[建议]：建筑工程中计算机软件最优化设计的初步构想

hngf

建筑工程中计算机软件最优化设计的初步构想
建筑工程中计算机辅助设计(CAD)软件结合最优化设计的初步构想
（一）计算机辅助设计(CAD)软件的发展
近几年来，随着计算机技术的不断进步，计算机、特别是微型计算机在我国取得了突飞猛进地发展。软件开发技术人员学习国外先进技术，开发了具有图形前后处理功能的结构设计程序，一方面提高了工作效率，也为计算机知识不足的专业人员上机创造了条件。软件人员对计算机图形技术的摸索与实践蕴育了计算机辅助设计(CAD)软件的产生，首先取得成功的是结构CAD软件，其后是建筑及设备专业的CAD软件。
  （二）最优化设计的观念与必要性
建筑业的发展也促进了建筑业各分工的融合。在实际中建筑业大致可分为以下的几个方面：建筑设计，结构设计，设备，施工技术与施工组织，造价，房地产等。简而言之，建筑、结构、施工、预算各部分是密切相关的，一栋优秀的建筑必须是以上几个因素的最佳结合。但现实情况是各部分相对隔离，各部分不能进行很好的沟通，能进行多方案比较分析的设计少之又少。
传统的设计方式有如下弱点：
1.建筑、结构、预算、施工等各部分都有相应的专业人士负责，但他们之间的协调程度，完美结合的程度，很大程度依赖于他们对其他专业的了解程度，他们判断自己范围内的设计对其他方面的影响，缺乏足够的数据依据。
2.由于建筑、结构、预算、施工等各部分的相对独立的设计，因为协调不足而出现潜在的危险，往往在施工过程中才发现。
3.先是建筑设计，然后结构设计，接着是预算，最后是施工设计。这个设计过程如果中间出了问题，如果从最优化设计的角度考虑，应该进行从头的调整，但因为工作量的原因，只进行局部的调整，导致不惜改变原来的设计标准。
4.由于缺乏协调和没有进行优化设计，建设成本会一涨再涨，而用户得到的并不是性价比最好的设计作品。
这是由传统设计方式的两大特点决定：
1.建筑设计，结构设计，预算，施工各部分相对独立，难以协调；
2.整个过程一般是按建筑设计、结构设计、预算、施工的顺序进行，过程僵化，发现问题时难以从根本上去解决。
因此理想的设计方式应能实现建筑设计、结构设计、预算、施工等各方面的完美结合，这里暂且称这种设计方式为最优化设计。目前建筑业界最优化设计具备的条件已经成熟：
1.建筑、结构、施工、造价等各方面的设计理论的充分发展，是实现最优化设计的基础。
2.设计综合评价 “适用、安全、经济、美观、便于施工”，是我们设计的标准，为掌握这一目标，我们需要这方面的定量分析。
3.计算机计算能力的提高，CAD软件水平的提高，为实现大量计算和数值分析的提供了可能。
这里对最优化设计下一个严格定义：根据综合评价的理论，对满足基本设计要求的设计方案进行分析，得出最符合综合评价标准的设计方案和设计。
最优化设计是以后设计发展的方向，结合软件运用协调合理，可以辅助设计人员在短时间内设计出各种方案，计算出各方案的建筑、结构、施工、造价等方面的技术数据，并可以对这些数据进行分析和统计，从而为找出最优化方案提供了大量的实在的数据。所以,实现软件运用的协调合理很有必要的，它是实现最优化设计的强力支持。
最优化设计结合CAD软件设计的工作的过程与步骤
    首先由建筑师进行建筑设计，他们考虑的重点是满足使用要求、经济效益和社会效益的要求。建筑软件在建筑师的操作下建立了一个模型，软件给出建筑面积、使用面积、各功能区的面积和比例等参数，建筑师根据参数随时调整设计。计算出各功能区的使用率，统计出人们的活动路线等等，让建筑师参考这些统计参数考虑设计是否合理，是否有更好的设计。经过数次的调整，终于基本确定了一批预选的建筑方案。
在上述过程进行的时候，结构师已经使用结构软件输入了地下的岩土数据。当建筑预选方案没形成之前，他们已经向进行建筑专家提出了结构上的意见，以保证建筑预选方案不会出现结构上的大偏差。现在已经有一批预选的建筑方案了，接着就是进行详细的结构设计。软件根据前面已经设计好的建筑方案，在结构师的控制下自动生成结构方案(梁、柱、板、墙等构件的尺寸和配筋都自动生成),并且软件给出受力图，还可以进行抗震的时程分析。结构师由软件提供的数据知道哪部分的受力比较大，哪部分是结构的薄弱点，并且知道产生不合理部分的原因，于是对软件自动生成的结构方案进行调整。如此反复数次，发现预选的建筑方案中有一部分是无法满足结构的要求的，于是他们提出了修改的意见，建筑师修改改了原来的设计再交给结构师进行结构设计。如此反复，终于基本确定了预选建筑方案对应的结构方案。
造价工程师将进行造价评估。 每一个建筑方案和结构方案的形成都离不开他们。他们要严格控制造价，不允许建筑师和结构师“铺张浪费”(建筑师经常为追求个人风格而忽略造价，而结构师经常为了安全也因为懒于精确计算而采用肥梁胖柱粗钢筋)。每一个方案的草稿都要交给他们，他们用造价软件计算出每个方案草稿的造价，软件可以给出各部分的造价，造价工程师们可以利用软件知道资金都花在了什么地方，知道哪部分比较“贵”。于是他们向建筑专家和结构专家提出他们的意见，建筑师和结构师在不影响建筑要求和结构要求的前提下进一步优化设计，使设计更加经济。经过以上的几个过程，已经定出了一批预选的建筑方案，而每个建筑方案有几个结构方案，而每个方案都有它的造价分析。
但设计还没完成，还要进行施工组织设计，施工过程的模拟，施工的成本控制。施工人员根据前阶段的设计方案，利用软件进行施工设计。而造价工程师利用软件进行施工成本分析。于是发现一些建筑方案和结构方案无法施工，一些虽然可以施工但会影响广场及其附近的建筑，还有一些结构方案不能满足施工荷载的要求。建筑师和结构师再对设计进行修改。
  方案呈树型结构，每个建筑方案有几个结构方案，每个结构方案有数个施工方案。而每个方案都有造价分析。不仅能让工程师进行建筑、结构、施工组织设计和造价分析，而且工程师能在建筑、结构、施工和造价方面进行全面的把握，可以生成各方面的数据并进行统计分析，有利于让工程师找出各方面的最佳结合点。
  目前我室在少数项目上开展了实验，如2000年完成的塔河油田消防站工程，从方案到施工图存档只用了9天时间，除去施工设计未做外，基本遵循上述步骤，较传统设计大大缩短了设计周期，参加的人员并未增加，显现了巨大的潜力。
  设计师可以在短时间内设计出许多方案，而每个方案都有建筑、结构、施工和造价方面的详细数据。“适用、安全、经济、美观、便于施工”不再是一个笼统的设计标准，因为如何适用、如何安全、如何经济、如何美观、如何便于施工都有大量的实在的数据可供参考。
      （三）最优化设计在CAD中的工作重点与难点
建筑设计、结构设计、造价计算和施工设计软件各自针对的对象不同，数据结构也有很大的差异，而算法都是基于各自的数据结构的。因此工作的重点应注意：
1． 在购买软件时就要有明确的设计优化概念，尽量引进同一系列的，具有多种功能的软件，以便实行数据共享和交换。
2． 对于数据结构不同的软件，应本着：“引进购买为主，开发改进为辅”的原则，在已经有的软件平台上改进程序，减少数据交换次数，增加共享数据，提高设计效率。
  由于工作的模糊性和不确定性，实现一些共享数据中间转化，工作量也是很大的，目前的难点在于：
1.现有的建筑、结构、施工与造价软件的数据模型或数据接口较复杂；
2.以中间模型作为中介的数据转换策略在其它领域有应用（如航空，自动化仪表，惯性制导等），参考其他领域的成果，可以编制土木结构数据转换方案。
  3 大型土木工程数据库系统的建立与完善　
　　建立与完善大型土木工程数据库、图形库系统，与网络技术结合，可以让土木工程工作者可以共享数据，避免重复输入带来的浪费和错误。统一化标准化是保证设计质量的重要手段，这是一个量大面广的基础工作。
（四）建筑工程最优化设计的未来
目前CAD技术随着计算机硬件和软件的飞速发展。CAD的应用水平已成为衡量一个设计单位或工程施工单位技术水平的重要标志及对外竞争投标的强有力的手段。建筑工程CAD可以从建筑设计方案、结构布置和分析、施工图到预算等全部由计算机完成。CAD技术只能在创新中求发展，创新一方面必须跟踪国际计算机技术发展的先进水平，另一方面需适应国内工程的需求。所以最优化设计和CAD结合将发挥越来越大的作用，对增加结构实用性，降低造价，节约国家投资意义重大。因此可以预见，建筑结构设计会发生一次革命性的变化。

李大建

说的很有道理!值的研究!

becoo

听说现在PKPM软件已经开始从设计到施工一条龙，每个环节都可以衔接。