基于组件的设计方法,本质上就是将工程设计转化为构件(或对象)功能设计和构件(或对象)间的关系设计,这符合我们对物理世界的认知,因此可以利用模块化技术来实现正向设计。
正向设计的特点
首先,BIM正向设计是利用
三维模型的直观特性,直接在三维环境下开展设计行为:分析工程需求、比较设计方案、选择结构体系、确定构造形式、输出设计成果。因此,BIM正向设计实际上是传统二维设计的数字化和信息化的过程,是传统设计行为的升级版。
其次,
三维模型的直观性能有效提高设计人员的理解和表达力,从而保证设计成果的质量。同时,还提高了与业主、施工、管理人员沟通的效率,降低了沟通成本。三维环境下,参数化模型能有效提高方案变动时调整方案的效率,实现实时同步协调,因此正向设计是一个真正协同设计的过程。
第三,正向设计的过程是一个不断分析需求,并响应需求的过程,设计人员与模型之间必然发生频繁交互,这使得模型生长相对缓慢。但正向设计得到的必然是一个真正满足工程需求的最优设计成果,从项目的全生命周期来看,高质量的BIM模型,必然带来高的应用价值。
第四,正向设计以构件为核心组织BIM信息,BIM信息的完备性容易得到保证。
正向设计的难点
虽然从项目的全生命周期来看,三维设计得到的BIM模型能带来更高的应用价值,但现阶段,市政行业三维设计还存在效率较低的实际情况,这也是阻碍BIM技术往纵深发展的主要原因。BIM设计的困难主要体现在:
首先,构建满足三维设计需求的设计环境的工作量大。要进行三维设计,必须首先建立地形、地质等三维设计环境,并要求能清晰反映设计环境对项目的真实需求。但目前地形、地质等专业的信息化模型尚无法得到实现,更无法实现与结构模型进行信息交互。
其次,虽然BIM技术能给项目全生命周期带来较高的效益,但三维设计本身是一个复杂的工作,BIM模型的生长效率较传统二维设计的效率低得多,因此三维设计目前还无法满足项目周期的需求。
另外,三维设计本身要求进行多专业和多环节流程的协同,由于受协同效率影响较大,因此协同行为的标准化是一个必须解决的问题,而目前三维协同设计仍是一个探索中的问题。
桥梁工程三维设计的流程
在桥梁专业中,正向设计过程是传统设计方式数字化和信息化的过程,是二维设计向三维设计升级的过程。正向设计一般流程包括——
1.分析设计需求
对桥梁工程而言,分析设计需求一般包括地形情况、地质条件、道路线性、交通需求和其他需求,如抗震、防洪、通航,等等。
按正向设计的需求分析,必须首先建立三维环境。目前虽然已能在3DE环境下进行地形、地质建模,但尚无法将地形的限界、净空等信息和地质信息与模型进行有效的交互,需要进一步探索如何实现地形、地质信息,按照工程的需求进行信息的再加工。
2.方案设计
在三维环境下,我们可以更高效地比选路线的走向,确定路、桥、隧的比例,桥梁结构形式,以及可行的施工方案。
3.总体设计
在桥梁专业总体设计阶段,确定墩台布置是最重要工作。
在三维环境下直行跨径布置,可以直接进行方案比选,布跨的效率更高,也更有利于快速选择上下部的结构形式。
4.构件设计
构件设计以结构计算和其他分析结果为基础,是初步设计和施工图设计阶段的重要工作。
需要说明的是,虽然BIM模型快速转换为计算模型,或直接作为计算模型在技术上是可行的,但由于设计习惯、计算环境等因素,目前仅利用BIM模型转化板壳模型和实体模型,并用于局部计算,总体计算常用的梁单元模型还需要另外建模。模块化设计(CBD)为BIM模型转化为计算模型提供了可能性,但目前还没有成熟的例子可以参考。
5.选择施工方案
利用三维环境的仿真性,可以更准确地说明施工方案。除特殊桥梁外,设计成果中包含的施工方案,是一种可行的施工方案,仍需要施工单位在施工前进一步深化,并通过专家评审后方可用于最后的施工。
6.输出设计成果
BIM正向设计的成果,包括相应设计深度的BIM模型,必要的二维图纸和计算成果。目前三维出图的效率还不高,无法满足实际项目的需求。另外,在复杂程度较高的项目中,三维表达的直观性远胜于目前的二维图纸,在三维表达能有效替代部分设计图纸的情况下,是否可以对现有图纸体系进行调整,是一个值得探索的问题。