建筑結構智能開孔技術的研發與應用

申妍

【摘要】隨著三維設計在建筑工程設計中的推進，在建筑、結構專業的三維設計過程中，需要對墻體、樓板等三維結構體模型進行開孔設計，以滿足不同工程應用的需要，例如對暖通風管穿墻處，建筑專業需在墻體上預留相應尺寸孔洞。在設計過程中，還需要對孔洞附加各種工程屬性信息（編號、功用等），以滿足孔洞統計要求。在建筑行業三維設計中，建筑、結構中的開孔設計是專業間配合的重要內容之一，通過對智能開孔技術的研究，在Bentley MiCroStation V8i二級平臺Archi-tecture上，為建筑企業布置專門定制開發的智能開孔系列工具，可以實現對實體化孔洞對象的智能生成，并且生成的孔洞對象具有工程屬性，還具有對孔洞對象進行參數化尺寸修改、更新、合并、重復性檢查和統計等功能，極大地提高了開孔設計的設計效率。

【關鍵詞】建筑結構；智能開孔技術；三維設計；三維參數；研發應用

隨著三維設計在工程設計中的推進，在建筑、結構專業的三維設計過程中，需要對墻體、樓板等三維結構體模型進行開孔設計，以滿足不同工程應用的需要，例如對暖通風管穿墻處，建筑專業需在墻體上預留相應尺寸孔洞。在設計過程中，還需要對孔洞附加各種工程屬性信息（編號、功用等），以滿足孔洞統計要求。同時在以往的二維圖紙中，墻體、樓板上的孔洞是需要采用特殊圖例符號來表示。但在三維設計中，三維設計軟件只提供了對結構實體進行三維剪切的功能，此功能雖然能夠實現在結構體、實體上開出三維孔洞，但效率低下，更無法表達孔洞的工程意義，故原有的模式無法將孔洞作為對象進行管理和編輯，也無法在生成的二維圖紙上自動實現符號化表達。為了解決這一問題，在三維設計軟件上進行二次開發，建立起一套對有工程意義的孔洞進行創建、更新和管理的功能集合。

一、開發方案

在實際工程設計中，存在大量設備穿越墻體或樓板的情況，開發目標軟件應能夠在設備穿過墻體（樓板）的位置智能形成參數化孔洞，并且滿足不同孔洞需求的情況（方孔、圓孔、套管）。因為手動在墻體（樓板）上自定義開孔也是在設計過程中經常會碰到的情況，目標軟件還應該包括手動開孔功能。在設計過程中，墻體（樓板）和設備會隨著設計的推進，而對其參數屬性進行相應的修改（尺寸參數、位置參數等），因此，軟件還應該包括在后期對已經生成的孔洞進行編輯修改、合并、更新、重復性檢查及統計孔洞生成孔洞表的功能。

在Bentley MicroStaton V8i二級平臺Architecture上，使用MicroStaton MDL二次開發語言進行開發。MDL語言是以C語言為基礎的結構化編程語言，采用C的結構，具有自己的運行時間庫、編譯程序、鏈接程序、庫管理程序，并在MicroStaton環境下運行。

使用MDL開發的智能開孔系列工具運行在Mi-croStaton V8i二級平臺Architecture下，與此平臺下其他軟件功能具有操作一致性。用戶通過設置開孔參數，自動創建三維孔洞模型，孔洞模型采用Para-Metric Cell來生成三維參數化實體孔洞對象，Para-metric Cell可以根據需要制作成不同的符號，而且Parametric Cell類型的三維參數化實體孔洞對象，可以被附加上多種參數組屬性，普通的三維孔洞就轉變成了具有工程屬性的三維參數化實體孔洞對象。因此，首先解決了對三維孔洞的二維圖例符號標識的問題，其次由于對三維孔洞附加了工程屬性，方便了對孔洞的更新及管理。

生成實體孔洞模塊包含兩個功能，智能開孔和手動開孔。智能開孔和手動開孔的對象可以是墻體或者樓板，生成的孔洞對象包括方孔、圓孔、方半孔、套管等不同類型。在參數組定義方面，可以根據實際情況，定義不同的參數組來生定義三維參數化實體孔洞。例如當已知穿過墻體（樓板）的設備的尺寸參數，可以確定要開的孔洞的具體尺寸參數，則可以根據此參數來進行生成；若在設計時，無法確切得知設備具體參數，則可以設置孔洞邊界參數來定義需要生成的三維參數化實體孔洞。智能開孔是在讀取穿過墻體（樓板）的設備的位置后，根據參數組定義的參數自動在當前設備的位置處，自動生成三維參數化實體孔洞，而手動開孔則是手動在墻體（樓板）上選擇需要開孔的位置，再根據參數組定義的參數來進行開孔，生成三維參數化實體孔洞。而且由于智能開孔是自動讀取位置來進行開孔，因此還具備批量開孔的功能，用戶可以選中批量的墻體（樓板）和設備進行開孔。

管理實體孔洞模塊包含孔洞尺寸修改、合并孔洞、更新孔洞、重復孔檢查和孔洞統計五個功能。在實際應用過程中，會經常遇到修改三維參數化實體孔洞尺寸的需求，孔洞尺寸修改功能，即可以讀出已生成的三維參數化實體孔洞的尺寸參數，顯示在對話框中，并可以進行修改，修改完畢后，可實時反映在三維參數化實體孔洞上。用戶在批量開孔后，通常情況下還會對具體的孔洞進行修改和確認，若同一類型的孔洞對象之間的間距小于工程定義的臨界值，則需要將多個孔洞對象合并為一個大的孔洞對象，此時就可以使用合并孔洞功能進行操作。隨著設計過程的推進，墻體（樓板）以及穿過其中的設備的位置都有可能發生變化，更新孔洞功能則可以實現批量更新孔洞對象所在位置的目的。重復孔檢查功能用來掃描當前圖紙中的所有三維參數化實體孔洞，檢查是否有對一個設備重復開孔的現象，如果有，則彈出重復孔列表。由于生成的三維參數化實體孔洞都具有工程屬性信息，孔洞統計功能可以根據實際需要，統計孔洞信息，并生成孔洞統計表。

二、工程應用

隨著智能開孔技術的研究以及開孔系列工具的開發完成，開孔系列工具逐步應用到實際工廠三維協同設計項目當中，并具有很好的發展前景。

三、結束語

在建筑行業三維設計中，建筑、結構中的開孔設計是專業間配合的重要內容之一，通過對智能開孔技術的研究，在Bentley MiCroStation V8i二級平臺Archi-tecture上，為建筑企業布置專門定制開發的智能開孔系列工具，可以實現對實體化孔洞對象的智能生成，并且生成的孔洞對象具有工程屬性，還具有對孔洞對象進行參數化尺寸修改、更新、合并、重復性檢查和統計等功能，極大地提高了開孔設計的設計效率。