BIM——结构工程师所有问题的终极答案？

建筑信息模型（BIM）已经伴随我们超过十年，然而它仍然常常被视为高效工作的障碍，其频率远超我们所期望的。这一现象背后有多种原因，但主要是因为我亲眼目睹并亲耳听闻了许多工程师的工作方式以及他们与他人协作的方式。

十多年前，我提出存在三种建模类型：

1. 用于文档的建模
2. 用于分析与设计的建模
3. 用于施工的建模

第一种类型，结构BIM的许多倡导者对此感到得心应手，许多人也认同它已经简化了他们的业务流程。 

然而，尽管主要软件供应商投入了大量资源，仍然没有多少人将几何模型与分析模型进行整合。如果能够充分利用这一点，将会带来巨大的收益。 

第三个层次是将结构模型进一步发展，使其不仅反映将要建造什么，还反映如何建造。能够达到这一层次的工程师更是寥寥无几，而那些做到的人通常与总承包商有着非常密切的合作。

在本文中，我将重点关注第二阶段，因为我相信第一阶段已经被反复讨论过了。第三阶段将留待另文探讨，但可以说的是，模型的演进是线性的，信息不应丢失，而应不断补充和发展。

工程师应遵循什么方法？

将结构分析模型与几何模型整合的方法有很多。总体而言，这些方法分为三类：直接集成、基于文件的集成和中间件集成。

直接集成和基于文件集成的典型例子是Autodesk Revit，它将分析模型与几何模型合二为一。Tekla Structures则通过文件传输进行集成。新兴方案来自Nemetschek集团，提供基于云的中间件解决方案——SCIA AutoConverter，它引入了一种基于Microsoft Excel的新文件格式（SAF）。 

每种方案都有其优点、陷阱和不足。无论选择哪条路径，理解工作流程都至关重要，否则该方案很快就会沦为"束之高阁的软件"。 

这种情况我已经见过很多次了！

如果节点设计要有效地融入整体BIM流程，那么它必须足够灵活，能够适应任何方法。我所在的公司——IDEA StatiCa——提供了一种使用名为Checkbot的技术对钢结构节点进行规范校核的解决方案（以及其他解决方案）。 

Checkbot满足了分析、设计和施工建模的要求。该技术被设计为灵活可扩展，具备在未来合并工作流程的潜力。

节点设计要求

节点设计工程师是结构设计流程的重要分支，没有他们，钢框架将无法屹立。节点设计在工作流程中处于什么位置？通常是在设计的末尾阶段。哪个钢构件最先与基础相连？底板节点。

过去，节点设计师依赖工程师通过标注图纸向他们提供所需信息。传递的内力往往与用于对实际构件进行规范校核的荷载工况和组合毫无关联。 

我必须承认，我曾经也是其中之一。我曾以为使用最大弯矩配合最大剪力和最大轴力（全部向上取整至最近的25kN/kNm）的做法已成历史。但遗憾的是，这种做法依然存在。

节点设计师同样需要相同的组合结果，以确保节点能够承受所有可能的工况，而不仅仅是某个假定的最不利情况。然而，显而易见的是，记录每个节点中每个构件的每种荷载工况组合结果充满风险：数值（及符号）出错的额外风险不可忽视。 

某些解决方案可以输出到Microsoft Excel等电子表格，但即便如此，仍需进行一定的数据处理，才能将数据整理成正确的格式。

我们的方法

在IDEA StatiCa，我们开发了一系列BIM Links（使用Checkbot），将我们的节点设计解决方案与有限元分析和BIM（CAD）解决方案生态系统相连接。我们的一些合作伙伴也利用我们的IOM（IDEA Open Model），从其有限元分析和BIM解决方案开发了与IDEA StatiCa的接口。 

这种方法实现了信息共享，大幅降低了出错风险，同时显著提升了效率。对于工程师而言，模型共享远不止于几何模型的共享。

但如果要共享分析模型，它也必须正确且可计算。 

我所说的"可计算"是什么意思？ 

首先，模型必须能够正确组装，不存在"悬空"节点。构件必须连接到正确的节点。模型可以是简化模型（工程师喜欢简化），多个构件汇交于一个指定节点，而实际上它们并不如此。构件应处于正确的平面内，不应因对齐假设错误而产生偏斜。此外，还应满足力的平衡，理想情况下应直接从分析结果中获取。

但如果我们同时拥有几何模型和分析模型（可能来自不同的工程师），该怎么办？我们可以采用一种混合方法，在IDEA StatiCa中创建两个项目，分别使用一个模型的几何信息和另一个模型的分析结果。这就是合并模型方法。然而，这要求双方的模型保持同步，且各构件位于正确的位置。

总结

工程师应遵循哪些规则以实现信息的有效利用？

1. 整个工作流程中保持模型一致——所有模型中构件位置正确
2. 模型可计算——必须能够进行分析
3. 材料应与地区规范匹配，并在所有模型中保持一致
4. 截面尺寸在所有模型中理想情况下应保持一致
5. 避免使用特殊截面或组合截面，或对其进行说明
6. 协同工作

IDEA StatiCa所生成的信息构成了第三阶段——施工建模的基础，因为它为加工制作流程提供输入，同时利用第一和第二阶段所形成的信息推动设计向前推进。

我并不是说整个行业都是如此。我们愿意相信自己走在前沿，不惧尝试新事物。但说实话，面对现有工作流程的挑战，我仍然听到同样的回应："因为我们一直都是这样做的……"

作为一个行业，我们还有很多可以做的，以避免时间和材料的浪费，或降低设计的碳足迹。 

作为工程师，我们可以引领这一变革。这些并不是新想法。