黄杰锋
身份证号码45250219***2159417 广西壮族自治区河池市546300
摘要：随着计算机行业的发展，土木工程领域带来了新的机遇和挑战，建筑结构的信息化管理和应用成为一个重要的研究课题。根据建筑周期中的结构设计阶段，采用基于B I M技术的I F C数据格式和设计计算文本格式，提取建筑结构设计过程中的关键参数信息，建立专业、系统、可搜索的结构设计知识库。在此基础上，将数据库中历史项目的设计数据与算法相结合，为类似的新项目提供参考设计方案，解决当前建筑结构设计阶段类似结构的重复设计问题，探索结构设计的智能化方法。
关键词:建筑结构设计；知识管理：智能化方法
前言
结构设计是建筑生命周期中的重要阶段，是建筑的骨架，是建筑生命周期中安全的保证。但是，目前结构设计阶段的信息管理仍然基于传统的二维图纸信息管理，基于BIM的信息管理应用与建筑施工、成本等其他阶段相比相对落后。因此，对结构设计阶段知识提取的研究有助于结构设计的项目管理。
1建筑结构设计特点
与低层和多层建筑的设计相比，高层建筑的结构设计更为重要。不同结构体系的选择将直接影响建筑的布局、层数、各种管线的布置、施工的技术要求和投资金额。
2建筑结构体系的选择
2.1高层结构
根据材料的不同，高层建筑的结构体系可分为三种类型:钢结构、混凝土与钢的组合结构和钢筋混凝土结构。目前，我国大多数高层建筑采用钢筋混凝土结构。按结构体系可分为以下几类:框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框筒结构、简筒结构、束筒结构、巨型结构、伸臂结构、悬挂结构。
2.2各体系的特点和适用范围
框架结构体系由楼板、梁、柱和基础组成，是高层建筑中常用的结构形式之一。该结构体系布局灵活、空间大、重量轻、成本低、计算理论成熟。不足之处在于其抗侧力和抗震性能较差。鉴于上述特点，框架结构适用于6至15层的高度，广泛应用于办公室、住宅、医院、商场、学校和工业厂房。
剪力墙结构提高了建筑的抗剪强度、刚度和抗震性能。该结构具有刚度高、抗震性能好、空间整体性强、刚度小的优点。剪力墙结构墙体较多，不适合会议室、餐厅、礼堂等大型公共场所。我们可以通过取消部分底层或部分楼层，用框架代替剪力墙，形成框架支撑剪力墙结构，减少墙体数量。
框架剪力墙结构通过在框架结构中设置一定数量的剪力墙而形成，不仅具有框架结构布局灵活、空间大、结构自重轻的优点，还具有剪力墙结构刚度高、抗震性能好的优点。这种结构广泛应用于高层写字楼和商场。剪力墙薄壁筒布置在框架-筒体结构的中心，承担大部分水平力，而周边柱距大的普通框架承担大部分水平力。这种结构的特殊受力点类似于框架-剪力墙结构。筒中筒结构由薄壁剪力墙组成的内筒和密柱组成的外管(正常柱间距不大于3m)组成。与普通平面框架相比，筒中筒结构具有更好的空气空间整体作用、抗风和抗震性能。梁简化的结构公式是指由剪力墙的薄壁组成的几个简化体在一个平面内的排列。
由于每个圆柱体相对较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑。在巨型结构中，由若干巨型柱、梁组成的一级巨型框架承担主要的水平力和竖向荷载，其余楼层梁、柱形成二级结构，用于将楼层荷载传递给一级框架结构。这种结构的二级结构的梁柱截面较小，使得建筑的布局更加灵活，平面空间更大。
2.3系统选择原则
在优化高层建筑结构体系的过程中，需要根据建筑功能的要求、建筑高度的差异、施工场地的地理环境、投资额等因素，按照经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择最合适的体系。此外，整个结构应具有良好的抗震性能、足够的承载力和刚度。
3.设计知识提取管理系统的建立
结构设计的关键信息分为两类，一类是设计参数信息，包括工程名称、工程位置、荷载、地震参数等设计指标；另一种是几何信息，包括构件类型、截面特征、构件长度等。因此，需要建立结构设计数据库，建立数据库知识目录，并根据知识目录提取项目信息。对于设计信息，将从设计计算中提取语义信息，对于几何信息，将使用IFC来完成信息提取。
3.1 设计计算书的信息提取
对于设计参数、建筑用途等IFC中难以提取的 非几何信息，将通过设计计算书提取参数信息。
4结构设计的智能方法
4.1结构智能设计技术路线
根据传统结构设计流程，提取传统结构设计中的关键参数，建立结构设计领域数据库。基于数据库在结构设计领域的内容，可以对结构设计领域进行数据挖掘和分析，并利用数据挖掘算法对数据库中的历史设计案例进行分析和计算，取代手工项目经验积累的过程，为设计人员提供设计参考。结构智能设计的技术路线包括数据库、算法推理、BIM技术和结构计算四个模块。
具体实施过程:一是在结构设计之前，已经明确要求项目名称、地点、年份、用途等项目信息。因此，根据项目需求，可以在BIM模型中进行项目的初步规划设计，初步设计模型可以生成IFC数据格式；二是利用IFC提取项目信息，基于项目信任数据库，筛选出与新项目用途相似、地质条件相似的历史设计方案；再次，根据历史项目的设计结果，利用选取的历史项目数据，推导出待设计新项目的部分内容；第四，根据推导结果完成BIM模型中的详细补充设计，并结合结构计算软件完成结构正向设计；第五，根据上述方法完成的新项目信息，对新完成的设计成果进行分类，并录入数据库。
4.2结构设计参数的选择
结构设计需要根据建筑用途和建筑位置等实际要求确定设计参数。我国对结构设计的计算参数有严格的规定。根据《建筑工程抗震设计分类标准》、《建筑抗震设计规范》、《建筑结构荷载规范》等设计规范，将确定的建筑位置、结构类型、建筑用途、场地条件等参数与荷载、抗震等级等待定参数关联，查询待确定的参数值。参数关联关系如图3所示。根据输出结果，完成BIM结构模型缺失信息值的计算
4.3结构设计算法推理
在设计知识库的基础上，利用确定的设计参数筛选出与数据库中新项目一致的历史设计项目，并按照传统的设计步骤对未知的设计参数进行逐一推理，推理出的参数作为筛选下一个待确定参数数据的条件。参数的推理算法主要分为文本数据的推导和数字参数的推导。对于结构形式、材料类型、建筑材料强度等设计参数等文本数据的推导，通过概率统计，选择知识库中历史项目匹配的统计概率最高的参数。对于数据推理，将使用基于最小二乘法的聚类方法，即随机选择A:点作为聚类中心，根据欧氏距离变量将所有实例分配到它们最近的聚类中心，并计算实例所在的每个聚类的质心，这将成为每个聚类的新中心值[14_ 15]。最后，用新的聚类中心重复整个过程，直到迭代中心固定。因此，可以根据从结构设计数据库中提取的特征值对设计案例进行分类，得到每类相似案例设计参数的平均统计结果，从而为新设计提供多种参考方案。
4.4设计规则的检查
仅基于数据库的数值推导结果不足以满足我国设计规范的要求。有必要根据设计规范验证推导结果的符合性，并根据设计规则修改推导结果。
结束语
当今，随着世界各地高层建筑的快速发展，结构设计问题日益突出。分析了高层建筑设计中的特殊设计要点、结构体系选择、抗震设计等问题，给出了建筑的设计方法，为建筑设计提供参考。随着经济的发展、人口的快速增长和城市用地的日益紧张，建筑已经成为城市发展的趋势。然而，我国建筑的发展与时俱进。比如对各种应用软件的力学模型、基本假设、实用范围的理解和掌握不够；在设计过程中，我们只注重追赶时尚潮流，而忽略了建筑本身的质量。这些问题都是常见的，需要我们的设计师积累经验，利用准确的概念进行设计。
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