北京院甘明先生：建筑信息模型在空间结构中的发展与应用

教授级高工甘明先生：大家下午好。因为我不知道今天要在什么样大会上做什么样的报告，如果要是这样的大会没准我可以介绍一下南京站，青岛站或者说南线大同这样结构的设计，但是没有准备，我就讲讲建筑信息系统。这个东西实际上就是由一个三围实体模型来进行将来的全方位，所谓全方位就是建筑结构和机电，经济各方面的设计，都在这个系统当中进行。全寿命就是说从我们设计开始到施工，最后运营三个阶段当中都用这个国际，现在北京市开展比较好，中建国际，清华设计研究院都开展的比较好，我们是刚开始做这个工作。因为我长期搞大跨的东西，对大跨比较熟，我们就从大跨开始做这个说起。 我们从58年靠木工做一个模型，一直到李瑞环同志，都是靠这种模型来做的设计。先把模型做好，从欧洲文艺复兴开始对模型进行了否定，用二围的图纸反映三维的空间。我们对二维图纸有一系列消除，只要在图纸上画就可以画出来，二维的图纸更大的抽象行，这样在相当一段时间内都流行着，包括刚开始建筑制图，机械制图都是用二维图纸来反映三维的空间。到了二十世纪九十年代，随着电子计算机的发展，一些软件都应运而生，当然这可以进行拷贝，给设计人员提出来一些方便，而且存储功能比较强。以前我的图纸丢了没有办法，现在存在盘里打开就可以，修改也比较方便，这确实是一个进步，这个进步不是设计理念的进步，而是设计工具的进步。在二十世纪初以后，BIM开始进入了设计的领域，我最近刚从澳大利亚回来，在墨尔本设计了一个工程，这个工程就使用的是BIM技术，这个90%的工作都是在BIM中做的，这个出图完全是自动形成图纸，设计人员很多。咱们中国好象对设计人员节约不太感兴趣，因为咱们中国大学毕业生也比较便宜，抓一个月一两千，澳大利亚有最低的工资，一个建筑师大学生毕业以后，折合人民币15万，这对节约建筑师，节约结构工程师非常在意。由于很多工作像一些重复性的工作，BIM完全都可以由电子计算机独立生产，这把混凝土配筋量，像型钢这些东西全部反映进去了，这个经济也可以统计出来。因此BIM是一个三维的，包括几何信息和物理信息的数据库集成，门的统计出来了，窗的也统计出来了，这样在一个系统当中有一个应用于建筑的东西，因此这个信息集成是一个高度反映建筑设计需要的系统。 这同时有三个特征，第一个是可视化特征，我想买一个房子，开发商给我一个光盘，我搞结构这么多年了，你给我图纸也能看，当然对于建筑颜色的看法还是从图纸上看不出来，什么样的颜色，什么样的设备装修毕竟不是那方面的人，还是看不出来，但是结构梁柱还是能看出来，建筑房间门怎么开还能看出来。一个建筑整体房子的信息，三间房子，客厅多大，在什么视角看什么样，整个显示出来了。这种可视化对甲方介绍，各专业的沟通，有一些东西我们现在结构专业是很苦的专业，可能在座的结构同学都有这种反映。建筑是画一下画，画完了之后怎么样实现呢？他心里也没谱，有一些二十几岁的同志作品往往由于有一定的天分，他建筑细胞比较浓厚，最后中标了，中标了以后对怎么组织这个工程很头痛，往往我们在施工图开出甚至出完的时候，要求我们更改设计。我们苦一点难一点也罢，甚至到了钢结构都已经订货了，他又说重量没有放算，这还要加几个字，那要加点什么东西。你要重新算，有一些地方就不安全了，你还得想各种办法给他把结构做安全了，这样施工单位别叫太厉害了，这些事情也要做。这是什么问题呢？现在二维图纸可视性不是很好，他不能够通过二维图纸完全把握设计的细节。如果要是一个三维的图纸，这个三维图纸可以很好的把握视觉，因此可视化是BIM的很重要的特点。 数据信息共享。建筑发了一张图，说句实话，他对图纸的，特别是空间结构，，他做完了以后我都头痛，他发的图纸也不知道做的结点做标是什么，你不是不知道吗，我通过编一个程序，我每一个结点都映射到你的组成里面，他来一句什么呢？我的这不是一个准确的目标，这不光滑，这是有三角型给你看的，你必须把这个曲面弄光滑了，这样就加小，通过加小这也不是光滑曲线，你给我一个坐标，他做不出来。这怎么办呢？我们用电子计算机给他做一个拟合曲面，拟合曲面又不认帐，他说有一些地方的设想和他设想的不对，这不可能处处都随着他的设计，我哪知道别的地方的设计是多少，他设计师认为我的结点跟他给出的结点有一些误差，我们也感到很头痛，我不知道他想做什么样的曲面，他说不出来想做什么样的曲面，这样的事时有发生。数据共享可以用一些软件来完成这样的工作，使得他的想法能够表述出来。 大家都在一个三维实体里面工作，错漏碰撞的事情可以解决。包括我们院在内，当然有一些兄弟单位比我们做的好的多，但是设计的质量控制很难。以前我做一个工程，我的审定要把做错的东西用铅笔画出来，我改一个错他们打一个对号，最后我所有的错改过来了，他们所有的对号都打上了，这就算我把图纸改完了。现在甲方催的也急，大家也稀里糊涂，减力墙重新砸洞的事情是经常发生的，几乎全部图纸都要发生的，经常发现图纸里面计算出来的钢筋是多少平方厘米，是二十几个平方厘米，梁的钢筋是十几平方厘米，这样的事情也时有发生。甚至有的应该用十三根筋他画了四根筋，这样的情况说明我们在计算的时候，从计算结果到实际钢筋，我们没有完成数据共享，而且这还有一个好处。我要做一个曲面来算一遍，建筑要做另外的曲面来算节能，设备也要做另外的曲面来算供暖，其实这些数据是应该而且可以共享的，这样一方面减少工作量，一方面避免计算中出现一些错误，同时大家在一个平台上工作，有一个共同的理解可以减少相互之间的误会。因此这也是一个比较好的地方。 可集成性，他用参数驱动，可以把现在做的很多图形做成许多库，这些就可以使得大家利用这些就有了具体的设计方法。因为一个结构设计大部分东西是继承前人的东西，小部分东西应该说你创新。你样样都创新恐怕，我反正是没有这么大胆子，我只能把自己的注意力集中在几个特殊问题上研究，不能任何工程都从新的材料上进行研究，这样恐怕我们也做不出来。大部分可继承的东西，我们都是计算机实体化，参数化，参数化是这种意思，一个东西比如说400×800梁，还有一米到1.5的梁，这样配筋各种情况没有变化，我把钢筋参数输进去还是一种模式，但是这可以作为各种不同的参数，这样参数驱动以后整个形成了，我更改任何一个图纸上的参数，整个图纸都会发生变化，这对设计避免错误也会带来好处。我曾经见过一个图纸显示梁钢是800，另外一个图纸梁钢是650，这个参数驱动以后所有的数据一旦被改变，所有的数据都要发生变化，这样避免发生一些挂一漏万的事情，这样大大节约工程量，而且图纸依赖形成以后，施工图基本上可以发出。 作为空间结构来讲，这有什么特殊的地方呢？实际上计算各种东西比较多，比如说一般的高层，我们用工具可以完成。太高结构，有一些要做初始化分析，有一些要做稳定分析，有一些要做风能的分析，有一些要做温度场的分析来确定温度，在不同区域不同的温度值，这些东西用BIM来做，BIM有一种语言是工业化的标准语言，这是什么意思呢？它和BIM有接口，BIM的东西可以倒到IFC框架之内，用IFC框架之内的东西可以倒到BIM当中去，这样使得数据实现了无缝对接。但是这种东西不是所有的程序现在都能做到这一点，我们必须编一些数据接口，使得各种程序的都能输出、输入，我现在是建工学院的硕士生导师，现在我的第一个研究生做的工作就是把一些软件数据倒成BIM的数据，把BIM中的数据，因为在BIM中各个专业要进行共同设计，这个过程当中你的几何位置都有可能发生变化，在这种变化之下你就要实现无缝对接，把这种变化变成通用输入数据进行各种结构的计算。 由于空间结构特别复杂，建筑定不了各个维护结构曲面，就由我们来定这个曲面，我们准备把建筑的屋面系统和维护系统放在我们系统里面。同时构成和其他各个专业的一些具体的分析，比如说温度场的分析，比如说节能的分析，比如说光照的分析，比如说采光，自然光的分析，这些分析都可以实行数据共享，我们想做的系统就是这样的系统，现在我们仅实现了三个软件的数据到BIM中的流入和BIM的数据转换成这三个软件的数据，其他的工作正在进行当中。 这是我们院做的一个工程，是凤凰卫视。我们用BIM这个东西重新做了三维模型，这是我做的一个工程，中间是一个值的单位和下面是环锁，现在这个东西看着跟线条一样，实际上这些东西都是有直径的，因为图纸太小，我们在做的时候直径都倒出来了，我们是在Excel当中进行的三维实体，把这个东西已经提供给建筑了，而且我们依据建筑做了这个东西的屋面系统的设置，也是在三维设计当中完成的。这是一个大棚，大家见过大棚在T3航站楼附近，那是2008年设计的，现在在长春，因为吉林省委书记从T3下来以后，他觉得这个好看，现在又在长春做一个，要求跟这个一样的东西，我们也倒到软件里面，现在具体的情况就是这样的。大概跨度188米，高度是25米，尺寸是248×73，中间有很多索吊着。 总之我们认为像我这样人不学BIM，因为58岁多了，再有一年半就退休了，年轻的同志谁不学BIM，就像有一些老同志只会用圆珠笔，只会用图版，将来会被边缘化，希望大家把这个当成一个比较重要的东西，在这几年当中努力学习。我们还要和施工单位联合工作，完成BIM的加工甚至使用阶段的一些研究工作，这个课题就说到这。 汶川地震主要空间结构有三个问题，一个问题是支座要换，另外一个问题是和支座相连的感件可能需要换。我们调查研究主要反映出来这些问题，而且西南院冯总工也是这样的建议。我们中国目前的支座设计没有考虑抗震，对地震力的工矿下没有进行计算，即使计算也是按小震计算的，大家知道强结点弱感件，支座结点比一般结点设计更强，因为它是有空间结构的力传给下面的，比一般结点来说归结构更重要，多的东西都是一些事故的照片，如果大家感兴趣就拷走。 如果你把支座设计比较强了，但是支座旁边的感件不强，这样旁边的感件要坏。大家知道由于下部结构运动不会那么均匀，你一边框架有好几匹，一边是简单的排柱，这样刚度不一样，即使都一样了，地震波到达先后不一样，那边可能是峰值，这边是低估，甚至两方面都是反方向的都有可能发生的，此种情况下运动会产生一个位置，下部结构往下实施也可以把这个弄坏，这种事情难以避免的。我们提出来两个观点，我们查了日本和美国的抗震规范，支座都是中间弹性，我们觉得支座也是中间弹性。现在也在研究多尺度理论的研究，中间的一两个比较重要的节点，我们用有限源进行计算，这是建设部给我们一个课题，这样使得结点研究有比较好的边界条件，结论来讲中间弹性能够保障支座在大震之下不丧失能力，网架要引入房子连续倒塌的概念，这个图提出来用加强带，也就是说在网架周边加强，提高节面，现在抗震规定的加强，特别是没有选的地方，因为网架不上屋面，这种情况之下地震的荷载来算往往不是控制工矿，我们人为的提高使得转移传递路径，你这支座坏了可以通过其他感件提高传递路径。 重屋盖，我查了一下美国规范，要求加到30%，罗马尼亚规范要加到20%，相当于咱们九度区40%，我们认为适度加强重屋盖。有一些上面种草，有一些由于生存性质的问题，有一些由于甲方种种理由让你做重屋盖，我就做过上面种草的，大概一吨多，这种情况之下要考虑空间结构即使有一些感觉有一晃动，但是不要倒塌。我就罗嗦的说这么多，谢谢大家了。

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