建筑模型论文范文精选

提要

本文介绍一种状态空间建筑热模型降维方法，并用BTP程序模拟建筑热过程。最后，文中给出实际气候条件下建筑物内逐时温度，以验证模拟结果。

关键词：计算机程序建筑热过程状态空间模拟数学模型

Abstract

AmethodforreducingdimensionsofstatespacebuildingmodelispresentedinthispaperandthereducedbuildingmodelisusedinacomputerprogramBTPtosimulatethethermalbehaviourofbuildings.Finally,thehourlyindoorairtemperatureofaresidentialroomunderactualweatherconditionsisprovidedinordertoevaluatethemethod.

Keywords：computerprogramindoorairtemperaturemathematicalmodelstatespacesimulationthermalbehaviourofbuildings

1引言

状态空间建筑建筑热模型[1]采有现代控制论中"状态空间"的概念，对多个房间的建筑物的热过程列写动态平衡方程，其中包括各围护结构内部的导热，各表面与空气之间的对流换热，各表面之间的长波辐射，各房间之间的空气流动以及室内外遮阳等过程的细致描述。对于一个建筑物的动态热过程，此模型表达为

摘要：首先分辨了进步与进化的概念，指出进化并不天然地等于进步观念，借此对建筑学引入进化概念的困难作了解释。同时还引入广义进化的有关观点，对建筑学中的思维认知问题，特别是建筑创作思维问题作了初步探讨，对有关建筑现象作了分析。

自达尔文进化论产生之后，大量相关的边缘学科应运而生，如：进化认识论、社会生物主义思想、进化论生态学等等。这些广义进化的思想在生物和社会两个层面上对人类知识的许多疑问作了探索性的研究，对人类文化各方面造成了广泛而深远的影响。但总的说来，进化论在建筑学领域还鲜有作为，这一方面可以归咎于建筑学的学科特殊性，另一方面也反映了人们对它的忽视。关于广义进化论，一个相对科学的定义是：“在达尔文进化论基础上强化了评价系统的认识论。”达尔文进化论的理论核心是“变异”、“选择”。相对来说，生物性选择的过程涉及到的评价机制比较简单，但广义进化的评价判断系统则复杂得多。也正因为如此，它可以在更广的范围用来分析社会进化、文化进化等，也可以在更微观的范围内研究认知思维的机制。有了这样的基本认识，通过分析建筑学的广义进化特征将有助于我们建立正确的工程认识观。

一建筑学的“非”进化性脱胎于自然科学的进化论从它拓宽疆土的一开始就受到顽强“狙击”，在艺术和宗教领域更是如此。的确，宗教排斥变异，艺术以变异求存，艺术领域不存在稳定的、明确的价值观，在不同的艺术形式和艺术风格之间我们通常难断优劣。艺术和宗教都显现出某种“非”进化性，这是进化论介入建筑学的一个难点。然而，这其中又有所区别。宗教在它的体系成熟之后就保持着超常的恒定，而艺术在创新过程中不断建构着自己的系统。因此，如果说宗教不具有进化性的话，对艺术我们就不应妄言了。更何况，建筑学兼备科学与艺术两类学科的特点。“建筑学非进化性”还来源于“进化”与“进步”这两种概念的混淆。“进步”概念源于亚里士多德，它断言万事万物向着自我完美的或是由低级向高级的方向发展，这是一种典型的“目的论”。由于它不能解释创造力的来源，现代科学已抛弃了目的论。严谨的生物学者十分注意区分“进化”与“进步”概念的不同含义。这启示我们，建筑上的每一次“变化”都昭示着新事物的出现，但这并不意味它更高级。比如说，我们很难说现代主义建筑就比古典主义建筑高级，只能说它在某些功能方面更加适合于现代生活方式的要求。我们也很难说解构主义建筑思想比现代派建筑思想更加高级，也只能说他更加适合于当代大众心理的需求。因此，如果说在生物学上“进化”与“进步”的概念可能重叠的话，在建筑学上的进化概念就不一定具有进步的含义了。

二软、硬结构模型对设计思维的启示!模型的思想广义进化倚重的模型策略针对的是机器工作的创造性问题，它使用了一些“地形图模型”、“软、硬结构模型”等理论模型的方法对许多自然或文化现象作出了有益的探讨。它希望这些以进化论为基础的模型能代替以“符号主义”和“连接主义”为基础的机器模型，从而创造人工智能，实现人机对话。这种研究方法值得我们借鉴。树立模型分析的方法对于建筑学这种带有模糊判断性质的学科来说，不失为一种良好的分析方法。它不仅使我们的分析过程更加直观，还可以通过定量的数据得出更加明确的结论，并用以指导创造性的设计实践工作。"软、硬结构模型赵南元先生在《认知科学与广义进化论》中提出的软、硬结构理论的基本思路是：在人的认知过程和社会科学中存在着“自举”现象，即前一级的成果对后一级的成果有制约作用，它们是“自我表述系统”（图!）。自我表述系统必须包括相互作用的软、硬两部分结构，其中，硬结构保证系统的存在，软结构在硬结构支持下对硬结构进行建构，完成系统的自举。使用这个概念可以对建筑设计思维过程作出理性的分析#!$。建筑师思维中存在着软、硬结构。建筑师头脑中的知识体系是硬结构，建筑师在学习或与外界时接触得到的新思维可以视作软结构。软结构不断产生新的设计思想，进而优化其知识结构。而硬结构在领会和捕捉新思想上至关重要。建筑师的成功与否视乎软硬结构关系的均衡性。在建筑创作过程中，建筑师通过草图表达思索的轨迹，当其从纷乱的线条中选择出合适的线条时，就完成了一次创造过程。

其后，经历过多次类似的过程，在建筑师的笔下产生出数种甚至许许多多种解决问题的方式和建筑形象。之后，经过一次又一次的选择，选择范围大大缩小，直至最后确定针对特定过程给出的答案。建筑师在设计作品时，常常出于建筑师的职业心，反复勾画，也就是为了给自己多几种选择，以便优化设计方案（图"）。我们在进行项目操作时使用的也是软、硬作用机制。方案招投标或方案咨询阶段是项目操作的软结构阶段，经过评标，根据专家或业主综合的价值判断，决定某个方案或结合某几个方案的过程就是项目设计的硬化过程。软结构阶段的思维活动带有相当程度的发散性，在这个阶段非理性的思维模式占主导地位，而后期的判断决定过程则是理性思维的结果。因此，可以认为一个设计的好坏是由理性与非理性思维协同作用的结果（图）。关于评价评价即价值评判。《辞海》对评价的解释为：“泛指衡量任务或事物的价值。”评价包括评价主体和评价客体两个方面。在建筑设计中，主体指的是设计师、业主、城市管理部门等对设计有需要的人，而客体则指设计目标、策略和图形成果等。设计过程本质上就是不断进行评价的过程。评价在软、硬结构模型中起到的是中介作用。在以“求异”为任务的创造性活动中，正确完善的评价活动是“硬化”过程的推动力。因此，广义进化理论的核心是其价值理论体系。

“进化离不开变异与选择，而选择离不开评价，如果没有一个具有客观性的价值理论体系，进化论向生物学领域以外进行推广是缺乏理论基础的。”广义进化关于“负价值”的理论对我们的认知思维带有宏观的指导意义。在这里涉及到“复合地形图模型”的概念。“地形图”是生物与社会进化现象的一种形象化模型，它是由空间和时间要素构成的四维体系。而“复合地形图模型”则是大小两个系统的地形图的叠加。由于价值观是向量而地形图却是非线性的超曲面，与地形图下降梯度一致的价值观，在超过临界点之后必定成为“负价值”。而且，负价值的自我保持性越强，系统越有“逃离”的危险，从而使系统崩溃。例如，从生存竞争的角度出发的价值观是“生育人口”，但是超过一定数量，也会造成人类的生存危机。因此这时“生育人口”就成了“负价值”。在建筑上，思维评价中的负价值主要是由评价主体之间的不均衡性造成的。在设计师、业主或其他相关人员之间存在着明显的制约性，它们有各自不同的价值观，一个好的价值取向也只是在各方价值保持平衡下才有意义，任何一方的独断专行都会导致设计的失败。因此，设计师作为协调性的评判主体应发挥主动性。

三建筑现象的广义进化思考典型江南水道空间的模式由以下因素构成：桥、水道、建筑界面、人的活动方式、尺度。现代生活方式使“建筑界面”、“人的活动方式”和“尺度”这三种因素已发生了变化，因此现在我们不可能再期望简单地通过开河和架桥来获得什么“水乡风情”。同样的情形体现在“岭南骑楼街”模式的演变中。人的活动和合适的尺度感是近代骑楼街空间形态的模式语言。在当代城市中心区的改造建设中，我们采取的常常是一种错误的策略：拆除古建筑、拓宽道路、建沿街高层建筑。为了给大拆大建、破坏文脉寻找出路，骑楼文化被表达为沿街底层（或二层）架空的非连续走廊。事实上，我们很难在失去尺度的骑楼和高耸入云的摩天大厦前找到城市的历史印象。以上例子表明，传统的审美律在很多情况下已不再适用了，社会生活环境赋予了建筑文化新的选择压力。

正如德国建筑评论家威廉•克劳泽尔在论述建筑与环境的关联时给我们的忠告：“建筑师倾向于根据视觉规则理论来组织环境……由于它赖以存在的假设条件已经改变，传统的视觉规则理论已不再真实可靠，曾经在建筑形体中建立起来的视觉和谐模式将不再重现。”在新的社会环境要求下，“涉及不同环境层面的综合体系”的新理论走进了我们的视野。在这里，笔者是从建筑与环境的关系方面阐明建筑文化观念的演进机制的。建筑学的发展轨迹是非线性的。用完形心理学对建风格的研究强烈地表明了这一点。古典建筑以构件精细取胜，忽略虚实、阴影等完形因素；现代建筑则从整体完形出发，忽略门、窗、柱等细部的表现。当代的解构建筑学说则将整体完形打散，后现代建筑则将细部装饰重新拾起，甚至加以分解突出表现。从“古典建筑”到“现代建筑”再到“后现代建筑”，建筑文化呈现出跳跃发展的趋势，而且带有明显的“返祖”现象，这是建筑文化的广义进化特性。四建筑学引入广义进化思想的意义广义进化主要的目标是“研究人脑的认识与思维过程，对于认知过程给出机械论的解释，也就是研究认知和思维的机制，使其有可能在机器上实现”。达尔文进化论揭示出自然进化过程的创造性。超级秘书网

1模型自动转化

为解决模型的问题，构建统一的工程信息模型是一个有效的方法，建筑结构设计的信息包含了工程的物理模型、模型的边界的条件、模型管理等很多方面的信息，物理模型包括了构件信息、截面信息、节点情况以及很多截面信息等，管理信息主要有不同构件的的关系以及模型与模型之间的关系等。建筑工程信息的管理性和一致性都比较好，相对而言可以更好的建立工程数据源，实现不同构件之间信息的共享，实现模型的全局共享，对建筑结构设计的模型自动转化的实现具有十分重要的意义。图1为建筑就该信息转化的基本流程，建筑结构设计包括结构设计以及施工图设计等，实现建筑结构模型的转化基本流程是：首先要提前结构设计信息，构件建筑结构设计的一些基本模型；然后对已经分析好的模型通过接口导出，对结构模型提取、分析、计算；接着将分析好模型通过接口导入结构设计构件模型，实现施工图设计；最后对设计好的结构模型进行工程量的计算，从经济学角度控制工程造价。通过件PKPM和CAD之间的转化解释模型转化的程序，当今结构设计中，软件PKPM应用较为广泛，其作为一个国产软件，相对国际上的软件易学而起比较好上手，但CAD和PKPM能够实现转换一直是工程师关系的问题，首先打开PKPM，选中AutoCAD平面图向建筑模型转化，导入的内容有轴网、梁、柱、剪力墙以及各种尺寸和标注，而要进行转化的则有梁、柱、剪力墙以及轴网，进入建筑模型与荷载输入，对各种模型进行修改。

2建筑设计模型转化为结构设计模型

在建筑工程中二维图形应用较多，设计人员主要进行结构图和施工图的设计，采用图元识别方法获取建筑轴网及定位墙、柱等，采用IFC文件导出，基于结构的设计模型和孔壁的实体的对结构墙体进行描述。材料相关和实体相关能够建造墙体定义的多材料模型，基于识别材料实体实现本构模型的建立，除了实体墙如此建立之外，结构也可以用这种方法定义。

3结构设计模型转化为结构分析模型

结构设计完成之后就要进行结构分析，国际上常用的结构析软件结构一般采用的都是公开数据的模型格式，这样方法将国产简化了很多，但这种转化的前提是基于不同分析软件之间，而不是实现设计模型到分析模型的转化。为此，需要遍历结构设计模型，利用软件导出结构构件信息写入模型文件；然后定义模型的约束条件以及荷载的情况；然后把设计结果导出到数据库；最后将构件配筋信息及其结构构件建立相对比较完整结构施工图的设计模型。

4建筑结构施工图的设计模型转化

为工程算量模型由施工图设计形成结构施工图设计模式，包括工程模型中的所有计算的信息量算工程量直接的数据源的模式，国内计数的当前应用的三维图形软件的数量尚未实现，现在的国际金融公司（IFC）等国际标准进行数据交换的支持，实现模型数据转换功能只能通过开发了一个专用接口。基于更广泛的取样的国内应用广联达钢筋软件，XML映射模型的结构模型的方式进入施工图设计的工程计算该模型的量来实现的。元语言定义了XML语言提供的XML模式的机制，可以通过文档类型定义有两种方法来定义和模型模板用于XML模式定义。可以以替代方式的文档类型定义文件的方式相比，由于元语言的具有XML文档法律的一致性、可扩展性、灵活的出来数据等优点，所以利用现替代文档类型方式定义XML文档类型的模型模板。

本文作者：王雪青、张克 单位：天津大学管理与经济学部

关于产业集聚的影响因素研究上，学者们对工业、石油和天然气、制造业、高新技术等产业进行研究，发现产业集聚动力及评价指标主要可以分为自然及资源因素［8］，人力资源［9，10］、外部性［11］、空间成本［12］、规模经济［11－13］、市场因素［10］、政府政策［14，15］和其他经济因素［16，17］。在采用区位熵对我国建筑产业集聚程度进行定量测定的基础上，本文以2005～2009年为观测期，选取区位因素、经济基础、人力资本、运输成本、建筑业发展潜力、产业外部性和本地市场效应七个因素，建立建筑产业集聚影响因素分析框架，进而建立建筑产业集聚计量模型，并进行假设检验，以期发现我国建筑产业集聚现象的特点及内在演化机制，为建筑产业的科学布局及协同发展提供理论支持。

建筑产业空间集聚模型建立

尽管内生力量是导致产业集聚的重要原因，但是资源和自然条件在地理分布上的不均等一直存在。因此，区位是影响建筑产业集聚的重要因素。此外，新经济地理学认为一些产业的集聚不一定是有该地区要素禀赋和自然条件的优势所致，依据前文对其他产业集聚影响因素的总结，本文对建筑产业集聚从人力资本、市场效应、规模经济、外部性、空间成本等方面展开研究。具体如下:(1)人力资本水平越高，新进入企业就容易招聘到所需要的人才。同时，人员流动带动技术外溢，促进技术进步，降低创新成本，这意味着企业容易获得更多收益。(2)市场效应是产业集聚演进中向心力的重要来源，建筑产业的集聚相当程度上会依赖其产品的需求，而这种需求又依赖于消费者的购买力。(3)产业集聚与规模经济程度成正比产业集聚的动力就是规模经济。本文用经济基础来表示外部规模经济的影响，用建筑产业发展水平来表示内部规模经济。(4)产业集聚的形成很大程度上得益于集聚所产生的外部性。一个地区企业的空间集聚是由节约购货和搜寻成本而产生的。同时，集聚后企业之间的前后联系程度增多，相互之间的知识和技术交流也会增多，创造更多收益，从而又使得集聚增强。(5)新经济地理学将交通费用视为影响集聚的重要因素。只要交通费用不至于高到成为地区间贸易的天然障碍，那么集聚就会产生，并在收益递增的作用下自我加强。综上所述，本文提出如下假设:假设1区位因素对建筑产业集聚的影响东中西部各有不同。本文设计东部虚拟变量X1和中部虚拟变量X2。X1东部省区的城市赋值为1，内地城市赋值为0;X2中部省区城市赋值为1，其他城市赋值为0。由此便可区分东中西部省域。假设2人力资本X3与建筑产业集聚有显著的正相关性。本文选用各省区建筑业职工人数来表示人力资本。假设3本地市场效应X4与建筑产业集聚有显著的正相关性。本文选用地区平均工资衡量购买力强弱。假设4经济基础X5与建筑产业集聚有显著的正相关性。本文选用国内地区生产总值来衡量。假设5产业发展水平X6与建筑产业集聚有显著的正相关性。本文选用建筑业增加值来衡量。假设6产业外部性X7与建筑产业集聚有显著的正相关性。本文选用企业数量反映产业的外部性，即建筑业企业单位数。假设7运输成本X8与建筑产业集聚有显著的正相关性。在中国没有关于行业运输成本的调查，度量行业层次的运输成本存在很多困难。在考虑建筑产业集聚时，由于建筑产品的固定性，产品的运输大多在省内，省域内交通运输条件对建筑产品的成本影响较大。本文选用各省平均每人公路里程来衡量其运输成本。

随着产业集聚理论的发展，产业集聚程度的测度方法也不断发展与完善。本文选择区位熵系数(LQ)测算我国建筑产业的区域集聚程度，是指一个特定区域中建筑产业占有份额与整个经济中该产业占有份额相比的值。鉴于建筑产业产品具有价值高、不可移动等特殊性，加上建筑产业人员流动较大，本文采用产值衡量。对本文研究的建筑产业集聚程度来说，Eij指省域i内建筑产业j的产值;Ei指省域i内所有行业生产总值;Ej指全国建筑产业j的总产值;E指国内生产总值。区位熵系数可以反映产业的空间集聚水平。区位熵系数越大，表明空间集聚水平越高。如果LQ＞1，则表明该地区建筑产业的集聚水平高于平均发展速度;如果LQ=1，表明两者相当;如果LQ＜1，表明该地区建筑产业的发展水平较低［18］。

本文所用样本包括中国31个省、自治区、直辖市，其中香港、澳门和台湾省除外。数据主要来源于中国统计年鉴。将LQ和影响因素标准化后得到初始数据值，便于之后的数据处理。

实证研究及结果讨论

计量回归分析。(1)多重共线性检验线性回归模型中的解释变量之间如果存在精确相关关系或高度相关关系将使模型估计失真或难以估计准确，因此，在回归之前先对各年数据做多重共线性检验。一般认为，如果最大的VIF值超过10，常常表示多重相关性将严重影响最小二乘的估计值，但该诊断方法也存在临界值不易确定的问题。我国建筑产业集聚影响因素中仅有变量X7在2009年的值为10．159，而其他年份中其VIF值小于10，因此我们仍然将其纳入回归方程。(2)回归结果分析为了探求2005～2009年建筑产业集聚影响因素，本文构建ols回归方程，对变化趋势及各年的影响因素做分析，各个影响因素的系数如表1所示。总体比较2005～2009年我国省域建筑产业集聚影响因素系数及其显著性，发现两个区位变量和本地市场效应、经济基础、产业发展水平对建筑产业集聚程度的影响较为显著。比较各影响因素的系数，发现东部区位优势开始呈现;中部区位因素和人力资本影响对建筑产业集聚发挥着持续且较为稳定的作用;本地市场效应对于建筑产业集聚的影响在逐步增加，且系数较大，说明消费者对于建筑产品的需求及其购买能力是促使建筑产业集聚的主要影响因素之一;经济基础的系数为负，说明当地经济水平的发展不能促进建筑集聚的发展;产业发展水平的促进作用较为明显，产业外部性对促进建筑产业集聚作用不稳定，而运输成本作用最小。

1托换结构有限元模型实际

工程托换结构中，预应力托换梁采用C40混凝土，抗压强度为26.8MPa，弹性模量为3.25GPa。非预应力托换梁采用C30混凝土，抗压强度采用20.1MPa，弹性模量3GPa。钢筋采用HRB400钢筋，屈服强度实测值为465MPa。混凝土本构关系采用《混凝土结构设计规范》附录C建议的本构关系，钢筋采用双折线本构关系。预应力钢绞线张拉控制应力为1395MPa，考虑预应力的摩擦损失σl2、钢筋松弛损失σl4和混凝土的收缩徐变损失σl5，最终预应力筋的实际预应力为843MPa。采用ANSYS软件建立托换结构的实体模型，建模选用单元类型为solid65单元、link8单元和solid45单元。主要研究对象为下部托换结构，只建立托换结构的实体有限元模型，上部塔体简化为均布荷载施加在托换结构上。有限元模型中预应力梁、非预应力梁和托换底座筏板混凝土均采用solid65单元用来模拟，钢筋混凝土采用整体式模型，非预应力钢筋弥散在混凝土单元中。预应力钢绞线采用link8单元模拟，预应力通过降温法施加。在边托梁下设置钢滚轴，作为托换结构的支座。边托梁下部钢滚轴采用solid45单元模拟，钢滚轴与托换边梁之间的连接方式采用刚性连接，模型采用自由网格划分，网格划分后有限元模型。施加在托换结构上的荷载主要是上部的塔体自重、混凝土护筒自重和托换结构自重。其中上部结构自重按照均布荷载施加在托换结构筏板顶面，三阶混凝土护筒下的等效均布荷载分别为:第一阶护筒下荷载73.5×10－3MPa，第二阶护筒下荷载49×10－3MPa，第三阶护筒下荷载为26.95×10－3MPa。托换结构自重荷载通过施加重力加速度得到，托换结构总重量为2.42×105kg，重力加速度取为9.8N/kg。托换结构边托梁下部以200mm等间距布置直径为100mm的钢滚轴，有限元计算时将边托梁下部的钢滚轴作为托换结构的竖向支座，为托换结构提供竖向约束。为确保上部结构的安全，使平移工程中托换结构具有足够的安全储备。文中以托换结构混凝土开裂作为极限状态，对托换结构的混凝土开裂前安全储备进行了分析。在分析中，由于预应力托换梁承受大部分的上部荷载，预应力托换梁会比非预应力托换梁开裂早。分析中将预应力托换梁的开裂荷载作为托换结构的承载力极限荷载。分析中采用的方法是通过在有限元模型加载面上逐级增加荷载，直到托换结构预应力托换梁开裂。

2计算结果和分析

在计算过程中当荷载施加到475.01×10－3MPa时，预应力托换梁跨中最大拉应力达到混凝土抗拉强度2.39MPa，当再施加下一荷载子步时，托换结构预应力托换梁混凝土开裂，出现了拉应力释放现象。这说明托换结构的开裂荷载为475.01×10－3MPa，此开裂荷载即为托换结构的承载力极限荷载，极限荷载对应的上部结构自重为490t。文中研究的古塔平移工程中设计的托换结构承载能力安全储备系数为1.58。托换结构的承载力安全储备系数的评判标准现今还没有一个明确的标准，文中参考规范中采用的单一安全系数法和《预应力混凝土结构设计与施工》一书中预应力受弯构件的安全系数，考虑托换结构是临时结构只在平移施工过程中起作用。文中分析过程中，将托换结构的承载力安全储备系数安全值定义为1.5。托换结构的承载力安全储备系数为1.58，大于定义的安全储备系数1.5。说明托换结构具有足够的承载力安全储备，能够抵抗平移施工过程中可能出现的超载或其他不利的状况，为古塔的平移施工提供一定的安全保证。

3结语

文中通过对某古塔平移工程中托换结构的承载力安全储备进行有限元分析，得出以下结论。托换结构的开裂前安全储备系数为1.58，大于按照单一安全系数法确定的预应力混凝土受弯构件的安全系数允许值1.5。设计的托换结构满足安全性要求，且具有足够的安全储备，当实际施工时出现超载时，不会对上部结构安全造成很大的影响。

作者：任文单位：天津大学建筑工程学院

1构建模型以及计算模型参数

建设设计参数可以使用模型进行分析，步骤如下：一是确定系统的分析模式，排列好系统中的所有元素，将系统中各个元素之间的区别与联系理顺；二是根据不同元素之间的关系，构建元素关系网，利用网络图表明确其内部之间的逻辑关系。要想将关系网内部元素的联系整理清楚，就必须对每个设计参数之间的联系进行细致的分析和研究，研究时可以根据建筑工程学、结构工程学以及其他建造工程学进行具体的分析，根据不同的理论依据，找出其内在的联系，进而进行整体的分析和研究；三是建立要素关系网，利用元素之间的联系和不同建立的网络图，分析和整理出系统内部之间各要素的邻接矩阵，为之后的计算奠定基础；四是相关数据按照要素的邻近矩阵进行计算；第五，可达矩阵具有鲜明的层次，层次的排列由元素的组合以及个数决定，含元素最多的排在整个可达矩阵的左边第一位，从左往右以此类推[3]；第六，由于元素之间存在着联系和差异，因此每个元素不仅具有层级关系，还相互之间互相影响和制约。如图1所示为各个元素之间的关系图。

2构建模型的分析与讨论

参数与参数之间的联系非常紧密，每个参数的设计和计算都需要严格的进行，如果其中的某个参数有所变化，那么其他的设计参数也会随之产生变化，从而对工程造价有所影响。例如在进行墙体设计时，虽然墙体的工程造价所占比重比其他工程造价所占比重高，但是也会受到其他参数的影响，如果在进行工程总造价的计算时单是将墙体的数据作为主要的造价因素进行考量显然是片面的、不合理的。因此根据对ISM模型进行分析发现，对造价影响越高的参数，往往都是最高层级的参数[4]。在整个工程项目的决策阶段，设计参数可以按照建设的施工规模利用分析模型进行预算，计算出设计方案后，得到结构形式、平面结构、建筑层数等方面的相关资料，这些资料可以帮助细化估算的内容，使其结果更为准确。

3对ISM的多元线性回归的分析以及计算

研究所使用的工程项目为十八个小高层住宅楼，其相关的价格信息都有具体的参考数值，住宅楼位于市区，楼层的结构多以钢筋混凝土剪力墙为主，楼层定为9到19层之间，因此可以选择2到18号住宅楼来进行研究分析，分析方式为多元线性回归分析，由该方法得多回归的方程式，然后利用1号住宅楼来进行方程式的检验。方程式中Y代表因变量，表示建筑安装单方造价，而X1到X6代表自变量，分别表示为X1：建筑规模，X2：建筑总高度，X3：建筑周长指标（平面形状），X4：楼层层数，X5：楼层层高，X6：户型；因此方式是可表示为：Y=b+b1X1+b2X2+b3X3+b4X4+b5X5+b6X6其中b为常量，b1、b2、b3、b4、b5、b6为系数。除此之外还需要用Excel表格对具体的数据进行详细的分析，如2到18号住宅楼的多元性回归分析，其中Y所代表的是工程单位面积造价，X所表示的是各类设计参数，如表1。由于F=9.59×10-8低于0.001，有比较明显的回归。经计算工程的估算造价为2173（元•m-2），实际造价为2221（元•m-2）。估算偏差为48元•m-2。由此可知，利用ISM和多元回归分析的措施建立估算模型非常容易，并且估算误差在5%以内。如果使用普通的方法造价误差只能控制在5%左右。因此，使用模型计算的到的造价估算偏差是合理的。除此之外，还需要注意的是对参数之间的客观分析。在进行多元回归模型的分析和研究时，可以将多一些的参数作为自变量进行参考，这种方法可以帮助工程进行详细的造价分析和研究，从而计算出更为准确的数值。应用回归分析方法的前提条件是保证每个自变量具有自己的独立性，但是在实际的工程施工过程中，各自变量之间是有联系的，不可能完全独立于其他自变量而存在，因此所要侧重的重点则改为对影响程度较大的自变量进行研究。在ISM模型的基础之上，研究、分析了影响工程造价的相关参数，这类参数的相互之间影响程度较小，不会产生严重的制约效果，因此在很大程度上保证了工程造价计算的精确性和稳定性，具有良好的估算效果，方便人们在工程前期使用。由于建筑各类设计参数之间的相互变化会影响到工程造价的结果，因此可以利用这一特点对参数进行系统化的分层，得出结论为处在越高层级的设计参数对工程造价的影响就会越高[5]。而经过实践证明，在整个住宅建筑施工中，包括建筑外观、建筑高度、建筑规模在内的很多参数都会对工程的施工成本造成较大的影响。结合解释结构模型与多元回归分析法进行参数的确定，通过实例证明，自变量的选择要想保证科学合理，就必须选择对工程造价影响大的参数，并且在估算模型上也要进行选择，这样做的目的是为了确保工程估价的精准度和效率。在进行参数确定时，需要对“解释结构模型+多元回归分析模型”中所有参数进行全面的分析、研究，明确参数之间的联系和不同，分清楚参数之间的先后关系和主次地位，整体设计原则也要符合客观实际。

4结论

综上所述，使用合理的计算方法和模型，通过客观方法可以准确的分析工程造价，降低工程的施工成本，避免资源的浪费。更加合理地进行工程结算预算，具有良好的现实意义和作用。在进行回归分析时，首先要保证各个便利的相互独立，在设计建筑参数时，ISM模型主要将影响工程较大的参数作为变量的，考虑到这些变量之间的联系不大，可以提升估算的准确率，取得良好的预测效果，由于建筑参数的变化对工程造价产生的影响是非常复杂的，使用解释性的模型分析和研究工程造价参数，可以通过改变建筑设计参数，来改变工程造价。因此，科学合理的设计建造分析模型，是未来行业发展的必然趋势。

一、如何通过模型让建筑学专业新生理解建筑设计

根据我们近几年的观察与调研，如今的建筑学专业新生有几个显著的特点。（1）90％以上的学生没有美术功底，这样他们对于图形的构成与立体空间变现能力要显得薄弱一些。（2）大部分的学生动手能力非常差，比如每一次的模型制作时都有同学不小心，比如把材料切歪或者切到手指。（3）相关知识欠缺，对于建筑的构成、建筑的结构材料方面的知识基本是空白。（4）缺乏创新性的思维，一直以来很多学生只是会单一的模仿，很少学生有独立思考问题的习惯与能力。针对这些环节，我们设置了四个新的课题，通过四个课题的训练使初入建筑专业的学生可以克服一些学习建筑学的困难，迅速提高自身的专业能力。下面我们逐个分析各个课题。课题一是“造型与主题模型”，本课题的任务就是让学生用热线切割机来切割泡沫乙烯材料，切割出方块、三角、圆等形状的成品。然后固定粘贴在A3大小的底板上，布置的方式由学生自行考虑决定，构成以美观悦目为原则。最后给自己的作品定义一个主题。本课题的目的就是：（1）使学生熟悉模型制作工具和机械的使用，特别是对热线切割器的使用。通过热线切割器对泡沫苯乙烯材料进行的切割练习，是针对今后的模型制作中方案阶段的研究模型以及主体建筑的周围模型制作的一项基本训练。（2）利用切割出的成品进行立体构成训练，引导学生掌握运用形态构成的一些基本方法，提高学生的构图与审美能力。课题二是“结构与受力模型”，本课题是第一个课题的延续，而采用的材料有所改变，要求学生了解各种材料的性能，同时了解第一个课题模型的结构与受力。第二个课题改变了模型制作材料，不再用泡沫乙烯材料了，同时要考虑构造物的支撑等机构问题，所以增加了制作难度。这个模型的制作使学生开始思考自己第一个模型的结构，开始研究材料与材料的连接和支撑等受力问题，同时也让他们去寻找更多的材料，了解这些材料的特性。第三个课题“肌理与色彩模型”，这也是第二个课题的延续。我们让学生专注于材质与色彩的研究，同时也让学生专注于空间的研究，因为这个课题更为具体，可能是一座小型建筑，可能是一个小空间的室内。这个模型是更为精细的模型制作阶段，课题的目的就是让学生发挥想象力，寻找更多的模型制作材料，研究材料的肌理与色彩。最后一个课题是我们一直沿用的“建筑成果模型制作”课题，该课题是以建筑大师的作品为题材，偏重于现代建筑，让学生做一个完整的成果展示模型，包括建筑所处的周边环境制作。该课题的特点是：我们尽量让学生选择规模不是很大的建筑，比如柯布西耶的“萨伏伊别墅”、赖特的“流水别墅”、密斯的“巴塞罗那世博会德国馆”等；并且我们安排学生分组完成最终成果模型，他们中有的同学可以查资料，有的同学可以准备材料，然后大家一起共同完成，在制作过程中他们体会了团体合作的工作方式，这对他们将来的设计竞赛和走向工作岗位都有很大的帮助。在一年级的第二学期，我们的建筑设计课程中有了较小的建筑设计环节，学生开始应用各种表现方法，而模型表现是使用最多的一种，因为它非常直观。这使学生从建筑的结构、材料、空间以及建构都有所了解，对建筑设计的理解也从模糊变得越来越清晰。我们的模型制作环节，的确让学生在最短的时间内掌握了建筑抽象思维的方法并且开始了建筑设计入门。

二、建筑模型教学改革的要点及教改成果

本次建筑模型改革的要点就是实现开创性的教学，我们并没有完全让学生去单纯模仿。改革主要是针对建筑学一年级新生的，我们调研了很多优秀院系建筑学专业的教学方法，不断完善整合，最终成为建筑模型教学中自己的特色。我们同时在二年级的设计课进行了细致的观察，我们发现大部分学生对建筑设计学茫然无措，不知从何下手。这些学生一年级时单纯的注重制图、表现训练，注重在二维图纸上反复推敲三维空间，没有经过一个完整设计制作过程。显然，通过模型制作过程的安排，学生设计能力会提高显著。学生也普遍反映建筑模型对他们的空间构成、形体造型及功能组织都有着融会贯通的作用，从而对建筑设计中的重点和难点都有深刻的理解。本次研究要点如下：要点一，三维空间的认知；要点二“，结构关系的表达”；要点三“，色彩与材质的表现”。模型制作课程中强调三个要点，也就是培养学生的“三维空间的认知”、“结构关系的表达”以及“色彩与材质的表现”能力，我们并没有教学生如何做设计，而是通过模型制作过程让学生知道该怎样去思维去辨别建筑的结构以及材料的质感和色彩的搭配。这种潜移默化的教学方式，使学生理解到设计并非是片面去模仿与抄袭。二年级的设计课程中，我们要求学生制作“工作模型”，通过制作“工作模型”的推敲过程，空间环境的认知，使学生对建筑构件的结构关系认识得更为清晰，同时也可以研究建筑材料的色彩与质感。这次教改的成果很显著，具体表现有以下几点：（1）学生的动手能力增强，更能注重模型制作，模型制作质量越来越好。（2）学生的思维完全被解放，从他们二年级的作品中我们发现设计方案大多比较灵活，打破了以往的保守思维。（3）建筑设计基础教学课程中表现能力有所提高，特别是构图能力。

三、探讨建筑模型制作的发展方向

通过这次教学内容的改革，我们发现了如何通过模型制作来培养专业新生对设计思维的理解，同时我们取得了一定的成果，也明确了将来的发展方向。我们将同一届学生的二年级的设计课成绩与学生的一年级的模型成绩比较发现，拥有过硬的模型制作素质的学生，在设计课的表达能力与表现能力、综合能力上都比较强，设计思维能力更要比其他同学高出一筹。模型制作基础课程的将来如何发展？该课程的存在是否有必要？课题小组教师与其他专业教师进行了多次交流后，得出的结论是：该课程的课时虽然只有32学时，但是的确也占用了学生的专业学习时间，应节约课时让没有模型制作经验的学生在短时间内成熟起来；我们可以通过专题讲座的形式来进行模型制作的教学，同时在设计课程中穿插模型制作，让学生一边做设计一边做模型。在一年级“学科导论”课程教学中设立一个“造型与表达”的环节，让学生接触各种模型制作材料与制作方法，同时又能发挥自己的创意，这样的教学内容更具特色。同时我们也可以每年举行一届模型制作比赛，让学生主动参与模型制作，并且将模型实验室对学生开放，学生可以在专业人员的指导下随时进行模型的制作。

四、结语

总之，教学不断创新与完善，必然形成新的课程教学特色，也会出现更多优秀作品与更好的教学成果。这些设想也许有很多不尽如人意的内容，但必将激励着我们将建筑学专业一年级教学改革继续向前推进。

1设计结构矩阵

DSM模型作为一种基于矩阵的、紧凑的表达模型，能站在全局的角度，采用可视化的方法反映任务之间关系（信息流）并分析信息流，图2(c)表示采用聚类的方法对过程结构进行优化。DSM建模方法由于矩阵本身不受任务数目限制，并且易于使用计算机编程计算，具有良好的可操作性和稳健性。根据领域的不同，DSM矩阵可以分为4种类型[5]，包括产品架构、组织架构、过程架构以及综合产品、组织、过程的多领域模型。其中组织架构DSM模型的分析主要是通过聚类的方式，把信息交流需求最大的成员分为一组，将矩阵变换成为成员之间具有高度交互性的类———系统团队。矩阵变换的目的是使类内部具有高耦合度，而类外具有尽可能低的耦合度。通过关注不同成员的沟通需求，从而得到有效的组织设计模式。

2基于DSM的建筑工程协同设计

2.1传统建筑工程设计的过程及其局限性

传统的建筑设计一般采用串行设计，即“抛过墙”式建筑产品设计模式，图3(a)为传统建筑设计过程，3(b)为传统建筑设计组织结构图。由图可以看出，传统的设计模式从时间上和功能上把各学科的专职人员彼此孤立开来，存在一系列问题：信息流动是单向的，下游的设计结果不能及时反馈给上游进行设计评价和修改，项目集成性差；设计信息交流不畅、沟通困难而出现的潜在危险，往往在施工过程中才能发现；设计修改频繁，设计质量难以得到保证：建筑工程设计周期长，项目开发成本高，建筑质量受到影响等问题。设计过程中信息的管理是目前建筑设计企业必须面对的一个难题，在当今知识经济社会，沟通和协调比命令和控制更为重要，据权威机构研究表明，良好的信息沟通和协调可以减少工程建设费用的20％左右[6]。因此引入新方法、新工具对建筑设计过程进行管理是非常必要的。

2.2建筑工程设计初始

DSM模型的建立本文采用图1表示的普通楼宇设计工程中常见的12项设计任务为例，把各设计活动间的信息流关系用DSM矩阵表示出来，如图4，然后采用DSM聚类规则进行聚类分析。

2.3DSM聚类基本原则

1前述

古建筑修复工作首先需要对古建筑进行完整的测绘并数据存档,利用存档数据进行研究和修复。古建筑测绘工作主要针对研究对象的完整基础性数据,如空间环境、古建筑局部细节等。传统测量手段需要借助反射棱镜等工具进行单点测量，单点的测量费时较长，甚至要花几分钟的时间对一点的坐标进行测量。三维激光扫描仪利用激光测距原理，直接对被测物体进行快速扫描，获得高精度的三维数据，数据信息包含X,Y,Z坐标和物体反射率的信息，因此三维激光扫描技术具有快速、非接触性、高精度等特点。

2采集点云数据

为了完整采集古建筑物的建筑信息，通常需要分站多角度进行扫描。首先根据需要扫描的范围和三维激光扫描仪的扫描参数，设计扫描控制网，布设扫描站点时应有利于减少测量误差，提高点云数据拼接的质量。为确保整体扫描质量，相邻两站之间数据应有30%左右的重合度，同时相邻两站间至少应有三个不同线的公共靶标。实施扫描过程中，在设定站点上架设三维激光扫描仪时，应注意避免扫描激光束与物体间夹角过小而造成扫描精度下降，同时扫描仪不要被其他物体过度遮挡。扫描时应根据扫描对象的复杂度选择不同的扫描参数，如表面细节丰富的物体应采用高分辨率扫描，表面特征平滑物体宜采用低分辨率扫描，以加快扫描速度。因目前三维激光扫描仪还没有办法直接获取颜色信息，每站扫描结束后，可根据需要对扫描区域进行拍照存档，以获取物体的色彩和纹理信息。

3点云拼接

随着测量距离的增加，三维激光扫描的扫描精度受环境影响呈下降趋势，因此复杂的建筑物需要多站扫描,每站扫描数据均是独立坐标，需要进行拼接，统一到同一坐标系。拼接时，以其中任一站作为控制网坐标的基准点云，其余测站点云与基准点云两两配准。为了提高拼接精度，通常采用靶标拼接，点云间的拼接精度可达1毫米，如图1所示。但由于扫描过程中可能出现靶标遮拦或测量角度过大的情况，无法使用靶标进行拼接，此时需要利用两站点云中公共区域的相同特征点配准。

4三维模型的建立

利用三维点云重构三维模型,通常有两种方法：(1)模型匹配法：此方法自动程度较高，从点云抽取出模型部分，与常用的三维模型组件（如柱体、锥体、长方体等）进行自动匹配处理，达到建立三维模型的目的。这种自动匹配方法适用于具有规则形状的对象。(2)古建筑多为不规则形状，需要先对点云数据进行去噪、重采样等处理，生成高精度三角网格模型，利用Nurbs等拟合算法生成建筑的曲面模型。本方法可生成高精度模型。最后利用映射功能可将照片中的颜色、纹理信息投影至三维点云数据上，生成具有真实纹理的三维模型。

摘要：对建筑信息模型的相关定义进行了综合分析，明确了其特点。建立了建筑信息模型概念框架，认为建筑信息模型是一个综合多维度不同因素的集合体，在其中，模型是基础、核心和对象，技术是实现和应用建筑信息模型的基础，合同、管理措施是建筑信息模型的保障，而建筑信息模型是一个集成化、综合性的过程。同时，分析了在模型、技术、合同、管理方面所包含的工作内容及未来研究的发展方向，并得出了结论。

关键词： 建筑信息模型；概念框架；建设工程信息化

中图分类号：[TU-9]文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）08-0033-02

0引言

近年来，建筑信息模型（BIM）的发展和应用引起了工程建设业界的广泛关注。各方一致的观点是其引领建筑信息化未来的发展方向，必将引起整个建筑业及相关行业革命性的变化。但是，如果对林林总总的研究成果、应用案例等进行深入的分析，却不难发现其中存在着一个基础性的问题：即如何认识建筑信息模型（BIM），建筑信息模型本身有着怎样的内涵、特点及外延，如何去界定其概念范围。

对于以上问题如不能通过深入的分析来有效解决，必将会影响到建筑信息模型的发展，进而会给整个建筑业的发展来负面影响。本文通过对较为流行的建筑信息模型概念的分析，试图建立建筑信息模型的概念结构体系，并对在建筑信息模型中所包含的研究问题及方向进行分析。

1建筑信息模型的发展及概念综述

建筑信息模型（BIM）的概念最早可以追溯到1970年代，时任卡内基梅隆大学建筑和计算机科学专业教授Chuck Eastman于1975年提出了“Building Description System（BDS）”的概念，可以被视为最早提出的与之相关的概念。建筑信息模型的概念是伴随着信息技术在建筑业的深入运用而产生和发展的，由于其历经的时间较长，且概念的提出者往往又从多个方面来理解与之相关的问题，因此，其又常以不同的名称出现，如单一建筑模型（Single Building Model/SBM）、集成建筑模型（Integrated Building Model/IBM）、通用建筑模型（Generic Building Model/GBM）及虚拟建筑模型（Virtual Building Model/VBM，Graphisoft）等。近年来，随着各方的看法逐渐趋于一致，建筑信息模型（BIM）的说法得到了广泛的认同。[1]