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建筑信息模型(BIM)技术论文,既有建筑论文,安全性鉴定论文

2022-12-16 11:02 100 浏览

摘要

我国建筑业发展正在呈现出由“大规模新建”向“新建和维护并存”转变的趋势,然后将进入“旧建筑改造、维修和加固为主”阶段。建筑物改造、维修和加固的第一个阶段就是既有建筑结构安全性鉴定,我国既有建筑结构安全性鉴定的市场规模正呈现出持续增长的趋势。

当前我国既有建筑结构安全性鉴定工作中,人工处理的数据工作量大、效率低,信息化水平亟待提高,检测和鉴定成果的表达不直观。建筑信息模型(BuildingInformationModeling,BIM)技术具有三维可视化、信息集成等特点,其与既有建筑结构安全性鉴定结合将有效的弥补当前既有建筑结构安全鉴定工作中的不足。本文将以“BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定中的应用”为研究目标,其主要研究工作包括以下几部分:

本文首先分析我国既有建筑结构安全性鉴定和BIM技术的研究发展现状,提出了将BIM技术和既有建筑结构安全性鉴定相结合的研究思路,并进一步阐述研究内容、研究方法和技术线路。

然后通过对BIM技术平台的讨论,分析了基于Revit软件的BIM技术二次开发原理和方法,详细论述了Revit二次开发环境的搭建、基本开发流程以及各种基本功能的实现方式。

在此基础上,通过对结构安全性鉴定功能模块的需求分析,确定基于BIM技术的建筑结构安全性鉴定的开发思路,并应用Revit二次开发技术和C#编程语言,完成基于Revit软件平台的既有建筑结构安全性鉴定功能模块开发。

最后,将前文开发的基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定模块应用在具体建筑结构安全性鉴定的项目中,证明其在实际工程项目中应用的可行性和有效性。

本研究所开发的基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能模块能够实现外部数据输入、混凝土强度推定、构件或子单元评级、鉴定单元鉴定评级等功能,工程应用表明其具有容错性强、分析效率高、成果显示直观等特点。本研究成果具有较强的工程实用价值和推广价值,同时也验证了将BIM技术与既有建筑结构分析、

检测和鉴定技术相结合的可行性,为BIM技术在建筑物改造、维修和加固中的应用积累了经验,对BIM技术在工程结构领域中应用范围拓展具有借鉴意义。

关键词:建筑信息模型(BIM)技术;既有建筑;安全性鉴定;Revit二次开发论文类型:③应用技术研究

目录

摘要III

AbstractV

目录i

1绪论1

1.1研究背景、研究目的及意义1

1.1.1研究背景1

1.1.2研究目的4

1.1.3研究意义4

1.2研究现状分析5

1.2.1BIM技术发展及应用5

1.2.2既有建筑结构安全性鉴定研究发展现状7

1.2.3BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定中的应用现状9

1.3研究内容、研究方法和技术路线10

1.3.1研究内容10

1.3.2研究方法10

1.3.3技术路线11

1.4论文组织框架13

2BIM技术及二次开发方法14

2.1引言14

2.2BIM技术平台及特点14

2.2.1BIM技术平台基本理念14

2.2.2BIM软件16

2.3Revit软件中的对象及共享参数17

2.3.1Revit软件界面介绍17

2.3.2Revit软件对象元素分类及类继承关系18

-i-

2.3.3Revit软件共享参数19

2.4BIM二次开发原理及方法20

2.4.1Revit二次开发特点20

2.4.2RevitAPI开发概述21

2.4.3Revit二次开发环境搭建23

2.4.4Revit二次开发实现方式27

2.4.5Revit二次开发流程29

2.5本章小结33

3基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定方法研究34

3.1引言34

3.2既有建筑结构安全性鉴定34

3.2.1既有建筑结构安全性鉴定目的及原则34

3.2.2既有建筑结构安全性鉴定基本方法35

3.2.3既有建筑结构安全性鉴定流程37

3.3BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定方面可行性分析40

3.3.1既有建筑结构安全性鉴定存在的不足40

3.3.2BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定方面的优势42

3.3.3基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定程序及内容43

3.4小结45

4基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定模块开发46

4.1基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定模块开发思路46

4.1.1基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能需求分析46

4.1.2基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能设计48

4.1.3基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能效果49

4.2主要功能实现50

4.2.1指定构件选择50

4.2.2构件参数值读取和插入54

4.2.3相关文件选择57

4.2.4构件及结构安全性评级58

4.2.5鉴定结果显示59

4.2.6误操作提示60

4.3运行效果61

4.4小结65

5工程应用66

5.1工程概况66

5.1.1工程介绍66

5.1.2鉴定需求分析68

5.1.3鉴定依据68

5.2现场调查及检测68

5.2.1现场调查68

5.2.2现场检测69

5.3鉴定功能模块的运用70

5.4鉴定模块运用效果与传统方法对比75

5.5小结75

6结论与展望76

6.1结论76

6.2展望77

参考文献

1绪论

1.1研究背景、研究目的及意义

1.1.1研究背景

在我国大力发展经济的背景下,基础设施建设投资逐年加大,建筑业快速发展,建筑业总产值不断增加,建筑业已逐渐成为我国经济发展的支柱产业,图1.1为2006

年到2018年我国国内生产总值及建筑业总产值发展情况[1]。我国既有建筑面积不断

增长,房地产市场需求逐渐趋向饱和,我国建筑业产值增长速率明显放缓[2],图1.2

为2006年到2018年我国建筑业产值增速变化情况。我国建筑业发展,呈现出由“大规模新建”向“新建和维护并存”转变的趋势[3]。这一发展趋势与国际上各发达国家建筑业发展趋势基本吻合。在我国有大量的既有建筑结构性能已出现严重退化,其安全性等性能已低于设计规范及所处环境作用的要求,要对其进行鉴定才能保证建筑继续使用。

图1.12006年到2018年我国国内生产总值及建筑业总产值

图1.22006年到2018年我国建筑业增加值增速

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既有建筑鉴定可从安全性、适用性和耐久性等三个方面进行评价。其中,结构安全性鉴定是鉴定评价的基础,只有建筑的结构安全性能得到保障,建筑物其它方面的评价才有意义。所以既有建筑结构安全性鉴定对建筑物整体检测鉴定尤为重要。既有建筑在使用过程中,各种安全性问题逐渐暴露出来,主要有:建筑信息模型(BIM)技术论文,既有建筑论文,安全性鉴定论文

(1)因为各种内部或外部原因,导致承载力下降,出现裂缝、变形等情况,进而影响结构安全性能;

(2)超过设计使用年限,超期服役,造成构件出现不同程度的性能退化或老化,不能达到原设计的承载力要求;

(3)改变设计用途,其承受的荷载发生较大变化,建筑结构或构件发生较大变形或附加应力,承载能力不满足要求,影响其安全性能;

(4)遭遇地震、爆炸、火灾等偶然事件,建筑出现不同程度的损伤,承载力下降,安全可靠性降低。

为了保证上述情况下建筑的安全可靠性,必须对建筑进行安全性鉴定,为建筑的后期维护、加固和使用提供可靠的依据。

我国既有建筑结构安全性鉴定起步较晚。早期主要是对旧城区的危旧房屋或历史遗留建筑进行安全性鉴定,为加固或保护提供理论依据;中期发展到以安居改造

工程和棚改工程为主[4]。在发展过程中,我国借鉴了国外先进的鉴定方法,如回弹法、钻芯法、雷达扫描等,并制定了检测技术的规程,如:《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(TGT/T23-2001)、《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS03:88)、《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21:2000)等。为配合检测技术的进步,我国颁布了适用于我国既有建筑检测鉴定现况的标准和规范,常用的有《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-2015)、《工业建筑可靠性鉴定标准》

(GB50144-2008)、《混凝土结构现场检测技术标准》(GBT50784-2013)等。这些规范或标准的出现,指导了我国具体检测和鉴定工作,对我国检测和鉴定领域的发展具有推动作用。

虽然我国在既有建筑结构安全性技术鉴定方面有了长足的发展,但仍存在需要改进之处:

(1)资料保存与检索困难。我国建筑交付竣工文件主要是以二维图纸和文档为主,资料数量少,内容复杂,其中一些因为保存不当会出现丢失、破损、污损等不同程度的问题,造成检测和鉴定过程中建筑信息获取困难或不明确,降低检测鉴定准确性[5];

(2)现场检测工作量大、效率低,容易造成检测数据混乱,为后期的建筑检测数据的复查增加了难度;

(3)检测鉴定成果表达不直观,检测鉴定成果仍采用文字叙述或二维图片表达,难以整体把握或直观描述,不便于业主或主管部门全面了解既有建筑结构现状;

(4)已有成果未充分利用。一些近期建筑有较完整的分析模型或设计模型,鉴定中进行结构分析的过程中需要重新建立建筑模型或建立相关文件,造成鉴定过程中信息传递不流畅、信息冗余等不足。

BIM技术的产生与发展为当前既有建筑结构安全性鉴定出现的不足提供了解决方案。在BIM技术运用的过程中,建筑的各类信息依附于建筑模型中,在建筑物全生命周期中进行传递,因此可以引入BIM技术到既有建筑结构安全性鉴定中。现阶段,已经实践证明了BIM技术在建筑的设计、施工和维护过程中能够起到重要作用,改善了传统工程项目建造中的信息流通及共享等方面的问题[6]。BIM技术提供数字化

的建筑模型,为鉴定提供完整真实的分析数据,为既有建筑结构安全性鉴定创造有利条件。充分利用BIM技术的优势可以推动传统既有建筑结构安全性鉴定发展,改善传统既有建筑结构安全性鉴定流程。

1.1.2研究目的

BIM技术可以改善传统二维设计中存在的信息传递不流畅、信息保存不完整或不准确、构件表达繁琐等不足[7]-[9]。当前工程项目建设完成后,建筑物以实体形式交付业主,而项目资料以档案形式交付于相关部门保存。既有建筑结构安全性鉴定过程,是通过查阅项目资料再配合现场检测数据来掌握建筑物的实际状态,在此基础上分析建筑结构的安全状态,最终评定建筑结构安全等级的过程。鉴定过程中,鉴定人员要对资料信息与实体建筑结构信息进行一一比对,工作量大;结构实体中很多隐蔽信息,现场检测困难;施工过程造成建筑信息不完整,后期再获得较困难[10]。BIM技术的引进可以改善这些不足。

本文以“BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定中的应用研究”为研究课题,充分利用BIM技术的优点,改进既有建筑结构安全性鉴定流程,探索出基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定方法,通过软件二次开发技术研发基于Revit软件平台的既有建筑结构安全性鉴定功能模块,同时结合实际项目,进一步探索将两者相结合的可行性及功能模块的实用性,为既有建筑结构安全性鉴定技术的发展提出基于BIM技术的解决方案。

1.1.3研究意义

BIM技术在建筑物设计、施工和运维过程中应用价值已得到广泛认可,在既有建筑结构安全性鉴定中充分利用项目建设与运维中形成的BIM成果,可以简化鉴定过程,鉴定结果表达更直观,结果更加可靠。目前,相关研究较少,还尚未形成成熟的应用模式。本文基于BIM技术的特点,结合既有建筑结构安全性鉴定方法,提出基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定方法,为BIM技术在建筑安全性鉴定领域的运用、发展和完善做出探索性研究,为今后BIM技术在安全性鉴定领域的发展奠定基础。

1.2研究现状分析

1.2.1BIM技术发展及应用

(1)国外发展及应用

BIM(BuildingInformationModeling)是“建筑信息模型”的简称,最早起源于上世纪70年代的美国。美国总承包协会(AGC)对BIM的定义为:“建筑信息模型是开发和应用计算机软件以数字模型来模拟建筑的建设和运营过程,它是以丰富的数据库、面向对象、智能化和数字化参数为代表特点的信息模型,其数据可在各个阶段不断提取和分析[11]。”国外建筑领域对BIM技术的研究较早。Bernstein[12]等人强调了建筑业信息化的重要性,分析引入BIM技术的障碍因素和技术环境。Yan[13]等人对于BIM技术的优缺点进行了调查,得出阻碍引入BIM技术的因素。SalmanAzhar[14]等人结合实际案例分析了BIM技术的风险、利益及未来的挑战。HowardW[15]等人从经济、法律以及技术的角度分析BIM技术阻力。

BIM技术在欧美等发达国家最先形成较为完整的理论和应用体系。2003年,美国公共建筑服务部门首席建筑师办公室(OCA)提出3D-4D-BIM计划,要求从2007年开始,所有经过招投标所建设的大型建筑都需要应用BIM技术。2006年,美国陆军工程兵团(USACE)发布未来15年(2006-2020年)BIM技术发展路线计划,要求在此期间所建设的军用建筑和设施必须应用BIM技术。2007年,美国国家建设科学研究院(NIBS)颁布了一系列的BIM国家标准(NBIMS),要求此后BIM技术必须严格执行标准要求[16]。2009年,英国颁布国家BIM标准,规定凡由政府投资建设的建筑必须应用BIM技术。芬兰SenateProperties建筑设计公司也制定一系列的BIM技术标准,并应用于建筑设计过程中[17]。亚洲国家BIM技术发展紧随其后。2011年,新加坡发布BIM技术发展路线规划,提出BIM技术发展阶段性目标。2012年,日本成立BIM软件解决方案联盟并发布了国家BIM技术应用标准,为BIM技术在建筑领域上的应用提供指导[18]。2014年,韩国制定相关的建筑BIM技术标准,并发布应用BIM技术发展指南,规定自2016年起所有的公共建筑必须应用BIM技术[19]。

BIM技术在国外的工程应用也较为广泛。美国萨维尔大学BIM运维、悉尼“布莱

街一号”、英国高铁枢纽、日本邮电大厦等都应用BIM技术[20],在可持续发展、协调合作、设计-施工-运维等方面都达到了较好的效果。

(2)国内发展及应用

我国BIM技术研究起步较晚。“十五”期间发布的《建设领域信息化工作基本要点》首次提到BIM技术的概念。2007年颁布的《建筑对象数字化定义》,标志着BIM技术由概念阶段发展到应用阶段。2011年,《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》颁布,标志着BIM技术真正成为我国建筑信息化的主线[21]。2012年,清华大学BIM课题研究组[22]对中国建筑信息模型标准框架(CBIMS)做出深入研究并取得成果,为BIM技术在国内的发展起到基础理论性的作用。清华大学张建平[23]等学者通过深入研究,探索编制符合我国实际情况的BIM技术标准,并且形成一整套BIM技术在各阶段的运用框架。上海交通大学BIM研究组[24]在基于IFC标准的数据转换方面做出研究并取得一定成果,为建筑模型在各类软件之间的转化和共享做出贡献。

我国各级主管部门相继出台BIM技术政策和标准,以大力推广BIM技术在实际工程的应用。2016年,住房和城乡建设部颁布《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》,明确将加快BIM技术等数字化技术建设作为工作重点,高度重视信息化对建筑业发展的推动作用,不断完善信息化标准建设[25]。住房和城乡建设部在2017年版的《建筑业十项新技术》[26]中明确指出,推广基于BIM技术的信息化技术于建筑业,增强建筑业的信息化程度。在其他国家已制定出符合本国建筑业发展特点的规范或规程的情况下,我国也开始制定国家BIM标准。2018年1月1日,《建筑信息模型施工标准》(GB/T51235-2017)国家标准开始实施,这填补了我国BIM技术标准体系和标准的空白,对我国建筑企业信息化的实施具有积极推进作用,标志着我国建筑业进入全新BIM时代。除此之外,各省市有关部门也发布了相关BIM技术应用指南来指导BIM技术的发展,如上海市住建委于2018年5月发布的《上海市保障性住房项目BIM技术应用验收评审标准》,浙江省住建厅于2018年7月发布的《建筑信息模型(BIM)应用统一标准》等。

国内高校和各大科研院所也对BIM技术基础以及BIM相关软件做出研究。刘照球[27]-[28]等人对基于BIM技术的全生命周期设计信息集成技术进行研究,归纳总结出

BIM技术中信息集成方法,为BIM技术在土木工程领域的应用推广和普及做出贡献。周玉石[29]提出了BIM技术在建筑设计各阶段数据信息的传输和流动路线,为BIM技术应用于建筑设计阶段打下基础。李燕妮[30]对基于Revit软件通过二次开发技术提取BIM模型信息进行研究,并且研究得到Revit软件和结构分析软件SAP2000之间的模型转换方法。张红歌[2]研究了BIM技术在既有建筑改造中的应用,提出BIM技术运用于建筑改造的技术路线和理论框架。杨新聪[31]对BIM技术在配筋砌体建筑结构中的应用进行研究,研发出快速进行砌体结构设计的功能插件。方婉蓉[32]研究了基于Revit软件的BIM技术应用流程,运用接口和Revit二次开发技术解决BIM模型和结构分析软件模型相互转换的障碍。邢振业[33]研究了BIM技术在混凝土结构耐久性中的应用,并运用BIM二次开发的技术对Revit软件进行功能上的扩展。这些研究为BIM技术再我国的发展起到推动作用。

在BIM技术工程领域,我国一些大型建筑设计单位和施工单位也尝试在实际工程项目中应用BIM技术。比较有代表性工程有中国尊、上海中心大厦、北京奥运会主体育场、上海世博会中国馆等[34]。BIM技术在我国迅速发展并取得一定成果,表明BIM技术在我国有巨大发展潜力。

从建国到70年代末的二十多年时间里,我国建筑业基本处于“大规模新建”阶段,对建筑物的鉴定维护研究未受重视,检测方法较少,理论不完善。1976年,发生唐山大地震后,建筑出现了倒塌和不同程度的损坏,我国逐渐意识到对建筑进行检测鉴定加固的重要性,并加大了对建筑物鉴定维护的力度及资金投入,同时制定出相关鉴定加固图集及对应措施[37]。1985年我国对全国的城镇房屋进行第一次安全普查,制定了相关的鉴定标准,这一事件标志着我国建筑业由“大规模兴建”阶段转变到“新建与维修加固并举”的新阶段[35]。进入90年代,随着我国建筑结构测检测鉴定理论的完善和检测手段不断发展,由中国工程建设标准学会牵头,举办了全国建筑物鉴定与加固标准学会会议,为国家和各级部门制定相关的检测鉴定规范和标准提供技术方面支持,加快我国既有建筑结构安全性鉴定方面的发展速度[38]。此后,我国建筑检测领域质量检验检测的市场规模呈逐年递增的趋势。

随着既有建筑结构安全性鉴定的发展,检测手段和技术也有了很大的进步,针对不同的建筑结构都有相应的检测方法和仪器。比如,对于钢筋混凝土结构,由早期的目测观察法发展到现在的回弹法、钻芯法和钢筋扫描仪法等方法,检测内容也由早期只测混凝土强度发展到检测混凝土内外部缺陷、混凝土裂缝和钢筋损伤等多个项目。多种检测手段,可以全方位了解建筑物的真实状态,为后期对建筑物进行鉴定评级提供准确、详实、多方面的数据。同时检测人员专业素质提升,使鉴定结果可信度提高[39]。

目前,随着我国对既有建筑结构检测鉴定理论趋于成熟,技术和手段的日趋完善,已经形成了符合我国建筑业特点的既有建筑结构检测鉴定体系,并出台了相关国家标准。较为常用的标准有:《民用建筑可靠度鉴定标准》、《工业建筑可靠度鉴定标准》、《危险房屋鉴定标准》等。这些鉴定标准均以建筑结构作为主要对象,并提出对建筑结构分层次进行评定的方法[40],能真实、全面地反映建筑物结构的安

全性能,提高既有建筑结构检测结果的可靠度。

1.2.3BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定中的应用现状

随着BIM技术的快速发展,其在建筑设计、施工、运维等方面应用已逐步成熟,形成具有阶段特色的理论体系,相关研究也较多,其发展领域逐步推广到建筑物的检测鉴定和维护加固等方面。BIM技术在建筑物的检测鉴定方面应用内容主要有[41]:

①对现场监测数据的储存及利用;②对检测部位的三维显示;③鉴定评级的自动化;

④鉴定结果的储存及显示。

国外对BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定中的应用研究及工程实例较多。Chan-SikPark[42]等人研究了运用BIM技术对建筑在设计、施工以及维护等方面产生的缺陷进行收集管理,改善了现行建筑行业的鉴定以及缺陷管理的模式。ShafiqMT[43]等人对BIM技术应用于既有建筑修缮和复原、三维展示、数字考古和精确数据储存等方面进行研究。BanishK[44]等人研究了BIM技术在既有建筑工程检测鉴定项目中充分利用现有条件,优化检测鉴定方案,使BIM技术在既有建筑中的应用日益普遍。英国将BIM技术用于大英博物馆穹顶改造项目中,充分利用BIM技术在鉴定改造方面的优势,显示出BIM技术在既有建筑维护方面的发展空间。西班牙的圣家族教堂屋顶修复工程也利用BIM技术,成为BIM技术在建筑鉴定和修复方面的典型工程。台湾的“开放式建筑”概念对现有公寓的可持续鉴定改造具有重要作用,其借助BIM模型快速评估和反馈鉴定方案,可有效实现空间灵活性、设备的可维护性[2]。

近三十年我国处于建筑业高速发展阶段,我国BIM技术主要应用在以下几个方面[45]-[46]:①古建筑的保护;②既有建筑鉴定、改造、加固;③复杂综合建筑的运营维护。西安建筑科技大学对BIM技术在古建筑建模修复技术上的运用进行研究,并以盔头巷8号国民建筑修复项目为例,阐述BIM技术在古建筑和近现代建筑改造加固中的作用[47]。北京交通大学将BIM技术的数字化特点应用于北京古老四合院的修复与更新设计中,这是BIM技术应用于我国特色建筑中的巨大创新。中国建筑设计研究院参与设计的基于保护与复原性质的北京故宫、敦煌的数字化工程,以及上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司在上海思南路历史建筑改造、上海食品一店改造、上海玉佛禅寺修缮与改扩建工程等项目均代表了当前BIM技术在我国建筑

鉴定改造项目中的应用成就[48]-[49]。在既有建筑结构鉴定改造过程中,出现并应用很多相关的新技术,有BIM虚拟技术及与BIM结合的3D激光扫描、VR(虚拟现实)、3D打印等技术[50],为既有建筑结构鉴定、改造过程提供更高效、更经济的解决方案。然而在安全性鉴定方面,这些新技术并未发挥出它们的特点。

BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定方面具有的优势有以下几点:

(1)检测鉴定成果可视化;

(2)检测鉴定内容储存;

(3)鉴定评级自动化。

1.3研究内容、研究方法和技术路线

1.3.1研究内容

当前国内BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定中的研究和实际工程项目较少,发展空间很大。本文的研究内容如下:

(1)通过研究国内相关检测鉴定规范,了解现行的安全性检测鉴定的工作流程及检测方法;

(2)系统分析基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定模块功能需求及实现方法;

(3)应用二次开发技术对Revit软件平台进行功能扩展,开发既有建筑结构安全性鉴定的功能模块;

(4)工程实例应用研究。将所开发的功能在实际检测鉴定项目中进行应用,验证其可行性和实用性,将基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定方法与传统鉴定方法进行对比。

1.3.2研究方法

本文使用的研究方法有以下几种:

(1)文献研究法。通过对国内建筑结构检测鉴定规范和BIM技术在建筑结构中的应用等相关文献的学习、梳理和研究,了解相关的知识、发展现状和解决方法,确定论文的切入点和研究方向。

(2)调查研究法。通过参与既有建筑结构检测鉴定和BIM技术与相关实际工作进行访谈,了解现行的检测鉴定的发展现状,及BIM技术的应用现状,为后期论文写作提供详细真实的数据,并确定论文理论框架。

(3)技术分析法。整合掌握BIM技术及鉴定的知识和收集的资料,对Revit软件和二次开发技术进行分析,确定相关的二次开发方法。

(4)技术开发法。在基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定二次开发功能分析基础上,开发出既有建筑结构安全性鉴定功能模块。

(5)案例分析法。结合既有建筑结构检测鉴定实际案例,将所开发的功能应用其中,验证BIM技术在既有建筑结构安全性检测鉴定中的可行性,丰富BIM技术在我国建筑业的应用范围。

最后,对所研究内容进行梳理总结,并将研究内容与传统的检测鉴定方式进行比较,得出研究结论,指出研究内容不足,为下一阶段工作指明研究方向。

1.3.3技术路线

本文的主要技术路线为:结合BIM技术发展,针对既有建筑结构安全性鉴定中存在的不足,以既有建筑结构安全性鉴定方法为主线,将BIM技术与安全性鉴定相结合,开发出基于Revit软件的既有建筑结构安全性鉴定功能模块。并结合工程实际案例,应用开发的功能模块,对BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定中的应用优势进行验证。本文的技术路线如图1.3。

1.4论文组织框架

本文主要分为六个章节:

第一章为绪论,主要介绍本研究的背景、目的、意义及国内外研究现状,确定本文的研究内容、研究方法和技术路线。

第二章,主要介绍BIM技术以及BIM技术二次开发方法,为以后基于既有建筑结构安全性鉴定功能研究打下方法基础。

第三章,主要阐明基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定方法框架,得到BIM

技术应用于既有建筑结构安全性鉴定的方法。

第四章,详细介绍既有建筑结构安全性鉴定功能实现方法,对开发结果进行分析。

第五章,将所开发的功能模块应用于实际的工程项目中,验证BIM技术应用于既有建筑结构安全性鉴定的可行性。

第六章,对本文研究工作进行总结,指出研究的不足,确定下一步的研究方向。

2BIM技术及二次开发方法

2.1引言

BIM技术是信息化快速发展背景下产生的一种针对建筑业的信息化成果,它贯穿于建筑工程项目包括规划设计、施工建造、竣工验收、后期运维。在BIM技术发展历程中,出现了许多软件,它们对不同类型项目各有所长,对BIM技术的发展起到了推动作用。但是因为建筑模型的不同使用阶段等因素,BIM软件往往不能直接满足实际工程项目的所有需求,这加大了BIM技术在建筑各阶段的推广难度。这些问题可以利用二次开发技术来进行解决。二次开发技术是在BIM软件平台的基础上,对软件功能进行改进、整合或新增,形成能够适用不同工程项目的新功能,其在BIM技术发展中的作用越来越大,逐步发展成为BIM技术发展新方向。

在各款BIM软件中,Revit软件作为BIM技术的核心软件,其建模及信息集成功能在建筑、结构和设备等各专业具有广泛适用性,应用范围较广。本章围绕BIM技术的特点,以Revit软件为平台,介绍关于Revit二次开发的环境搭建、开发方法和开发流程,为开发基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定相关功能模块提供技术方面的支持。

2.2BIM技术平台及特点

2.2.1BIM技术平台基本理念

建筑业传统信息交互方式存在着以下不足:

①建筑行业各阶段、各参与方之间交流不畅;

②信息扭曲或缺失;

③缺乏针对全生命周期的建筑性能分析;

④没有考虑非结构化信息的管理以及与结构化信息的融合。

BIM技术的概念是在建筑经济及计算机技术快速发展过程中提出的,它的提出是对现代建筑业的一场信息技术改革。上世纪末,计算机辅助制图的出现改变了传统

手工绘图的现状,提高了工程设计和工程管理的工作效率,对建筑工程项目开发起到巨大推动作用。但在相关信息的传递方面,二维设计方法与传统的设计方法相比没有本质上的差别,仅仅是对绘制方式和存储方式的改变。并且设计图纸在建筑施工或工程管理过程中,项目各方对图纸的理解不同以及交流不及时造成建筑信息损失,信息传递效率低。随着建筑体型的不断复杂化以及建筑功能的不断综合化,建筑各专业之间的协同变得越来越困难。因此,如何解决建筑在各建设阶段的信息集成和传递、并对信息进行有效的管理和利用,已成为现在建筑业研究人员和管理人员亟待解决的问题之一,BIM技术的出现可以有效解决这一问题。BIM平台是将在建筑全生命周期中产生的与建筑设计、建造、维护过程中相关的信息整合到同一个建筑模型中,形成建筑信息的统一管理平台。BIM平台的目的就是创建一个有助于提升建筑信息交流和传递效率的平台,在该平台上建筑各参与方能够及时的获取、增添、更新信息,提高工作效率和工程质量[51]。图2.1为基于BIM平台的数据交互方式。

BIM技术平台优点是为实现建筑各阶段和各参与方之间信息集成和共享提供技术支持,解决了“信息断层”和“信息孤岛”等问题,实现全生命周期的建筑性能分析,提高建筑产业效率和建筑产品质量[52]。

图2.1基于BIM平台的数据交互方式2.2.2BIM软件建筑信息模型(BIM)技术论文,既有建筑论文,安全性鉴定论文

BIM技术的快速发展与计算机软件方面的支持密不可分。BIM技术作为建筑业新兴技术,在建筑的不同专业、不同应用层次的运用方式是不同的。一个项目如果要深度应用BIM技术只依靠一款或一类软件是不可能完成的,所以要根据项目的不同需求应用不同的软件来实现不同阶段的功能,将建模模型利用率达到最大化。

BIM软件可以分为BIM核心建模软件和与BIM相关软件[53]。目前,市场上有很多BIM软件公司,它们针对不同建筑形式或项目不同阶段推出不同的软件,发挥出自己独特的优势。图2.2为国际主流BIM核心建模软件示意图。

图2.2国际主流BIM核心建模软件

建筑信息模型(BIM)技术论文,既有建筑论文,安全性鉴定论文

在众多的BIM软件中,Revit软件占到的市场份额最大,是BIM技术核心建模软件之一。Revit软件适用于民用建筑,在建筑、结构和设备等专业协同设计方面运用成熟。同时,Revit平台是开放的平台,可以从外部对其进行二次开发,扩展其功能。国内有很多厂家利用Revit二次开发技术推出各种类型的插件,方便使用。鉴于这些特点,本文利用Revit二次开发技术对Revit软件平台进行开发。

2.3Revit软件中的对象及共享参数

2.3.1Revit软件界面介绍

由于Revit二次开发是在Revit软件中进行的,所以要熟悉Revit软件界面以及开发所用到的模块。

Revit软件是BIM技术中使用最为广泛的建模软件,它以其快捷的建模方式以及友好的界面在BIM建模软件市场占有重要地位。图2.3为使用Revit软件建立的某厂房三维模型。

图2.3某厂房三维模型

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Revit软件二次开发主要用到的是其附加模块部分中外部工具功能,如图2.4所示。这里的命令是调用Revit软件以外的程序,如Navisworks、Fuzor等,也可以调用用户自己开发的功能程序,这点与非开源的软件不同。在以后的开发过程中都要在此模块中进行功能的调试、更改和优化。

图2.4附加模块部分中外部工具功能

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2.3.2Revit软件对象元素分类及类继承关系

在Revit模型中,与项目相关的所有元素称之为对象,分别为表示建筑实体的模型对象、用于建筑实体定位的基准对象和只能在二维视图或指定视图中可见的视图对象[54]。这些对象元素都是构成模型不可或缺的元素,对象元素之间相互交叉在一起。图2.5为Revit软件对象元素分类。以墙为例,它在模型中是以模型对象的方式建模,它的相关信息,在平面中以粗略、中等或详细等视图对象呈现出不同的显示状态。在进行二次开发的过程中,要实现某种功能,就必须要明确功能所涉及到模型对象。

图2.5Revit软件对象元素分类

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Revit软件对象根据特点可以分为两种类型,分别为对象定义类型和对象实例类型。对象定义类型的特点为:储存在Revit文件中,作为插入到模型中的模板使用,但在模型中不可见;其相同的对象在模型中只有一份,定义一次就可以多次使用。模型中的各种族类型就属于这种对象类型。对象实例类型的特点为:其在模型中是可见的,属于对象定义类型的实例化;其随定义类型的改变而改变。模型中见到的所有构件都属于此类型。

Revit中将模型所涉及到的对象做了分类,并且这些分类是通过继承关系联系在一起的。要利用二次开发技术来控制模型,就必须了解其中各种类的继承关系。图

2.6为常用类继承关系。

图2.6常用类继承关系

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2.3.3Revit软件共享参数

利用Revit软件中共享参数的功能,将设计功能涉及到的数据或参数值以参数形式添加到项目文件。共享参数作为一种以“共享”为目的的参数类型,在使用时和其他参数一样。最大的不同是,共享参数在模型建立过程中需要手动将参数添加到模型,而其他参数自动生成。将安全性鉴定过程中涉及到的参数以共享参数的形式储存在模型中的好处是,便于外部程序的插入、提取或使用,为后期进行数据校核提供数据支持。共享参数文件如图2.7。

图2.7模型中共享参数文件

2.4BIM二次开发原理及方法建筑信息模型(BIM)技术论文,既有建筑论文,安全性鉴定论文

2.4.1Revit二次开发特点

Revit软件作为BIM建模软件中的核心软件,其强大的建模功能为项目提供解决方案。Revit软件被Autodesk公司收购之前,RevitAPI(ApplicationProgrammingInterface)未全部封装发布,仅符合美国建设标准。被Autodesk公司收购后,开发人员为了Revit软件在全球范围内使用,并与全球各国家不同建筑标准相符合,将RevitAPI进行封装发布。RevitAPI提供了一整套机制和规范来扩展Revit软件的功能。自2005年,Autodesk公司发布Revit8.0并开始提供API,API应用范围不断扩大,API的运用得到快速发展[55]。API的功能从最开始的只能查看文件相关属性,到后来过滤、族操作,不断满足人们对Revit软件功能开发的需求。随着API功能的不断增多,Revit软件在建筑的全生命周期过程中的应用更加灵活。

Revit二次开发就是利用Revit软件提供的API,根据不同项目要求以及实际的需求进行功能的自定义,最大程度发挥Revit软件的价值。Revit二次开发主要具有以下几个特点:

(1)开发流程复杂。由于Revit二次开发是对Revit软件的功能进行开发,开发人员必须熟练使用Revit软件各种功能并熟知各功能运行原理,否则在开发过程

中会遇到因流程不明确等问题造成的开发停滞。在开发过程中,可能要应用到很多的相关软件,相关的数据流在各个软件之间相互传递才能完成一个功能,其操作流程较为复杂。

(2)学科交叉。Revit二次开发仅靠建筑工程学科带动是不够的,开发人员还需要在熟知相关建筑知识基础上掌握计算机知识相关及编程语言,如C#、C++等,只有将建筑学科和计算机科学相结合,找到两者之间的契合点,才能完整开发出实际所需功能。

(3)功能层级化。因为Revit二次开发是在Revit软件基础上进行的功能性开发,而Revit软件的功能是通过层级实现的。往往实现一个功能需要其他一个或几个功能的支持。例如在建立楼板时,需要确定楼板所在的标高、楼板的轮廓以及是否放坡等众多功能。所以在进行二次开发的过程中,开发人员要实现一个功能,可能需要事先将其它辅助功能实现,才能进行下一步开发工作。

(4)功能实用性。Revit二次开发的目的之一是简化重复性的工作,提高工作效率,实现不同项目的特殊需求。如何能够操作步骤少而高效完成等量工作对开发人员来说也是难点之一。

在我国,RevitAPI二次开发人员较少,二次开发技术应用处于起步阶段。但是随着BIM技术在国内的不断推行,特别是国家发布相关国家标准推行BIM应用以来,Revit软件作为BIM技术中的核心建模软件,人们开始重视使用RevitAPI进行二次开发来不断适应中国的建筑项目和提高工作效率。现在,已经有不少的软件厂家运用RevitAPI进行二次开发,开发出特定功能的插件,或实现Revit软件与其他的建筑类软件数据的相互导入导出,打破各类软件之间的壁垒,改善BIM技术在项目各阶段的应用。目前,国内一些建筑企业内部也已经开始应用Revit二次开发,提高工作效率,比如广东省建筑设计院、机械部六院等[55]。未来,Revit二次开发必将在中国有很大的发展空间。

2.4.2RevitAPI开发概述

Revit软件实现功能的主要原因之一就是参数化建模。所谓参数化,是指Revit

模型中所有构件都是通过多个参数进行驱动。比如,对于矩形结构梁而言,其具有

材料、物理、力学性能等众多的参数,通过修改这些参数就可以将构件实例化,实现模型中不同类型的矩形梁的建模工作。Revit软件作为一款开源的软件,提供了丰富的API,便于用户按照自己的想法进行建模。图2.8为RevitAPI文档界面。总的来说,RevitAPI具有以下几个方面的功能:

(1)访问模型的图形数据;

(2)访问模型的参数数据;

(3)创建、修改、删除模型元素;

(4)创建插件来完成对UI的增强;

(5)创建插件来完成一些对重复工作的自动化;

(6)对第三方应用进行集成,用于完成诸如链接到外部数据库、转换数据形式到外部分析应用等功能;

(7)执行一切种类的BIM分析;

(8)自动创建项目文档。

RevitAPI全部功能封装在“RevitAPI.dll”和“RevitAPIUI.dll”两个动态链接库中,其中包括了Revit软件中所有的事件处理、参数管理等不同类库[56]。故在开发过程中需要引用这两个动态链接库才能调用Revit软件中的各种功能。

RevitAPI具有较好的运行稳定性,不同的Revit版本是相互兼容的。且API提供了多种编程语言的运用方式,用户可以按照自己的喜好使用编程语言进行应用。现在可以利用C#、VB或C++等编程语言使用API进行二次开发。在API发展的过程中,API逐渐去除掉自己封装的集合,改为适应于.NET框架的集合,这便于API在不同项目之间的传递。其次,API将不同功能的集合进行分类整合,放入不同命名空间,比如建筑类API与结构类的API分别位于不同的命名空间中,只要引用此命名空间便可以使用这一类的集合,不用每个写出。API包含25个命名空间,分别可以实现不同类型的功能,有助于用户在应用API时进行查找,加快开发速度,提高开发效率。

2.4.3Revit二次开发环境搭建

Revit二次开发的代码是在VisualStudio软件上完成的。此软件是以.NET框架为运行基础的软件,可以实现程序的编译、调试、运行等工作。在编程的过程中,只需要引用Revit软件的RevitAPI.dll和RevitAPIUI.dll这个两个组件文件就可以实现对RevitAPI中各种功能代码的使用。通过此软件进行功能代码的编写,能够直接通过接口与Revit软件实现对接,方便快捷。另外,安装相关的辅助开发工具,可以使开发过程更加快捷。基于VisualStudio平台的Revit二次开发环境搭建过程如下:

(1)安装VisualStudio。Revit是基于.NET框架运行环境的,所以VisualStudio的版本要与.NET框架版本号相匹配。

此软件也可以进行操作界面的设计。使用WPF(WindowsPresentationFoundation)技术开发操作界面是比较流行的方法。WPF开发技术是微软基于.NET框架提出的一种用户界面框架设计技术,在实现用户界面、文档操作和后台编程等方面具有一定的优势[57]。界面显示不同的需求与控件的关系如图2.9所示。

(2)安装RevitSDK。此组件中不仅含有RevitAPI的帮助文件,还有大量关于功能代码的说明文件及案例文件。对于API中每一个功能代码,组件都含有案例来说明代码的使用方法及达成效果,开发人员可以据此来理解代码的使用方法。图2.10为RevitSDK文件包含的文件示意图。

图2.10RevitSDK文件包含的文件

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(3)安装RevitLookup插件。应用此插件可以查找到Revit模型文件中任

何元素的任何信息,并且也可以查找到模型文件中任意构件在API中的表达方式。在项目文件中,一个构件的参数是多种多样的,并且这些参数是分类存放的,要想使用此参数,必须先要找到这个参数的分类才可以使用。有些参数在操作界面中就可以查看,但是还有大量参数在模型中是无法直接查看的,并且有些参数的属性值在项目中也无法直接得到。RevitLookup插件就是将模型文件中的各种参数进行整合分类,并且将参数的属性值进行单独列出,方便使用者进行查看。图2.11为使用RevitLookup插件查看项目文件中的某根柱的参数信息。可以看出,此柱子的参数信息分为尺寸的、位置、文件、几何等多个分组,每个分组包含着一类的参数。图2.12为尺寸分组中某参数的属性信息。可以得到此参数是否只读、存储类型、储存值等属性信息。RevitAPI就是通过调用函数提取信息并使用参数信息来实现各种功能的。此方法不需要编程就可以实现,是开发人员在编程过程中必不可少的插件之一。

图2.11应用RevitLookup插件

建筑信息模型(BIM)技术论文,既有建筑论文,安全性鉴定论文(4)安装ILSpy反射工具。ILSpy是一款查看框架类和函数构成的反编译功能软件,软件界面见图2.13。使用此款软件可以有效提升整体的编译效率,操作起来也十分人性化。当编程过程中涉及到.NET框架的内容时,应用这个软件可以快速定位到所需函数所在的引用位置。

(5)安装AddinMagager插件。它的优点是不需重启Revit软件就可以调试插件代码并加载和运行。这个插件可以大大提高开发效率,减少错误发生。此插件包含在RevitSDK文件中,安装完成后重启Revit软件就可在附加模块中找到该插件。

2.4.4Revit二次开发实现方式

使用C#编程语言对Revit软件进行二次开发,在VisualStudio平台上编写代码。Revit二次开发的实现方式主要有外部命令和外部程序两种方式。

使用外部命令方式进行开发,需要新建类库,在每一个类中都要继承RevitAPI中的IExternalCommand方法接口,在主程序内编写程序。编写完成后调试运行生成相应的dll文件,在Revit附加模块中的AddinMagager中添加生成的dll文件地址就可以运行此功能。此方法不用更改程序的addin文件,只需更新dll就可以实现对功能的更新。图2.15描述了外部命令是如何被调用的。

图2.15调用外部命令

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使用外部程序方式进行开发,需要继承RevitAPI中的IExternalApplication方法接口,并且必须重载OnStartup()和OnShutdown()两个函数命令,实现对Revit软件的启动和关闭。并且在代码发生更改后,必须更改每一个addin文件并放入Revit软件执行的文件位置,否则此程序无法运行。这种方法相较于外部命令开发方式,流程繁琐,并且运行速度慢,适用于开启Revit软件后直接自动运行的功能程序,实际运用较少。结合实际需求,本文采用外部命令的开发方式。

2.4.5Revit二次开发流程

利用外部命令方式进行Revit二次开发,主要的开发流程如下:

(1)打开VisualStudio,新建一个C#类库,如图2.16所示。一个类库就是一个解决方案,在这个类库中编写的所有功能属于同一个解决方案,并且其中某一个功能编译出现错误则此解决方案便无法完成。所以在开发过程中,建议将相似的功能放入同一个解决方案,减少不同功能之间的联系,便于后期对功能的维护和完善。

(3)引用所使用函数所在RevitAPI中的命名空间。该命名空间引用之后,在该命名空间下的所有函数命令都可以使用,不用重新引用。其应用后的界面见图2.18。

图2.18引用命名空间

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(4)调用IExternalCommand接口,并实现其接口,系统会自动派生其接口文件及函数用于功能程序代码的编写。

(5)为命令类开头前添加命令属性。[Transaction(TransactionMode.Manual)][Regeneration(RegenerationOption.Manual)]

这两个属性的意义是将代码运行产生的.dll文件可以由addinmagager文件识别运行,并自动保存文件运行的路径,下次运行时只需更新路径即可。编程界面如图2.19所示。

(6)执行插件并生成解决方案。启动Revit,在功能区的附加模块中将.dll文件加载到Revit软件中。将生成的dll文件的路径地址加载到AddinMagager中,即开始运行功能。如图2.20以及2.21所示。

(7)调试插件并排除故障。在编码、运行过程中可能会遇到各种各样的问题,因此需要进行断点调试,检查当前变量和对象的状态来进行问题定位并排除问题,而后重新执行插件并生成解决方案。

至此,利用外部命令方式进行Revit二次开发的流程就完成了。在功能完成后,还可以利用Ribbon功能将其安装在软件的菜单栏,方便后期继续使用。

使用Revit二次开发技术可以按照自己的意愿开发出基于Revit软件的功能插件。本文将既有建筑结构安全性鉴定和Revit软件相结合,利用二次开发技术开发出一套基于Revit软件的鉴定程序,大大简化了鉴定的流程。

2.5本章小结

本章在介绍BIM技术平台基础上,重点阐述了在建筑领域应用最为广泛的Revit软件中对象及共享参数的概念和作用,分析了Revit软件二次开发的API接口、开发环境及其开发方式、开发流程等,为以后利用Revit二次开发手段将BIM技术和既有建筑结构安全性鉴定结合在一起打下基础。

3基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定方法研究

3.1引言

BIM技术在中国快速发展,BIM二次开发技术也得到越来越多的关注。本章主要介绍我国既有建筑结构安全性鉴定的方法及流程,同时与BIM技术相关技术特点相结合,找到两者的契合点。分析BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定方面应用可行性,利用Revit二次开发技术探究既有建筑结构安全性鉴定功能开发思路,找出既有建筑结构安全性鉴定基于BIM技术的解决方案。

3.2既有建筑结构安全性鉴定

3.2.1既有建筑结构安全性鉴定目的及原则

某些既有建筑因为设计、施工或使用过程中收受到内部或外部的原因,其安全性能下降,其安全性受到质疑。这些建筑需要对其进行结构安全性鉴定。结构安全性鉴定在鉴定过程中起到了基础性的作用,其鉴定结果直接影响建筑物是否需要采取措施进行加固。工程建设活动中,建筑物进行安全性鉴定通常有以下几种情况[59]:

(1)改变用途、改建、加层或扩建;

(2)达到设计使用年限要继续使用;

(3)使用环境改变或受到环境侵蚀;

(4)受偶然事件或其他灾害影响;

(5)相关法规、标准规定的结构使用期间的鉴定。

既有建筑结构安全性鉴定主要包括两个方面。一个是通过目视检查或简易仪器检测建筑物构件表面情况,如是否存在裂缝、裂缝分布、表面是否平整等情况。另一方面是利用检测仪器检测构件的相关材料信息,根据检测数据分析构件的受力性能,而后得出各构件或结构的安全评级。

进行安全性鉴定的目的为:

(1)确保建筑物的使用安全;

(2)为建筑物后期进行维护、改造或加固提供数据支持;

(3)为旧建筑普查、检测与鉴定以及其加固、改造提供合理的方案;

(4)为历史性建筑建立相关资料与档案。在进行安全性鉴定过程中应遵循以下原则:

(1)真实性原则:严格按照仪器操作步骤操作,确保检测数据的准确详实,尽量做到程序规范,数据可靠;

(2)科学性原则:在检测方法和检测构件的选取上要秉承科学性原则,尤其是在数据处理方面,更要坚持实事求是的原则;

(3)规范性原则:检测鉴定要遵循相关的标准或规范,检测过程严格按照规范要求操作。对超出资质检测内容,不得进行检测;

(4)多方面结果相结合原则:将检测与鉴定两方面相结合,现场调查情况和仪器检测结果相结合,多方面评价建筑物安全性能,不能仅凭一方面进行评定。

3.2.2既有建筑结构安全性鉴定基本方法

既有建筑结构安全性鉴定的方法主要有3种,分别为传统经验法、实用鉴定法、可靠概率法[60]。

(1)传统经验法。由工程技术人员进行现场检测,配合计算,凭借其掌握的专业知识对结构做出判断,同时给出处理意见。

此方法具有程序少、费用低等优点,但由于这种方法检测结果完全由鉴定者自行确定,故在鉴定过程中,不仅结果会因人而异,而且在处理上也显得过于保守。

(2)实用鉴定法。实用鉴定法是在传统经验法的基础上发展起来的,它具有科学的鉴定程序。该方法应用各种检测手段对建筑物及其环境进行周密的调查、检查和测试,全面分析建筑物存在问题的原因,按照统一的鉴定程序和标准,从多方面综合评定建筑物的可靠性水平。

20世纪70年代,日本提出通过2~3次调查进行综合评价的综合鉴定法,美国提出了一种“安全性评估程序”法。类似的方法还有1971年Yao提出的按专门制定的评分标准对既有建筑结构进行分级的方法[61],以及1975年Culver提出的现场评估法。我国早期所制定的规范标准均属于实用鉴定法,如1989年原冶金部颁布的《钢铁工业建(构)筑物可靠度鉴定规范》(YJB219-89)。但此法与现行结构设计统一标准不协调,没有达到近似概率法的水准。

(3)可靠概率法。在结构鉴定中引入可靠度理论,用概率的概念对结构可靠度进行统计分析,评判其可靠性状态。

影响建筑结构可靠性的因素主要来自两个方面,一个为结构抗力R,主要影响因素有材料强度、材料性能、几何参数等;一个为结构作用效应S,主要取决于恒荷载、活荷载、地震、温度变化等。对结构可靠度进行分析时,这两者是相互独立的随机变量,具有以下的关系:

当R>S时,安全状态;当R=S时,极限状态;当R<S时,失效状态。

此方法在理论上是完善的,但是将其应用到建筑结构鉴定领域有较大难度。这是因为建筑物处于一种不断变化的外部环境之中,并且材料强度的不确定性和计算模型与实际建筑工作状态差距过大,这些因素都制约了其发展。减少材料强度的离散型、研发出更加可靠的鉴定仪器等方式都可以促进可靠概率法在鉴定领域的广泛应用。

我国现行的《建筑结构可靠度设计统一标准》采用可靠概率法设计思路,结构构件的可靠度宜采用可靠指标来度量,结构构件的可靠指标用β表示。β值直接与影响建筑结构可靠度的参数有关,而且还考虑了各参数的概率分布,所以用其反映建筑结构可靠度更加科学、可靠。且β与构件的失效概率pf有直接的关系,两者作为各类结构构件可靠度相对的度量,能较好地反映出结构可靠度的实质,使设计概念更加科学、明确。

我国颁布的《工业厂房可靠性鉴定标准》、《民用建筑可靠性鉴定标准》引入分级标准及一系列经验性推理规则,是既有建筑可靠概率法评估理论发展的良好开端。

3.2.3既有建筑结构安全性鉴定流程

在进行既有建筑结构安全性鉴定时,应着重鉴定结构受力体系传力路径的合理性及主要承重结构的承载力和整体稳定性。当需要进行结构整体验算时,应选择符合实际的计算简图。为了能够更好地指导检测鉴定单位对房屋建筑进行规范的鉴定工作,根据我国既有建筑安全性鉴定的实践经验,我国基本上对既有建筑的安全性鉴定是按照实用鉴定法进行操作的。

《民用建筑可靠性鉴定标准》鉴定流程如图3.3所示[40]。检测单位在按照规定的检测程序执行时,不能生搬硬套,而要根据实际问题的性质进行具体安排,从而更好地开展检测鉴定工作。

图3.3《民用建筑可靠性鉴定标准》鉴定流程

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对既有建筑结构安全性鉴定流程上可以大体分为以下几步:

(1)检测调查

检测调查可以分为初步调查和详细调查。

进行初步调查时,首先查阅图纸资料并了解建筑物历史,然后再进行现场考察,调查建筑物实际使用条件和内外环境,并制定详细调查计划及检修、试验工作大纲。

详细调查要根据实际调查需要进行,需要调查的内容包括:①结构体系基本情况;②建筑结构使用条件;③建筑地基基础(包括桩基础的调查与检测);④材料性能检测分析;⑤承重结构或构件检测分析;⑥维护系统的安全状况和使用功能;

⑦易受结构位移、变形影响的管道系统。

(2)安全性鉴定评级

为了更好地获得既有建筑的安全性鉴定结论,以分级模式设计的评定程序,将复杂的建筑结构体系分为相对简单的若干层次,然后分层分项进行检查,逐层逐步进行综合。为此,结合既有建筑结构的特点,可将被鉴定建筑物划分为不同的鉴定层次,每个鉴定层次再划分不同的鉴定等级。然后根据每一层次的鉴定结果确定其安全性

的等级。

对于民用建筑、工业建筑安全性的鉴定评级,应按照“三层次四等级”方法进行评判,如图3.4、图3.5所示。

图3.4民用建筑结构安全性评定层次

图3.5工业建筑结构安全性评定层次


其等级划分标准如下:建筑信息模型(BIM)技术论文,既有建筑论文,安全性鉴定论文

第一等级:安全性符合该级的要求,具有足够的承载能力,具有正常使用或不影响整体使用功能,不影响整体承载功能,不必采取措施;

第二等级:安全性略低于第一等级的要求,尚不显著影响承载能力,尚不显著影响整体使用性能,尚不影响整体承载能力,可不必采取措施;

第三等级:安全性不符合第一等级的要求,显著影响承载能力,显著影响整体使用功能,显著影响整体承载功能,应采取措施;

第四等级:安全性极不符合第一等级的要求,已严重影响承载能力,必须立即采取措施。

(3)出具鉴定报告

对于鉴定报告的编写要求,要遵循以下几个方面:

②鉴定报告要符合规范规定,以保证报告的质量;

②在鉴定报告中,对评定等级较低的构件或检查项目做出详细说明。当房屋的问题很多时,要绘制出评定等级较低构件的分布图,用以说明该检测对象在承载能力上存在着安全问题,并提出具体处理或加固的主要依据;

③对承重结构的安全性鉴定调查出的问题,应根据严重程度采取相应处理措施;

④在鉴定报告中应说明:对建筑评定的等级,仅可作为制定维修计划的依据。

3.3BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定方面可行性分析

3.3.1既有建筑结构安全性鉴定存在的不足

既有建筑结构安全性鉴定主要存在以下不足:

(1)检测与鉴定成果表达不直观。不同类型的房屋进行安全性鉴定虽然其检测重点不同,但是基本上都包含有裂缝检测、完损及承载力检验等方面,这些方面基本上都是以文字、表格、图片等形式单一或进行组合表现出来的,且这些检测指标所对应的结构构件也是以轴号和层高等文字信息进行定位的。对于非专业技术人员,如果想要更加详细地了解建筑结构现状就非常困难。表3.1为建筑检测内容以及表现形式。

造成这一问题的主要的原因主要是分析和表达手段上。现行的结构分析软件基本功能是分析结构或构件的受力性能是否满足规范要求。作为专业软件,其面向对象是专业技术人员,因此非专业技术人员不能轻易理解分析结果。同时结构分析软件没有附加非结构信息和功能,因此图片、照片等不能附加在相应的构件上,这也使得现场很多检测调查信息不能直接通过模型表达。

(2)设计资料与施工资料在检测鉴定过程中不能充分利用。在建筑的设计或施工过程中,已经建立建筑模型用于设计或施工过程。但在后期的建筑鉴定或维护过程中,需要重新建立模型,这加剧了建筑信息与建筑模型之间的割裂程度。并且,由于资料数量庞大、来源广泛、储存分散等原因,检测鉴定过程利用困难,需重新收集资料,加大了工作量,降低了工作效率。

(3)检测数据的保存或管理无集中化管理。检测信息的集成与整合是在建筑结构鉴定中不同检测项目之间、不同的检测工具之间对检测信息的交换和共享,信息的整合是协调与合作的前提与基础,对鉴定项目的进展产生重要的影响,这一直是鉴定领域的一大难题。在各检测项目之间信息的不集中,无法掌握其他检测方面的进行情况,在检测过程中容易出现各专业之间的脱节或鉴定方向偏离等问题,这会对最终的检测结果产生一定影响,甚至会出现因错误的判断导致错误结论的后果。对于后续要进行改造加固的房屋,当安全性检测过程中房屋结构测绘、结构损坏情况等出现错误,需要对现场进行补测时,纸质数据无法及时进行信息的变更,无法进行集中化管理,容易再次出现错误,使鉴定报告信息不准确,给后续的加固改造设计带来困难甚至造成安全隐患。

(4)结构验算及鉴定评级繁琐。按照可靠度设计方法采用抗力和效应的分项系数,组合值系数等已经包含在计算结果中。因此,可以直接按照已知荷载和效应的比值(R/S)来判断构件界面的安全程度。但是在现行的鉴定方法中,这项工作多人工手动完成,并且按照相关规范标准给结构构件或鉴定单元进行等级评定也是由人工完成的。这种方式工作效率不高,并且容易出现错误。

3.3.2BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定方面的优势

为解决当前既有建筑结构安全性鉴定过程中存在的问题,故引入BIM技术。BIM技术凭借着丰富的数据库、面向对象、智能化和数字化等特点的建筑信息模型,将建筑项目信息的提取和分析贯穿于建筑全生命周期中,实现了项目的设计、建造、检测和运营的集成管理。BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定方面具有的优势有以下几点:

(1)检测鉴定成果可视化。BIM技术可视化特点可以弥补鉴定过程中视觉效果差以及鉴定信息抽象的不足。鉴定过程进行前,提前将所鉴定的部分或者整个建筑的模型建好,或从项目其他参与方得到建筑模型,可以更好的表达出所鉴定单元所在的的相对空间位置,鉴定单元的相关信息也可以在模型中很好的表发出来,避免了传统方式中因人为因素造成的信息不明确、不明确等问题。同时,有别于传统方式建立“标准层”的方式,各个构件的相关鉴定信息也是相互独立的,这样就保证了各个检测构件在进行检测时互不影响,鉴定结果互不干扰,保证鉴定结果的准确性和可靠性。

(2)检测鉴定内容储存。BIM技术拥有强大的数据库,可以将有关项目所有信息储存在建筑模型中,以便各个项目参与方查看及更新。在鉴定过程中,可以将不同检测专业所检测的数据以及鉴定结果储存在模型中,各个检测方都可以根据其他检测方检测的结果再结合自己检测方面的实际,不断修正检测的重点和方式,来提高检测结果的可信度。除此之外,将鉴定的结果储存在模型之中,与建筑相关的数据集成一体,为以后对建筑进行复查或进行二次鉴定、建筑加固、建筑的运营维护等提供一定的数据支持。图3.6为信息储存示意图。

图3.6信息储存示意图

(3)鉴定评级自动化。BIM技术所建立的模型可以导入到相关的结构计算软件中,进行建筑结构分析,得到相应构件的受力状态和相关内力组合及包络图等,并且这些结果可以以参数形式反馈到模型中。这样安全性鉴定中的相关承载力评级可以在BIM模型中进行,不依靠第三方的软件,实现鉴定全过程的BIM化。这样做的好处是,BIM模型与进行结构计算的模型一致,不再建立基于“标准层”的模型进行分析,降低了建筑由于模型不一致问题而导致的分析偏差及后续鉴定结果的影响程度。建筑信息模型(BIM)技术论文,既有建筑论文,安全性鉴定论文

3.3.3基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定程序及内容

经过研究得出基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定程序如图3.7所示。在基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定程序中主要引入了建筑模型,所有

建筑项目的信息全部储存在模型中。建筑模型的引入使鉴定过程更加直观,对所检测鉴定部位更精确,提升了检测鉴定的可靠程度。在检测鉴定过程中,检测人员可以直接在建筑模型中查阅所需资料,避免二次查找,提高了检测效率。在鉴定过程中,不同检测专业所产生的数据资料也可以储存到建筑模型中,方便其他专业检测人员查阅参考,也为以后项目复查或二次鉴定提供数据支持。

图3.7基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定程序

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基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定内容如下几点:

(1)将现场检测的数据输入到建筑模型进行存储和处理。这与传统将检测数据以纸质资料保存有所不同,这些数据附着到建筑构件中,可以对其进行查看和读取利用,提高了利用的效率;

(2)对材料性能自动进行评判。传统评定方式是人工进行材料性能的评判,不能发挥出BIM技术自动化的特点。基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定可以自动根据传入的检测数据内容进行自动换算和评定,并将结果附着到对应的建筑构件上,使评定结果与鉴定部位一一对应,避免发生混乱;

(3)对单个检测构件及各子单元自动进行安全性评级。传统的评级方式大多进行人工计算评级,这样的效率低且容易出现错误。引入建筑模型之后,这项工作就可以自动进行且评级结果直接储存在建筑模型中,为以后进行结果复检提供可靠的依据;

(4)对鉴定单元自动进行评级。这样工作主要是根据各单元的等级评定出整个鉴定单元的安全性等级。评定的结果储存在建筑模型中,为以后建筑物进行维护和加固提供依据。

3.4小结

本章详细介绍了既有建筑结构安全性鉴定的基本方法及流程,分析了BIM技术在既有建筑结构安全性鉴定方面的可行性,提出了基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能的方法、内容和程序,从而进一步肯定了将BIM技术和既有建筑结构安全性鉴定相结合的技术可行性和实际应用性。

4基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定模块开发

4.1基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定模块开发思路

4.1.1基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能需求分析

对于一个软件开发项目来说,当项目目标确定之后,完善的软件需求分析对开发工作十分重要。这些需求包括软件功能、实现方法等功能需求和非功能需求。通过对这些功能进行分析,可以明确功能之间的联系以及实现功能的方法。

(1)功能需求分析。对该鉴定模块的功能需求分为以下几个方面:

①调查及检测成果以信息形式传入到模型中,并附着在对应构件或区域上。以民用建筑钢筋混凝土结构为例,参照相关的工程规范和要求,通过回弹法或钻芯法等方法测得混凝土材料的抗压强度或其他力学性能指标,然后将其传入到BIM模型中,为之后的检测鉴定过程提供数据支持。其流程图入图4.1所示。

直接传入模型

直接传入模型


②处理数据,评定实际材料强度、钢筋布置、构件尺寸、构造变化等情况。通过实际检测数据与原设计数据进行比对,比较既有建筑现有状态与设计状态差异,文件或数据形式随着在模型上显示,为以后进行构件或结构鉴定评级提供依据。

③根据实际作用效应情况,分析构件抗力、构件的作用效应及效应参数,自动得到抗力效应比值,根据相关规范要求评定构件承载力方面的评级。这一需求需要多个软件协同工作且需要软件自动进行等级评定的工作。各部分之间的关联图如图

4.2所示。

建筑物

检测到数据

安全性评级

专业处理后数据

部分计算参数输入

图4.2安全性评级系统关联图

④整体评价鉴定结构的安全性能,从多个方面,如地基基础、上部结构或围护结构,对建筑结构的安全性能进行评价,然后系统自动判别得出结构的安全性能评级。

对于项目整体而言,在检测过程中每一步都是依托模型进行的,这与传统方式是不同的。以民用建筑结构安全性鉴定为例,结合BIM技术,得到鉴定模块整体功能的工作模型图,如图4.3所示。

Revit模型由构件组成系统,有系统组成项目,这与鉴定中构件到子单元,到鉴定单元的工作模式完全吻合。此外,Revit模型强大的信息集成能力有利于把调查检测收集到的信息附加与模型,Revit模型的可视化能力也为鉴定构件的定位提高了准确性。

(2)非功能需求分析。对所开发模块的需求还应包括与相关功能配合的非功能方面需求,这些非功能需求包括:①界面友好。②模块独立。③操作简单。④实时更新。⑤针对性强,兼容性好。

4.1.2基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能设计

整体功能可以分两大部分,分别为材料检测评定功能和结构安全性分析和评定功能。针对结构安全性鉴定过程进行分解,得到BIM模型中的数据流程图,如图4.4所示。

在数据流程图中可以看出,通过层层评级得到既有建筑结构安全性鉴定单元的评级。实现功能的载体是BIM模型。此模块功能主要为:

(1)现场检测的数据处理。将鉴定现场检测相关数据,经过程序自动化处理得到相应的数值并插入到BIM模型相应的构件在,方便各功能使用相关数据;

(2)材料性能评定及检测构件自动评级;

(3)各子单元安全性评级;

(4)整个鉴定单元安全性评级。根据相关的鉴定标准和项目的实际情况得出整个鉴定单元的安全性评级并储存在模型中。

图4.4数据流程图

4.1.3基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能效果

通过对基于BIM技术的既有建筑结构安全性鉴定功能需求分析和功能设计,明确了要实现的需求功能。现对其需求功能实现的效果进行分析:

(1)外部数据可以自动进行推算、输入到模型中。本功能实现的效果是对钢筋混凝土结构,将回弹法得到的数据经过数据读取,自动进行运算并附着到相应的构

件中,为以后检测鉴定流程使用该数据提供支持。对检测的相应构件,通过不同颜色进行表示,更加明确检测对象,提高检测的准确性。

(2)对检测构件的安全性评定进行自动评级,并输入到对应模型构件中。本功能实现的效果是,对民用建筑结构而言,需对单个检测构件从承载力、构造措施、不适于承载的变形和裂缝四个方面进行评级,并根据相关规范确定相应等级作为整个构件的安全性评级。

(3)根据各子单元中检测构件中评定等级所占的比例对各子单元的安全性评定进行自动评级并在模型中体现。本功能实现的效果是在所有被检测鉴定的构件中,自动获取各评级的数量及占比,根据相关的规范要求对各个子单元进行安全性的评级。在统计各个等级的过程中,对不同等级的构件进行不同颜色显示,使检测鉴定结果可视化。

(4)对整个鉴定单元的安全性进行评级并储存在模型项目信息参数中,已备以后复查或使用。

4.2主要功能实现

4.2.1指定构件选择

在信息输入到构件时需要选择相应构件。选择模型中的指定构件可以由两种方式来实现。一种是使用API中的PickObject()相关功能函数直接点选模型中的实体构件,然后运行程序进行判断,判断是否为功能所需构件类型,而后再进行下一步的操作。其选择原理流程图如图4.5所示。另一种是在界面中制定相关的属性名称和属性值,选取模型中与指定属性名称和属性值相同的单个构件单元或构件集合。其选择原理流程图如图4.6所示。这两种选择方式的区别在于,第一种方式对选择单个构件单元有一定的优势,第二种方式在选择大量的构件集合方面有优势。

鉴于安全性鉴定过程中检测单元数量较多,涉及到的单元的种类多种多样,第二种选择构件的方式比较快速高效。在各子功能中,必须具有选择构件的功能,每一个子功能的实现都需要指定构件集合来完成。本功能模块要应用到此功能的界面分别有混凝土回弹数据处理(如图4.7),柱构件鉴定(如图4.8)和梁构件鉴定(如

图4.9)。

4.2.2构件参数值读取和插入

对于结构安全性鉴定而言,仅依靠建筑模型中自带的参数类型是远远不够的。前面已经介绍了通过共享参数的方法向模型之中添加自定义参数,所插入的共享参数如表4.1所示。模型里面现有的参数值和共享参数都可以读取出来为运算功能所使用,也可以向参数中插入数值,即参数值的“更新”。用户可以手动在模型中对各参数进行属性值的添加,但是在鉴定过程中如遇到检测数据过多,或一些数据是无法直接获取的,要通过运算得到相应的数据,手动输入的效率低并且错误率较高。所以,如何将参数的属性值快速准确的插入到相应构件的相应参数中也是功能所必须的。涉及到承载力计算的部分就需要进行读取和运用模型中的数值,并且鉴定结果也要自动插入到模型中。实现此功能的原理流程如图4.11所示。图4.12和图4.13为柱子的标高参数的属性值显示。

4.2.3相关文件选择

对于安全性鉴定而言,有的检测项目需要借助外部的鉴定数据来完成,如何读取外部的数据进行相关的操作也是需要开发的功能之一。在功能开发方面,对相应的检测鉴定项目编写了相关的功能模块,可以选择相应的文件,并对其中的数据进行提取、分析、运算,得到相应的数据并插入到模型相应的参数中,为其它功能调用此参数做基础性的工作。本功能系统中,以读取检测过程中回弹值数据为例,得到实际混凝土中的相关抗压强度值,并插入模型中的相应的参数值中。实现的此功能的原理流程如图4.14所示。

图4.14文件选择原理流程

4.2.4构件及结构安全性评级

安全性鉴定是根据建筑物的损坏程度进行评级,以评级的结果来表示建筑物的安全程度。以民用建筑安全性鉴定为例,在评级方面主要分为两个部分:一是单个构件单元的安全性评级,二是子单元的安全系评级。为了以后对整体功能进行扩充,将这两个功能分开编写。在进行这一功能的编写时,没有构件的选择界面,是对模型中全部构件的判断评级。图4.15为单个构件进行安全性评级的原理流程图。图4.16为子单元的安全系评级的原理流程图。

图4.15单个构件进行安全性评级原理流程

4.2.5鉴定结果显示

运行完功能后对鉴定结果的表达显示有两种方式:一种是以文字的形式来表达,即运行完功能后显示评级的结果,鉴定后的结果还能以弹窗的形式表达出来,同时将评级的结果以参数值的形式插入到模型对应构件的相应属性值或项目信息中;第二种是以模型三维形式表达,即功能应用完成后将不同等级的构件改变不同的颜色。这两个方面的目的是一致的,也是一一对应的。如何改变选定构件的颜色在上文中已经详细讲解,只不过将不同评级的构件放入不同收集器中,选取不同收集器中的构件单元进行颜色改变功能即可实现。图4.17为该功能的操作界面,界面中显示出不同等级构件变换的颜色。

4.2.6误操作提示

用户在使用功能模块过程中,不是每一次操作都正确,可能不符合功能流程所需,这种操作成为误操作。这种操作是不可忽略的,当出现误操作时功能不能顺利运行下去,就会停止运行。误操作分为三种,一种是模型与功能所需对象不匹配造成的,比如进行梁安全性鉴定功能,但模型中无梁实体模型,则功能不能正常运行。一种是在操作界面上用户输入的数据类型与所需的数据类型不符合,比如应输入数字但输入成字符;三是用户输入的数据不符合实际情况,比如在进行T型梁安全性鉴定过程中,T形梁数据不符合实际情况。为提示用户进行了误操作并说明误操作的方面,本功能模块特设计了错误提示框。当误操作发生后,提示框将会弹出,提示用户进行了误操作。这种提示框是和Revit软件的提示框属于一个类型,可以与Revit软件融为一体并通用。当模型中无功能所需构件时出现图4.18所示提示,当输入信

息不符合输入要求时出现图4.19所示提示,当输入信息与实际不符时出现图4.20

所示提示,

4.3运行效果

在功能应用之后,要对功能产生的结果进行分析,分析是否达到预先设定的效果。以下几点对应用功能后产生的效果进行分析。

(1)检测鉴定现场所检测得到的数据输入到模型中。在功能系统中以混凝土结构中回弹法测定混凝土抗压强度值的数据为例,通过读取现场检测数据并经过计算得到相关的数值插入到模型参数中。图4.21为某构件应用完成功能程序后产生的结果。经过测试实现了该功能,并且所产生的参数能够准确无误的插入到指定的构件单元中。

(2)不同评级构件改变不同的颜色。这样做可以使各评级的构件直观的显示出来。经测试,这项功能可以实现,各个单元根据评级不同变幻出不同的颜色并弹窗提示各等级所占比例。图4.22为某项目应用功能后的效果图。图4.23为应用完功能后弹出的结果提示。

图4.22应用效果图

图4.23功能弹出结果提示

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(3)单个鉴定构件、子单元及鉴定单元的等级评定并将等级输入到模型中。经测试,这项功能可以实现,单个鉴定构件的不同方面的鉴定评级插入到相应的构件中,且鉴定单元的鉴定评级也输入到项目信息中。图4.24及图4.25为应用功能后产生的效果。

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4.4小结

本章节详细说明了Revit二次开发流程中涉及到的应用功能的前期准备工作,分析了实现各种功能的原理流程,结合规范的安全性鉴定方法研究了应用功能模块后产生的结果,显示出应用本功能模块相对于传统方式的优势,力求本功能模块能够在实际安全性鉴定工程中产生便利性和实用性的效果。

5工程应用

5.1工程概况

5.1.1工程介绍

烟台某多层建筑项目,其主要原设计参数为:

(1)主体三层,局部四层。建筑总高度11.7m,首层层高4.5m,二层、三层层高3.6m,总建筑面积1800㎡;

(2)结构形式为钢筋混凝土框架结构,建筑物使用年限为50年,安全等级二

级,建筑抗震设防类别丙类,抗震等级三级,抗震设防烈度7度,地基基础设计等级丙级;

(3)楼屋面活荷载:楼面为4.0kN/㎡,卫生间为2.5kN/㎡,楼梯为3.5kN/㎡,上人屋面2.0kN/㎡;

(4)混凝土强度等级:基础垫层C25,构造柱及圈梁C20,梁、板、柱、楼梯及基础C30;

图5.1为建筑某层柱结构平面布置图。

5.1.2鉴定需求分析

该建筑的原设计活荷载4.0kN/㎡,业主方根据实际使用情况将实际使用活荷载增加至5.0kN/㎡。需要对建筑结构进行安全性鉴定,确定建筑结构的安全性能,判断其是否能够承载改变用途后的荷载效应。若不满足安全性的要求,则进行相应的加固措施以满足安全系要求。

5.1.3鉴定依据

本鉴定工程鉴定的依据主要有:

(1)《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-2015);

(2)《建筑结构检测技术标准》(GB/T50344-2004);

(3)《混凝土强度检验评定标准》(GB/T50107-2010);

(4)《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(DB37/T2366-2013);

(5)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010);

(6)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012);

(7)委托方提供的相关建筑图、施工图等;

(8)现场调查、检测结果。

5.2现场调查及检测

5.2.1现场调查

根据委托方提供的原设计图纸进行现场调查可以得出:

(1)建筑主体采用钢筋混凝土框架结构,外墙及内墙采用普通砖砖砌筑,厚度为240mm;

(2)建筑内柱截面尺寸全部为400mm×450mm,采用横向承重体系,主梁间距6m。楼(屋)盖采用现浇混凝土楼(屋)盖;

(3)该主楼建筑平面布局和功能分区合理、交通流向明确,设计中还考虑了防火疏散和有组织排水,结构布置和构件尺寸基本符合现代钢筋混凝土建筑设计的基本要求;

(4)实际建筑与委托方提供的原设计图纸基本相同,施工过程中无重大变更,

或损伤,整体建筑结构、规模没有变化,使用中未发生结构性破坏。

5.2.2现场检测

对建筑各部分外观质量、结构体系、承重构件材料强度、钢筋配置、结构构件倾斜及建筑物不均匀沉降情况进行了现场检测,在此基础上进行了结构分析。具体检测结果如下:

(1)外观质量:该建筑主楼外观质量较好,主要承重结构和构件表面没有严重的开裂或变形,门窗及屋面基本完好;屋面防水良好,无明显的外观质量缺陷;

(2)结构体系:该建筑结构体系较为简单,构件之间连接可靠,圈梁和构造柱等构造措施满足我国现行相关设计规范要求,梁、柱截面尺寸符合设计要求,楼板厚度与设计要求符合;

(3)材料强度:为了检测结构的安全性,采用回弹法检测了该工程部分混凝土构件材料强度进行了抽检。具体回弹值数据见图5.2。具体检测结果是:混凝土强度等级推定为C30,符合原设计要求。

(4)钢筋配置:为了检测结构的安全性,采用扫描法检测了该工程柱、梁内部配置钢筋情况。具体检测结果是:个别部位保护层略小,但不影响结构安全,内部

钢筋配置情况与设计施工图基本符合,无较大变动。

(5)建筑及结构构件倾斜及不均匀沉降检测:现场检测中,未发现不均匀沉降引起的建筑物墙体开裂和楼地面开裂现象,墙体及柱等构件也未发现明显的倾斜,该建筑及其结构构件没有超过规范规定限值的倾斜和不均匀沉降发生。

(6)根据前期现场调查和检测结果,依据我国现行相关建筑结构设计规范,采用YJK(盈建科)软件分析了该建筑的受力性能,分析结果表明:该建筑受力性能符合相关规范要求。

5.3鉴定功能模块的运用

在运用本研究所开发模块之前,要对工程项目进行结构建模。由于此鉴定项目只鉴定主体结构性能,故只需建立结构柱及梁模型即可。图5.3为本工程项目Revit结构模型。在模型建立完成后,向模型中插入事先编制完成的共享参数,设定各参数对应的单元类型和参数分组。图5.4为向模型中插入共享参数后,某鉴定构件的参数列表。

图5.3本工程项目结构模型

图5.4某鉴定构件参数列表

准备工作完成后,运行此功能系统。首先是现场混凝土回弹数据的处理,将现场检测得到的混凝土回弹值数据文件保存成系统要求的样式,利用外部文件读取功能读取数据并处理,将处理后的数据载入到模型文件的相应属性值中。某构件混凝土抗压强度检测如图5.5所示。图5.6为运行本功能后产生的效果。

其次对相关的构件进行鉴定。用结构分析软件分析进行建筑结构分析,得到对应构件的相应作用效应。其值可以手动输入到相应构件中的对应参数中,也可以在功能的操作界面中输入,自动进行比对。对构件进行构建层次鉴定的四个评定方面可以自行选择。程序将自动进行运算,并将相应的鉴定结果输入到模型对应构件的参数值中。根据相关的规范要求,将四个评定方面中的最低等级作为此检测构件的安全性等级,这项判断工作也是功能的一部分,通过插件自动判断完成并将结果插入到相应的属性值中。图5.7为相关运行功能后,产生的效果。

图5.9产生效果

运行完所有的功能程序后,最终的检测鉴定的结果也输入到了模型的项目信息中。图5.10为运行完成功能后,项目信息中的鉴定评级。

5.4鉴定模块运用效果与传统方法对比

传统方法检测鉴定此建筑所得出评级为一级,建筑为可靠状态。鉴定模块运用效果与传统方法对比可得:

(1)检测鉴定结果与传统方法一致,证明了模块的可靠性;

(2)材料性能评定效率提高,显示效果直接;

(3)构件及单元评级快速,结果及显示效果明显。

根据实际项目的运用及鉴定结果与传统鉴定结果对比,可以看出所研发的既有建筑结构安全性鉴定功能模块可以在实际工程中进行运用,进一步验证了将BIM技术与既有建筑结构安全性鉴定相结合的可行性。

5.5小结

本章采用开发的鉴定模块对实际既有建筑结构安全性鉴定项目进行了运用,采用开发模块的效果是提高了效率,更有利于数据与模型的对应,增强了显示效果,更易检查,避免了错误。

参考文献

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