BIM技术在农村住宅结构CAD软件后处理系统中的应用

摘要：近年来，各种新型的农村住宅结构形式，在国内设计规模迅速扩大。目前国内没有适用于这类结构的设计软件，为提高设计图纸的精确度和准确性、提高工作效率，研制基于BIM的农村住宅CAD/CAM集成软件系统。

引言 

近年来，各种新型的农村住宅结构形式，如轻型木结构和轻型钢结构等，在国内的建设规模迅速扩大。但是，目前国内没有适用于这类结构的设计软件，设计单位需要手工绘制施工图纸，然后结构加工制作企业根据设计图纸人工完成加工详图的二次翻样设计，以及按照CNC设备的数据格式手工填写CNC数据，既费时又容易出错。 
为提高设计图纸的精确度和准确性、提高工作效率，研制基于BIM的农村住宅CAD/CAM集成软件系统。该软件系统的主要功能特点为：

1）可用于材料统计，并自动生成图纸和材料清单以及CNC数据；

2）图纸表达的内容、深度和方式，CNC的数据格式可由使用者定制；

3）满足从结构设计图到加工图等多个阶段的要求。

BIM通过数字化技术对建筑物全生命周期的所有信息进行仿真。BIM作为一种信息集成技术，以三维信息化模型为载体，集成钢结构设计、加工制作和安装各阶段分散的数据，实现完整的信息传递。BIM数据库集成各种工程信息，因此基于BIM技术的软件有能力支持各种复杂的评价和分析。轻钢住宅BIM模型实例见图1。

1.总体架构 

钢结构BIM的技术核心是由计算机三维模型所形成的数据库。软件系统基于AutoCAD图形平台，采用VisualC++运用ObjectARX工具对AutoCAD进行二次开发。由于利用面向对象的技术，所以可以将描述实际特征和变化关系的智能型设计对象变成AutoCAD图形数据库中的一级对象，并将对象及对象之间的层次关系和逻辑联系存储在AutoCAD图形数据库中。这样，系统所建立的就是具有工程属性的专业应用对象。这些自定义类与AutoCAD自身的类基本处于同一级别，可以十分方便地进行数据库操作。基于实体模型的绘图和CNC数据输出的后处理系统，负责提取和整理三维实体模型中的几何信息和结构信息，自动完成施工图、加工图绘制和CNC数据的输出。

2.基于实体模型的施工图绘制系统 

2.1与三维结构模型之间的数据接口技术 

BIM的核心思想之一就是在工程数据之间创建实时和一致性的关联。AutoCAD数据库中的每一个实体，包括自定义的实体，都有唯一的ObjectId.实体的ObjectId可以作为绘图模块与其他模块的唯一接口，避免模块之间过多的联系给软件设计带来麻烦。与传统的直接绘制图纸方式的显著区别是：施工图自动绘制系统从三维实体模型提取所需数据并加以整理，对构件和板件进行归并和编号，再绘制成二维平面详图。另外，对结构的同一部位通常需要多个详图表达，模型的唯一性和正确性保证各个详图内容的一致性和正确性；另一方面，对模型的任何更改，都在平面施工图和加工图中实时地、一致地反映。

2.2基于三维实体的自动绘图核心算法 

数据收集以及施工图绘制算法流程见图2。

施工图的绘制要求反映出实体的前后遮挡关系，没有被挡住的用实线表示，否则用虚线表示。因此需要对实体进行投影.投影消隐算法分为3个步骤：首先，独立分析每个实体，消除每个实体中的自隐面和自隐线；然后，将每个实体中消除自隐线后的诸边与其他实体进行比较，找出可能被其遮挡的部分；最后，确定由于实体间可能因相互穿透而必须添加的线是否可见。

2.3施工图自动生成模块的主要功能和应用示例 

软件系统提供的图纸和文档种类包括：结构平面布置图、结构立面图、结构轴测图、材料表、节点详图和节点设计计算书等。此外，软件系统还提供预定义绘图模式和高级绘图模式：前者按软件预定义的图纸类型和绘图参数绘图，适合于较规则结构和无特殊要求时的情况；后者允许用户根据结构的特点和表达要求，通过调整绘图参数，全面自定义绘图内容和表达方式，适合于不规则结构.由软件自动绘制的轻钢结构、生土结构图纸实例见图3和4。

2.4制作安装图和CNC数据的自动生成系统 

加工制作和施工安装信息输出的主要工作为：加工制作和施工安装信息功能模块的数据结构与总体框架设计；建立三维实体模型和加工制作及施工安装信息的一致性关联；内置集成不同数控加工设备类型的CNC数据格式。 

BIM模型包含所有的几何信息和加工制作信息，如构件和零件的几何尺寸、截面、材料、加工精度和连接件之间的逻辑关系等。软件系统通过提取模型中的信息，自动绘制详图、材料统计并输出CNC数据。二维平面图纸中的所有信息都严格地从三维BIM模型中提取，充分保证图纸的正确性、精确度和一致性.采用根据三维模型绘制二维详图的方式，自动化程度和工作效率高，手工工作量减少到最低程度。

软件系统提供的制作安装图纸和CNC数据包括：结构平面布置图、结构立面图、结构轴测图、节点详图、构件加工图、零件加工图、节点装配图、制作控制坐标、安装控制坐标和CNC数据文件等。

2.5基于三维实体的加工图自动绘制 

三维实体模型本身已经蕴含绝大部分钢结构制造的相关信息，如截面形式、杆件类型和节点的零件等。基于三维实体的加工图自动绘制系统依据加工工艺的要求直接生成加工图。软件已内置绝大多数的通用工艺要求；对于特殊的新工艺要求，只需进行少量的补充或修改。该系统还能全面、准确地统计材料用量，以报表的形式输出。

3基于COM的CNC数据自动输出 

CNC数据自动输出模块基于COM技术将结构构件、零件及其CNC编码信息按照指定CNC设备的数据格式写入Excel工作表中，从而真正实现结构三维实体建造信息系统对制造业信息的集成工作、无纸化生产。与现在使用的完全手工的CNC编码输入相比，极大地提高工作效率，错误率几乎为零。

4结束语 

研究从实体模型自动生成结构施工图、加工图和CNC数据的信息传递策略，实现基于BIM技术的适用于农村住宅结构形式的CAD软件后处理系统.该系统的主要功能有：在实体模型的基础上选取特定的实体提取几何信息，经投影、消影和自动标注绘制完成施工图和加工图；提取三维实体模型中的构件和零件加工信息，并按照CNC设备的数据格式要求整理输出为二进制数据或Excel等形式。