题目：基于BIM技术的混凝土结构耐久性评估

影响混凝土结构耐久性的工程信息来源于生命期内的设计、施工、使用和维护阶段的各个专业领域，但是不同阶段和不同专业间的信息交流与共享普遍存在的“信息孤岛”现象严重影响了耐久信息收集、共享和管理的一致性和准确性，制约了混凝土结构耐久性评估的科学性。BIM（Building Information Model）技术通过完整的面向对象信息模型支持不同软件系统间的数据交流和共享，解决了“信息孤岛”难题，是实现建筑物全生命期内工程信息集成化管理和应用的新技术。本研究将BIM技术应用于混凝土结构耐久性评估，系统的研究了相关理论、需求模型、关键技术和实现方法，提出了应用BIM技术解决耐久信息表达、交换与共享、新建结构耐久性设计与校核和在役结构耐久性评估等问题的整体解决方案，并围绕该方案展开了如下研究：1. 面向混凝土结构生命期耐久信息交流与共享，提出了支持复杂耐久性工序协同工作的4D耐久信息模型（4-Dimension Durability Information Model，4DDIM）。在系统研究混凝土结构耐久性设计、劣化分析、安全评估和寿命预测理论和方法基础上，明确了耐久信息的范围和工序的种类，以及数据重用、交换与共享的方法，开发了能够连续动态的生成反应结构全生命期状态的4DDIM，实现任意时间节点结构耐久性评估信息的自动提取和集成应用。2. 研究了国际标准建筑信息模型IFC（Industry Foundation Class）的数据表达、存储和扩展机制，通过研发的混凝土结构耐久信息属性集（Pset_DurabilityProperties）扩展了IFC标准，并研究了将Pset_DurabilityProperties集成至IFC文件的方法，实现了基于扩展后IFC标准信息模型的混凝土结构生命期耐久信息的表达、交换与共享。3. 对比分析了IFC和4DDIM两个模型体系的数据类型和数据表达方式的特点，提出了由直接映射、过滤映射和功能映射组成的IFC-4DDIM数据映射机制，研究了应用面向对象程序语言实现自动解析IFC文件的方法，建立了支持双向数据交流的IFC-4DDIM数据接口，实现了IFC文件向4DDIM模型数据库的导入和导出。4. 基于4DDIM，着重研究了混凝土结构耐久性评估的相关理论和关键技术，用面向对象语言开发了耐久性评估应用程序集和基于4DDIM的数据存储、提取和集成的机制。包括（1）基于《混凝土结构耐久性设计规范的》耐久性设计校核（DDM）；（2）基于材料性能劣化理论模型的结构劣化分析(DDAM)；（3）基于隶属函数算法的混凝土结构安全等级评估(SGAM)；（4）基于混凝土碳化深度和钢筋锈蚀量的结构剩余使用寿命预测(LPM)；（5）基于混凝土和钢筋的时效本构关系拟合的构件时效承载力非线性分析(TNAM)。5. 根据混凝土结构耐久性评估对工程数据的3D模型时效显示需求、耐久性劣化的动态模拟仿真需求和耐久信息的多样化输入输出需求，自主研发了集成4D模拟引擎和用户UI（User Interface）界面的4D图形平台，为IFC和4DDIM模型的动态显示、管理和优化提供了平台基础。6. 研究和设计了系统集成模式、消息驱动模式和数据流动模式，提出了通过消息流和数据流实现模块兼容与并行的策略，使各个模块能够在一个集成的计算机环境中完成从IFC文件导入、耐久信息提取、转换到耐久性评估、耐久信息优化，以及IFC文件导出的完整的混凝土结构耐久性评估过程，应用MFC（Microsoft Foundation Class，微软基础类库）完成了基于BIM技术的混凝土结构耐久性评估软件原型系统RCS-DAS（Reinforced Concrete Structure Durability Appraising System）的集成。7. 通过原型系统测试，证明RCS-DAS能够与Autodesk Revit等BIM软件实现基于IFC标准的数据交换与共享，并保证工程数据的一致性和完整性；通过RCS-DAS分析结果与实验数据对比验证，证明了模块之间协作完成混凝土结构耐久性评估复杂工序的准确性，并能够以多种方式展示输出结果。研究成果表明通过引入BIM和4D技术建立4D耐久信息模型，可以实现生命期耐久信息共享与集成管理，有效解决耐久信息断层和流失问题，并且为BIM的创建和集成应用探索了可行的理论和方法；基于4DDIM开发的RCS-DAS能够将耐久性设计校核、耐久性劣化分析、寿命预测、安全等级评估和时效非线性分析进行集成化应用，显著提高了相关工序的兼容性和科学性，为混凝土结构的耐久性评估提供了新的思路和方法，对于改善耐久性控制落后的局面，降低生命期成本，提高结构安全水平具有重要理论意义和广阔的应用前景。