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《中国建筑科学研究院》 2019年
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钢筋混凝土结构精细化设计BIM及MVD的应用研究

孟晓晔  
【摘要】:近年来,BIM技术在我国建筑领域的应用方兴未艾,理论和应用研究持续深入,标准编制工作全面展开。推进BIM应用,已成为政府、行业和企业的共识和统一行动。但是BIM的发展和应用还存在诸多问题。其中最为突出的问题是建筑信息在各专业、各阶段的流通还存在壁垒,BIM项目应用中设计、施工、运维各阶段常常被割裂;基于工业基础类(IFC)标准的信息交换因缺少适应交换需求的模型视图定义(MVD)而无法实现,导致BIM在建筑全生命周期中的技术优势和价值无法充分发挥。为此,本课题对钢筋混凝土结构深化设计BIM模型和基于IFC标准的深化设计MVD开展研究,旨在打通设计阶段与施工阶段之间的信息壁垒;在此基础上,进一步研究提出满足实体单元分析模型信息交换需求的精细化分析MVD,实现BIM模型与通用有限元分析软件之间基于IFC标准的信息交换新途径。通过本文研究,为基于IFC标准的全专业全生命周期的信息交换探索一条可行的技术途径,对推动BIM应用和发展具有重要的理论价值和广阔的应用前景。本文的主要工作内容与取得的成果包括:1、针对我国钢筋混凝土结构施工图深化设计特点及业务流程,研究了深化设计BIM模型数据架构和元素表达;开发了深化设计软件PbimsConcrete,可由设计配筋信息自动完成钢筋混凝土结构施工图深化设计;该BIM模型可清晰表达框架和剪力墙结构构件和节点中钢筋的锚固、搭接、弯折等详细信息,且完全符合我国设计规范和施工图表达习惯。2、研究工业基础类(IFC)标准,提炼出三大对象、两类属性和六种关系的核心数据组织架构,构建PKPM-BIM平台底层数据与IFC实体的映射关系,研究了模型视图定义(MVD)基础理论,建立了基于MVD进行信息交换的三级模式,在此基础上实现了PKPM-BIM平台与IFC标准的信息交换。3、基于面向对象思想,对IFC结构元素领域的实体进行了扩展,增加了钢筋集元素实体、连续构件实体、结构体系等实体,用于实现钢筋的精细化表达。依据IFC标准的数据定义和组织方式,在钢筋混凝土构件IFC描述的基础上,建立了钢筋混凝土结构体系的IFC描述。在此基础上,提出了钢筋混凝土结构深化设计MVD,并基于该MVD实现了深化设计模型的信息交换。4、基于已发布的结构分析MVD,探究IFC标准中拓扑信息的描述方式,分析了精细化有限元分析模型的交换需求和关键问题,并对IFC标准的结构分析领域实体进行了必要的扩展,增加了体元件、体作用、体响应、结构元件部件等实体类,使结构分析模型可以同时在宏观和微观层面上精确描述。在兼容已有结构分析MVD前提下,提出了结构精细化分析MVD,并基于该MVD实现了精细化分析模型的信息交换。5、为实现精细化分析MVD与PKPM-BIM平台及通用有限元分析软件的数据衔接和应用,开发了有限元前后处理工具PbimsPrePost和面向ABAQUS的IFC接口工具AbaqusIfcRw,提出了基于实体单元的结构精细化有限元模型自动形成机制,大大提高了通用有限元软件建模的精度和效率,并通过某框架剪力墙结构的非线性分析进行了数据交换途径和效率的验证。
【学位授予单位】:中国建筑科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TU17;TU375

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