骤23、在bim分析模型中设置约束信息、边界条件；步骤24、在bim分析模型中输入结构的全部荷载；步骤25、在bim平台中输入荷载组合信息；步骤26、在bim分析模型中输入结构计算时所需设计参数；步骤27、在bim分析模型中指定特殊构件；步骤28、在bim分析模型中设置构件的计算长度和计算长度系数。
作为进一步的技术方案，所述步骤24的特征在于：包括风荷载、雪荷载、地震作用在内的所有荷载，通过编制插件在bim分析模型中实现快捷输入。
作为进一步的技术方案，步骤26所述的结构设计参数是结构计算所需的全部设计参数信息，包括结构体系的类型、结构重要性系数、材料参数、混凝土保护层厚度、活荷载的折减、计算时的调整系数、设防烈度、抗震等级。
作为进一步的技术方案，所述步骤3的具体过程为：步骤31、在bim平台中解析bim分析模型；步骤32、以全覆盖的形式写入计算软件的原始数据文件中，不作模型对比，形成计算软件的原始数据文件。
作为进一步的技术方案，所述步骤4的特征在于：在bim平台中直接启动计算软件并自动打开步骤32形成的数据文件进行计算，或者手动启动计算软件并打开步骤32生成的数据文件进行计算。
作为进一步的技术方案，所述步骤6包括：步骤61、在bim平台中补充和完善各平面、立面、剖面视图，标记各构件的截面或型号，标注定位尺寸，形成bim平面、立面、剖面图纸；步骤62、在bim平台中读取计算结果并生成与计算结果有关的图纸，或在autocad中打开并完善计算软件生成的与计算结果有关的图纸，或在autocad中直接绘制与计算结果有关的图纸；步骤63、利用bim平台创建统计表格。
作为进一步的技术方案，步骤63所述的统计表格包括柱材料统计表、梁材料统计表、板材料统计表、墙材料统计表、钢筋统计表、埋件统计表、孔洞统计表、支墩统计表、牛腿统计表。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
相比于传统的二维设计方式，本发明可以实现结构设计效率的提高，能够提高使用者采用bim设计的工作效率。
相比于目前的bim设计方式，本发明充分利用了bim平台的特点，将“bim模型”、“图纸和统计表”、“结构计算”有机地结合在一起，可以大幅度提高结构采用bim设计时的效率，从源头上保证了质量与可靠性，能用于从投标到施工图的各个设计阶段。
在bim分析模型中输入不同的参数信息，本发明可高效地实现1个结构模型分为多个模型区别计算；本发明可将bim分析模型解析为不同计算软件的原始数据文件，能高效地实现多个计算软件计算同一个结构模型。本发明不仅能应用于工业和民用建筑结构的bim设计，还能推广到其它行业的结构bim设计中。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
一种bim与计算软件双向贯通的结构设计方法，具体包括以下过程：步骤1、在bim平台中建立bim三维模型和视图；步骤2、在bim平台中指定bim分析模型，在该模型中输入结构计算所需的全部信息；步骤3、在bim平台中解析bim分析模型，形成计算软件的原始数据文件；步骤4、在计算软件中加载上一步形成的数据文件，进行结构计算；步骤5、在计算软件中查看和分析计算结果，若满足规范要求和工程设计要求，至步骤6,否则返回步骤1进行修改；步骤6、在bim平台中读取计算结果，生成图纸和表格。
所述步骤1是结构bim三维模型和bim平面、立面、剖面视图的创建过程，具体过程为：步骤11、在bim平台中创建和修改结构的bim三维模型，并形成部分平面、立面、剖面视图；步骤12、在bim平台中添加包括孔洞、埋件、支墩在内的附属构件。
所述步骤2中：步骤21、在bim平台中指定各个构件是否启用bim分析模型。“bim分析模型”一般来自于“bim三维模型”。如果bim平台没有内置的bim分析模型功能，则通过编程在bim平台内实现该功能；步骤22、对bim分析模型中进行修改和调整；步骤23、在bim分析模型中设置约束信息、边界条件；例如，构件端部的约束信息，对于混凝土构件，宜直接在bim分析模型中指定，对于钢构件，则直接读取结构bim三维模型中的约束信息，在bim分析模型中进行补充和完善；步骤24、通过编制插件在bim分析模型中实现快捷输入结构的全部荷载；包括风荷载、雪荷载、地震作用在内的所有荷载，；步骤25、在bim平台中输入荷载组合信息；步骤26、在bim分析模型中输入结构计算所需的全部结构设计参数，包括结构体系的类型、结构重要性系数、混凝土保护层厚度、活荷载的折减、计算时的调整系数、设防烈度、抗震等级；步骤27、在bim分析模型中指定特殊构件；步骤28、在bim分析模型中设置构件的计算长度和计算长度系数。
所述步骤3的具体过程为：步骤31、在bim平台中解析bim分析模型；步骤32、按计算软件的数据格式，以全覆盖的形式写入计算软件的原始数据文件；所述数据文件中，包括节点与网格、杆件编号、板单元指定、材料定义、杆件截面、自转角度、构件材料指定、支座、杆端约束、荷载及工况、荷载组合等内容。
所述步骤4的特征在于：在bim平台中直接启动计算软件并自动打开步骤32形成的数据文件进行计算，或者手动启动计算软件并打开步骤32生成的数据文件进行计算。
所述步骤6包括：步骤61、在bim平台中补充和完善各平面、立面、剖面视图，标记各构件的截面或型号，标注定位尺寸，形成bim平面、立面、剖面图纸；步骤62、在bim平台中读取计算结果并生成与计算结果有关的图纸，或在autocad中打开并完善计算软件生成的与计算结果有关的图纸，或在autocad中直接绘制与计算结果有关的图纸；步骤63、利用bim平台创建统计表格，包括柱材料统计表、梁材料统计表、板材料统计表、墙材料统计表、钢筋统计表、埋件统计表、孔洞统计表、支墩统计表、牛腿统计表。
其中的一个实施例，某混凝土框架结构的设计，其楼面次梁为钢梁。bim平台采用revit，计算软件采用pkpm。(1)在revit中创建结构的三维模型，同时创建平、立、剖视图，然后添加孔洞、埋件、支墩、牛腿等构件。明确钢梁两端的连接是“铰接”、“刚接”或“滑动铰”。(2)在revit中指定启用“分析模型”的结构构件，修改和调整分析模型。利用自主开发程序，在revit分析模型中输入pkpm计算所需要的全部设计数据，包括约束信息、边界条件、荷载工况、荷载、荷载组合、结构设计参数、特殊构件、计算长度和计算长度系数等。可先遍历revit分析模型中的钢构件并读取其在revit三维模型中的“起点连接”和“终点连接”参数，输入约束信息。本实施例中自主开发程序对于本领域技术人员属于现有技术手段。(3)利用自主开发程序，在revit中解析revit分析模型，以全覆盖的形式写入pkpm的原始数据文件“.jws”中。(4)利用自主开发程序在revit中直接调用pkpm进行计算，或人工在pkpm中打开上一步形成的“.jws”文件进行计算。(5)在pkpm中查看和分析结构的整体指标及各构件的计算结果，若满足规范要求和工程设计要求，至步骤(6),否则返回步骤(1)进行修改。(6)在revit中标记各构件的截面或型号，标注定位尺寸，形成bim平面、立面、剖面图纸。利用自主开发程序，在revit中读入pkpm的计算结果，生成梁、板、柱配筋图、钢梁连接节点详图。在revit中创建柱、梁、板、埋件、孔洞、支墩、牛腿等材料统计表。
其中的另一个实施例，是某火力发电厂钢结构主厂房的设计，其结构形式为钢框架-支撑结构。bim平台采用revit，划分为主框架(框架梁柱和垂直支撑)和楼面结构(次梁、楼板、水平支撑)两个工作集，分别由甲、乙二人在一个中心文件内进行协同设计。主框架和楼面结构所采用的荷载及荷载组合不同，最终确定由甲采用staad.pro计算主框架并用sap2000作计算复核，乙采用pkpm计算楼面结构。主要操作步骤与上一个实施例相同，本处仅描述与其不同的内容：(1)在revit中心文件中划分主框架、楼面结构的工作集，甲乙二人协同创建结构的三维模型。设置柱、梁、支撑两端的连接是“铰接”、“刚接”或“滑动铰”。(2)在revit分析模型中，先划分主框架和楼面结构的荷载工况及荷载组合号的范围：例如荷载工况1～30是主框架的，荷载工况31～40是楼面结构的；荷载组合101～3000是主框架的，荷载组合3001～4000是楼面结构的。然后利用自主开发程序，甲乙二人分别输入各自的荷载及荷载组合。(3)利用自主开发程序写入计算软件的原始数据时，应选择主框架和楼面结构各自的荷载工况、荷载、荷载组合。甲将数据写到staad.pro的数据文件“.std”和sap2000的数据文件“.sdb”，乙将数据写到pkpm的数据文件“.jws”中。将数据写入“.std”时，staad.pro特有的且与模型荷载数据无直接关系的固定命令，例如“printstorydrift”、“cutofffrequency”、“setzup”等，可以暂时在staad.pro的前处理中设定，数据写入时该字段不覆盖。(4)甲运行staad.pro、sap2000进行计算，乙运行pkpm进行计算。(5)甲在staad.pro、sap2000中查看和分析计算结果，乙在pkpm中查看和分析计算结果，若满足规范要求和工程设计要求，至步骤(6),否则返回步骤(1)进行修改。(6)甲乙二人完成各自的图纸与统计表。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。