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基于BIM的建筑工程设计优化关键技术及应用研究

赵钦  
【摘要】:近年来,随着我国城市化建设的快速发展,建筑工程项目的规模日益扩大,建筑造型愈加复杂,对建筑工程设计的要求愈来愈高。然而,在当前建筑工程设计过程中,由于各专业相互独立,缺乏有效、精准的协调与互动,使得在常规的二维设计模式下,各专业设计交叉现象严重,工作容易反复,生产效率低下,造成施工返工较多,建造成本上升,资源浪费严重。建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术的发展,使上述问题的解决成为可能。BIM技术是继二维CAD技术后建设领域的又一次革命,是创建并利用数字模型对工程项目进行设计、建造、运营管理的过程。本文面向建筑工程设计阶段,借助BIM技术、虚拟现实技术及数据管理技术,结合相关工程规范,首先对BIM在我国建筑工程设计优化领域的应用进行了深入分析和探索,提出基于BIM平台的设计优化流程;然后基于关系数据库与XML(可扩展标记语言,Extensible Markup Language)建立满足IFC(工业基础类,Industry Foundation Classes)标准的数据存储与访问机制;最后应用C/S技术进行优化平台架构设计,并在平台架构上进行详细优化功能模块设计,包括三维结构构件自动布置、建筑工程材料快速统计、综合管线碰撞检测及智能避让、管线净高检测等功能模块,并设计每一优化模块的关键算法,目的在于提高设计质量和效率,减少施工返工次数,丰富和充实面向建筑工程设计优化的BIM信息创建理论及应用研究,同时为中国BIM相关标准的制定提供理论依据。主要内容如下:(1)提出基于BIM的建筑工程设计优化流程及优化平台架构分析基于BIM的建筑工程设计工作过程,提出BIM信息及模型的创建与优化流程,建立应用功能模块进行设计优化的整体方法。对比研究C/S(Clint/Server,客户端/服务器)架构与B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)架构的应用模式,设计了一个基于C/S的建筑工程设计优化平台架构,架构由表示层与业务逻辑层结合的综合层和数据库访问层两层组成,并在此基础上进行了优化功能模块的划分,为后期的功能实现提供基础平台。(2)采用关系数据库与XML技术,设计基于IFC的数据存储与访问机制分析当前BIM软件的应用要求,对比关系数据库、空间数据库,面向对象数据库以及结构化存储文件等各类数据存储系统的优缺点,针对IFC专业领域层、共享操作层及资源层的相应数据,结合建筑全生命周期的具体管理过程的需要,按照关系数据库及XML文件的层次结构设计对应的存储与访问机制,保证BIM平台之间的数据共享性、协同工作性及可扩展性等,提高BIM工具之间的数据交换效率,为数据的后期处理特别是优化功能模块的实现提供灵活的存储与访问基础。(3)研发建筑工程设计优化功能模块深入分析建筑工程优化设计过程中的需求,应用三维BIM技术及计算机技术,根据相关工程设计规范,设计三维结构构件自动布置、建筑工程材料快速统计、综合管线碰撞检测及智能避让、管线净高检测等关键优化功能模块对应的算法,并以Microsoft Visual Studio 2010为开发平台,调用Revit平台所提供的应用程序接口(Application Programming Interface,API),采用C++与C#语言加以开发和实现,最后进行了相应的功能测试。(4)工程应用结合西安市某客运站与地铁站两个实际工程,分别对三维结构构件自动布置、建筑工程材料快速统计、综合管线碰撞检测及智能避让、管线净高检测等设计优化功能进行详细的应用测试,对BIM技术解决我国建筑工程领域内的相关工程问题的可行性与实用性进行了探索,结果表明本研究能够提高建筑工程设计的质量与效率,进而减少施工返工、降低建设成本,使用价值高、应用前景广。


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