馮小敏 中央美術學院

1.建筑數(shù)字化技術發(fā)展的意義

20世紀90年代中后期，美國及歐洲部分建筑學院開始進行有關數(shù)字化技術發(fā)展成果在建筑設計領域的應用探索，其中以倫敦AA建筑學院、美國麻省理工學院、哈佛大學建筑學院、加泰羅尼亞理工大學尤為突出，這些學校已具有豐富的理論研究成果，相關技術及理論在實際工程中有所實踐。國外設計機構如SOM、AECOM等大型工程設計集團對數(shù)字技術在建筑方案設計、方案深化、施工配合等領域的運用較早，已積累大量項目經驗。國內對建筑數(shù)字化信息模型的運用多停留在3D階段，缺少參數(shù)化在施工建造等多專業(yè)領域運用的研究。同時建筑與結構等多專業(yè)參數(shù)化互動優(yōu)化設計方面的研究非常匱乏。國內建筑數(shù)字技術的發(fā)展具有以下重要意義。

1.1 提升工程效率

現(xiàn)代社會建筑功能與建筑形態(tài)趨向復雜化發(fā)展，多專業(yè)協(xié)同設計難度及施工難度均大幅增加，數(shù)字化技術的運用順應建筑復雜化及社會多樣化的發(fā)展規(guī)律。同時能夠快速解決多專業(yè)協(xié)同優(yōu)化等技術問題，提升設計效率與現(xiàn)場施工速度。

1.2 減少資源浪費

全球范圍內每年會由于建筑信息傳達的錯誤以及多專業(yè)銜接的不暢導致數(shù)額巨大的建筑資源浪費。其中建筑拆改、材料切分浪費、重復施工等浪費現(xiàn)象尤為嚴重。數(shù)字模型在設計前期的應用能有效提升建筑師對工程的把控度，提升工程節(jié)點及建筑細部精確度，使數(shù)據(jù)傳遞更加便捷準確，實現(xiàn)工程信息從單專業(yè)設計到多專業(yè)配合的協(xié)調統(tǒng)一。

1.3 人性化需求

傳統(tǒng)建筑設計流程需要大量的人力投入，設計修改和設計變更造成大量的人力成本浪費,從設計至施工流程缺少人性化考慮。通過引入數(shù)字模型技術，實現(xiàn)圖紙的快速修改與快速出圖，同時通過數(shù)字化模型信息系統(tǒng)的應用能夠極大輔助工程師進行施工信息讀取，實現(xiàn)工作效率與建筑質量的完美提升。

2.建筑數(shù)字化技術特點分析

2.1 可視性

建筑信息模型通過數(shù)字化云渲染技術可以快速生成建筑渲染效果，便于對建筑空間與細部進行研究，節(jié)約人力物力時間成本。利用VR數(shù)字技術輔助設計，將搭建的三維數(shù)字空間模型與VR設備連接，實現(xiàn)對建筑室內外各個空間的直觀體驗。同時在項目現(xiàn)場結合5D體驗對施工團隊進行安全教育，有效提升項目施工安全等級。同時借助全息投影技術，數(shù)字建筑模型能夠呈現(xiàn)出具有真實空間維度的立體影像。使建筑的展示與表達更為直觀，也使施工團隊對建筑整體效果有全面而細致的把握。

2.2 模擬性

基于數(shù)字化建筑模型，可運用數(shù)字化模擬軟件，對建筑進行環(huán)境分析模擬。風環(huán)境模擬階段，利用軟件對建筑的風壓及周邊風速進行分析，確保方案的可行性。后期為了獲得更加精準的風環(huán)境數(shù)據(jù)，可通過3D打印技術建造超精度實體模型，對建筑形體進行風洞試驗，測算數(shù)據(jù)重新導入建筑模型進行造型優(yōu)化設計，保證結構及形體設計更加安全經濟。室內聲環(huán)境模擬階段，根據(jù)建筑功能及使用要求，在數(shù)字模型中放置聲源，進行聲環(huán)境模擬分析，根據(jù)分析結果，確定空間體積、墻壁與吊頂材料的吸聲系數(shù)，以確?？臻g滿足其不同使用狀態(tài)下的聲學要求。室內采光模擬階段,對數(shù)字化建筑模型室內空間進行采光模擬，根據(jù)不同房間的功能調整各朝向窗戶尺寸，使采光與照明系統(tǒng)相互補充平衡，實現(xiàn)采光效率的最優(yōu)化。

2.3 高效性

數(shù)字化設計模式將建設單位、設計方、總包和分包等單位的協(xié)同工作統(tǒng)一在數(shù)字三維模型平臺上進行，提升了項目整體的管理水平。同時可使用云端數(shù)據(jù)協(xié)同技術在移動終端對模型進行實時查看與快速修改，方便多專業(yè)溝通與設計管理、統(tǒng)籌的便捷高效。

3.建筑數(shù)字化技術應用方法

3.1 建立基礎數(shù)字化建筑模型

在建筑設計前期階段，對建筑形體進行幾何分析，搭建基礎幾何數(shù)字信息模型。在方案深化過程中，運用橢圓方程、圓弧方程、拋物線函數(shù)、三角函數(shù)、等對造型進行分析，同時對形體進行有理化分解。通過參數(shù)控制生成多種模型方案，結合采光模擬與風環(huán)境模擬的結果，選取最優(yōu)形體方案。

3.2 多專業(yè)信息協(xié)同優(yōu)化

多專業(yè)協(xié)同是數(shù)字化工程技術應用的重要領域。工程師可使用Revit作為多類型數(shù)字化模型軟件協(xié)同運用的中樞平臺，結合多種軟件進行協(xié)同設計。將各專業(yè)構件的幾何數(shù)據(jù)、材質信息及相關物理特性等進行整合，構建綜合性項目數(shù)據(jù)庫和虛擬化三維模型，借助數(shù)字信息平臺，進行快速編輯。各專業(yè)主體文件可根據(jù)工程要求獨立設計，模型通過協(xié)同設計平臺連接并自動更新個體文件，實現(xiàn)全專業(yè)信息實時共享。

3.3 管線綜合檢測

建筑數(shù)字信息模型技術可以幫助設計人員從三維視角觀察錯綜復雜的管道空間關系，并通過Navisworks等軟件進行管線碰撞模擬，各專業(yè)設計人員只需通過碰撞報告，核對碰撞點，進行同步修改與文件的實時更新，提高設計精準度。二次砌體工程深化在綜合管線排布完成并經批復后，開始繪制管井預埋套管圖及墻體的二次深化，從而有效減少現(xiàn)場管線碰撞率，提高建筑空間利用率。

3.4 數(shù)字建造與逆向工程

針對數(shù)字信息模型利用幾何分析方法對建筑各結構構件、預制墻體、建筑幕墻、室內精裝構件等進行分析，結合數(shù)字化建筑工業(yè)產品的制造方法，如數(shù)控機床、沖壓、五軸切割技術、3D打印、激光掃描技術等，對各部分材料及尺寸進行逆向優(yōu)化設計。鋼結構逆向設計階段，通過研究各部分鋼梁的加工方法以及加工設備承載尺寸后，將三維梁體進行數(shù)字模型有理化拆分，以滿足設備機械加工要求，實現(xiàn)鋼結構自動加工標準化管理。幕墻逆向設計階段，通過對曲面鋁板加工工藝以及無模多點成型機工藝數(shù)據(jù)的了解，綜合加工成本，運用逆向設計的思路對鋁板劃分優(yōu)化，鋁板曲率優(yōu)化，鋁板尺寸優(yōu)化。在室內構件逆向優(yōu)化階段，當土建施工及鋼結構拼裝完成后，使用三維激光空間掃描儀對結構進行掃描，在計算機中對掃描模型與數(shù)字化室內空間模型進行比對，提前預知施工誤差，同時對預制構件面板進行快速修改與優(yōu)化，節(jié)約時間與成本。

3.5 費用精確控制

數(shù)字化信息模型具有全面的工程信息，包含了幾何信息、材料信息、產品信息、施工信息等。建筑師可以利用程序自動導出各部分清單列表，進行快速的成本統(tǒng)計。當單專業(yè)信息模型發(fā)生修改時，可以快速得到施工費用統(tǒng)計結果。同時可利用數(shù)字信息模型結合項目進度進行各階段建筑材料采購費用統(tǒng)計，實現(xiàn)項目支出的精確控制[3]。

4.結束語

隨著國民經濟的發(fā)展和科學技術水平的進步，設計與建造智能化發(fā)展將日趨完善。數(shù)字化技術將為工程領域創(chuàng)造更美好的發(fā)展前景，為中國的智慧城市建設提供科學有序的方法，使之走上健康發(fā)展之路。