姚稼澍 趙榕娜 尹武先

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司

建筑師對(duì)建筑造型設(shè)計(jì)孜孜不倦的探索、業(yè)主對(duì)建筑造型的各種定制需求，使得越來(lái)越多的復(fù)雜形體方案應(yīng)運(yùn)而生。因?yàn)閺?fù)雜形體具有空間復(fù)雜曲面的特征，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)配合模式無(wú)法滿(mǎn)足方案深化、施工圖設(shè)計(jì)與多專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)的需求，造成復(fù)雜形體建筑工程造價(jià)過(guò)高、施工難度大、建成效果不盡人意的狀況。

數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)為有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜建筑提供了新的工具、工作流和方法論，但各類(lèi)數(shù)字技術(shù)工具各有所長(zhǎng)，項(xiàng)目在不同設(shè)計(jì)階段對(duì)數(shù)字工具的需求也有所差異。因此，如何搭建一套綜合數(shù)字技術(shù)解決方案，整合現(xiàn)有數(shù)字技術(shù)完成多專(zhuān)業(yè)間的協(xié)調(diào)與不同階段的信息傳遞，是高效、精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形體建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。本文以騰沖市民俗展覽館為例，在現(xiàn)有參數(shù)化及BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)自定義編程技術(shù)與接口開(kāi)發(fā)，創(chuàng)新地實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化技術(shù)與BIM技術(shù)的高度融合，打通了復(fù)雜建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，有效應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各類(lèi)數(shù)據(jù)流動(dòng)、信息整合、多專(zhuān)業(yè)及多平臺(tái)協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題，走出了一條高效應(yīng)對(duì)復(fù)雜建筑設(shè)計(jì)的數(shù)字技術(shù)綜合應(yīng)用之道，為其他此類(lèi)建筑工程提供了案例借鑒。

1 工程概況

騰沖民俗展覽館位于云南省騰沖市騰越縣東湖生態(tài)濕地公園南側(cè)、美域湖畔東南。建筑屬于小型展覽館，總建筑面積12 309m2，主體建筑高23.70m，主體建筑地上3層，附屬設(shè)備機(jī)房地下1層。

騰沖在歷史上具有規(guī)模龐大的玉器加工和貿(mào)易體系，地域特色是以“翡翠”為代表的玉文化，方案設(shè)計(jì)的理念即源自當(dāng)?shù)亍坝癯鲵v沖”的俗語(yǔ)。

就建筑形體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)采用圓潤(rùn)的形態(tài)、環(huán)形的平面；立面延續(xù)設(shè)計(jì)主題，從“玉璧”“玉環(huán)”主題出發(fā)，結(jié)合寓意城市無(wú)限發(fā)展的“莫比烏斯環(huán)”，兩個(gè)類(lèi)橢圓形體螺旋上升、相互環(huán)繞，圍合出復(fù)雜的建筑空間，表達(dá)出城市發(fā)展進(jìn)程中“歷史”與“未來(lái)”環(huán)環(huán)相扣的愿景。

項(xiàng)目復(fù)雜的建筑形態(tài)使得方案深化和施工圖設(shè)計(jì)遇到以下問(wèn)題：

（1）復(fù)雜形體的精確空間定位。由于建筑形體的變化，在不同標(biāo)高、不同軸號(hào)下建筑外輪廓不具有統(tǒng)一性或規(guī)則變化性，常規(guī)建筑圖紙無(wú)法精細(xì)表達(dá)其復(fù)雜的空間變化，為方案深化與施工定位帶來(lái)困難。

（2）復(fù)雜表皮的曲面優(yōu)化與細(xì)分。在傳統(tǒng)工作模式下的表皮設(shè)計(jì)中，表皮的網(wǎng)格細(xì)分往往受到后期幕墻深化的制約，尤其是異形曲面幕墻的細(xì)分設(shè)計(jì)，最后實(shí)施的細(xì)分結(jié)果時(shí)常與初始的表皮概念相悖，表皮效果無(wú)法由建筑師把控，會(huì)出現(xiàn)建筑造價(jià)過(guò)高的情況。

（3）復(fù)雜帷幕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通常涉及到建筑設(shè)計(jì)軟件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)軟件之間的信息互導(dǎo)，對(duì)于異形建筑形態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模型數(shù)據(jù)的抓取是有效設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

1 鳥(niǎo)瞰效果圖

2 Grasshoper 中的C#運(yùn)算器

（4）復(fù)雜空間的機(jī)電設(shè)計(jì)。傾斜的建筑外墻與曲面向上的屋面影響建筑內(nèi)部功能的使用品質(zhì)，這主要由于結(jié)構(gòu)與機(jī)電設(shè)備需要與異形空間進(jìn)行配套設(shè)計(jì)以及準(zhǔn)確定位與安裝，而這些問(wèn)題在二維圖紙中無(wú)法直觀(guān)呈現(xiàn)并進(jìn)行設(shè)計(jì)。

結(jié)合以上問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)參數(shù)化自定義編程，提出了復(fù)雜空間設(shè)計(jì)的綜合解決方案，主要包括參數(shù)化設(shè)計(jì)、接口程序開(kāi)發(fā)、BIM技術(shù)創(chuàng)新整合、三維設(shè)計(jì)等，實(shí)現(xiàn)了不同專(zhuān)業(yè)、不同階段的數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接，從而打通了復(fù)雜建筑設(shè)計(jì)中從概念表達(dá)、深化設(shè)計(jì)到建造控制的高效、精確的工作流與方法論。

2 數(shù)字技術(shù)平臺(tái)

2.1 基于Rhino軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是將設(shè)計(jì)要素編寫(xiě)為參數(shù)與算法，通過(guò)修改參數(shù)得到并優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。騰沖民俗展覽館選用參數(shù)化設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用其邏輯性和動(dòng)態(tài)性，邏輯性適用于深化方案階段產(chǎn)生的非有理復(fù)雜形態(tài)的有理化設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)性適用于通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)約束條件，深化、調(diào)整、推敲設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目選用Rhino軟件平臺(tái)，是基于其強(qiáng)大的曲面造型能力和豐富的參數(shù)化設(shè)計(jì)插件。

2.1.1 Grasshopper插件

Grasshopper（以下簡(jiǎn)稱(chēng)GH）為設(shè)計(jì)師提供了多種可視化的算法運(yùn)算器，通過(guò)邏輯思維自動(dòng)生成模型結(jié)果。在本項(xiàng)目中，主要用于方案深化階段的復(fù)雜形體參數(shù)有理化設(shè)計(jì)和建立具有邏輯性的幾何控制，并進(jìn)行施工圖信息的批量生產(chǎn)。

2.1.2 EvoluteTools插件

EvoluteTools插件作用于建筑表皮真正的構(gòu)造問(wèn)題，幫助設(shè)計(jì)師在任何曲面造型上進(jìn)行細(xì)分設(shè)計(jì)與面板平直化，將精美復(fù)雜的曲面造型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的可建項(xiàng)目。通過(guò)EvoluteTools及其提供的RhinoScript接口，輸出的面板信息可以直接用于加工生產(chǎn)。從設(shè)計(jì)初期的概念找形、施工圖階段的表皮深化到實(shí)施建造，EvoluteTools在降低成本、縮短工期、降低風(fēng)險(xiǎn)、加工實(shí)施等方面對(duì)項(xiàng)目各方均有很大益處。在本項(xiàng)目中，EvoluteTools主要用于施工圖階段建筑外表皮的深化設(shè)計(jì)。

2.1.3 Python與C#編程語(yǔ)言

Python與C#編程語(yǔ)言作用于項(xiàng)目的多個(gè)階段，由于GH的開(kāi)放性，多種編程語(yǔ)言得以在GH環(huán)境中以運(yùn)算器的形式參與GH算法，使GH算法的自由度大幅提升。Python編程還作用于軟件之間的接口開(kāi)發(fā)，例如SAP2000與Rhino之間的模型傳遞。

插件和編程語(yǔ)言的自定義開(kāi)發(fā)與整合應(yīng)用，形成了自定義條件下強(qiáng)大的參數(shù)化工具包，給予了設(shè)計(jì)師構(gòu)建全新的數(shù)字設(shè)計(jì)工作流的極高可操作性，提高了Rhino的復(fù)雜幾何生成能力，高效應(yīng)對(duì)了各類(lèi)復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。

2.2 基于Revit軟件的BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

騰沖市民俗展覽館采用Revit軟件搭建BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)，在對(duì)其接口進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，信息數(shù)據(jù)可與Rhino等軟件模型數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，避免數(shù)據(jù)在軟件間傳遞中產(chǎn)生信息丟失或信息不匹配的情況。此外，Revit為項(xiàng)目各參與方提供了“所見(jiàn)即所得”的虛擬建筑體驗(yàn)，能夠直觀(guān)地展示和傳遞設(shè)計(jì)成果。同時(shí)，Revit憑借出色的信息整合與三維設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)在同一中心文件下的協(xié)同工作，消除傳統(tǒng)二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)流程中建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專(zhuān)業(yè)因圖紙信息不同步而產(chǎn)生的錯(cuò)漏碰缺，提高工作效率。

Revit平臺(tái)的另一參數(shù)化設(shè)計(jì)插件Dynamo，可以幫助Revit在建筑信息管理方面得到更好的發(fā)揮，如不同算法規(guī)則定制化模型、自動(dòng)化數(shù)據(jù)錄入、文檔編制等。另外，Dynamo為Revit創(chuàng)新性地提供了定制設(shè)計(jì)工具的機(jī)會(huì)。作為一款開(kāi)源插件，Dynamo可以通過(guò)Python編程語(yǔ)言調(diào)用Revit API，在可視化的界面中，結(jié)合用戶(hù)需要開(kāi)發(fā)自己的Revit插件，定制化需求，實(shí)現(xiàn)更高適用度的模型管理與三維設(shè)計(jì)方法。

3 批量生產(chǎn)異形體量截平面

3 復(fù)雜形體的參數(shù)化設(shè)計(jì)

在數(shù)字技術(shù)的實(shí)際操作中，引入“變量”與“約束”去滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求是建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心。變量指可變參數(shù)，如層高、面積、曲面細(xì)分程度等一系列尺寸度量；約束參數(shù)意為不可改變的參數(shù)或是維護(hù)等級(jí)較高的參數(shù)，如幾何元素之間的連通性與幾何性。通過(guò)設(shè)置“變量”與“約束”這兩類(lèi)參數(shù)構(gòu)建三維數(shù)字模型并制定參數(shù)規(guī)則，兩者可結(jié)合實(shí)際需要相互變通，使設(shè)計(jì)流程具有快速生成、多樣修改、反復(fù)推敲等一系列優(yōu)勢(shì)，為建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)與建造控制提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S模式與更高效的工作方式。

3.1 建筑表達(dá)幾何控制

復(fù)雜形體的設(shè)計(jì)表達(dá)與節(jié)點(diǎn)詳圖一直是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的痛點(diǎn)。騰沖民俗展覽館以精準(zhǔn)的數(shù)字模型為基礎(chǔ)，利用數(shù)字技術(shù)定位與表達(dá)建筑系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，明確幾何信息邊界，有效改善非線(xiàn)性空間形體的二維制圖效率。

通過(guò)GH算法，可以實(shí)現(xiàn)以下設(shè)計(jì)成果：1）以不同的截平面標(biāo)高作為可變參數(shù)，批量產(chǎn)生在相應(yīng)截平面標(biāo)高下的表皮與屋面截面線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)異形體量精細(xì)化平面定位，服務(wù)于各類(lèi)平面施工圖；2）將復(fù)雜傾斜屋面內(nèi)外邊線(xiàn)展開(kāi)，精準(zhǔn)批量定位屋面邊緣各點(diǎn)的三維坐標(biāo)，使建筑師與工程師在此信息基礎(chǔ)上再進(jìn)行二維平面圖紙的深化。

4 復(fù)雜屋面內(nèi)外展開(kāi)定位

節(jié)點(diǎn)詳圖是建筑精細(xì)化建造的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，為縮減圖量并且方便施工，節(jié)點(diǎn)詳圖通常采用較為統(tǒng)一的模數(shù)，如統(tǒng)一的坡度、幕墻倒角等。對(duì)于復(fù)雜自由形體項(xiàng)目，模數(shù)的過(guò)度消減會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目的完成效果有所偏差。在騰沖民俗展覽館中，各個(gè)軸線(xiàn)的幕墻傾斜率與屋頂坡度均不相同，利用參數(shù)化工具可批量生產(chǎn)各個(gè)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的墻身控制線(xiàn)，在二維制圖中準(zhǔn)確表達(dá)曲面幕墻與土建的幾何關(guān)系。

3.2 建筑表皮精細(xì)化設(shè)計(jì)

3.2.1 參數(shù)化幾何網(wǎng)格概述

在通用的學(xué)術(shù)術(shù)語(yǔ)下，網(wǎng)格（Mesh）一般指通過(guò)共用的點(diǎn)與線(xiàn)來(lái)連接的多邊形群組；而在建筑設(shè)計(jì)的語(yǔ)境中，我們將網(wǎng)格作為建筑表皮的抽象數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，網(wǎng)格的頂點(diǎn)、邊線(xiàn)、面表達(dá)建筑外表皮結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)、梁、面板。這樣單個(gè)的網(wǎng)格便可看做是一個(gè)實(shí)際的建筑表皮單元，從而要考慮實(shí)際建筑項(xiàng)目的適用性。

對(duì)于曲率較小的自由曲面，四邊形網(wǎng)格與原曲面貼合度較高，可通過(guò)算法將雙曲面變單曲面、單曲面變平板，在保證建筑效果的前提下降低造價(jià)。網(wǎng)格細(xì)分通過(guò)不同的組合規(guī)則可設(shè)計(jì)出多種變體細(xì)分方案，如菱形網(wǎng)格、六邊形網(wǎng)格、泰森多邊形網(wǎng)格等。在騰沖民俗展覽館中，外墻飾面采用鋁板面板和玻璃幕墻，其中鋁板為四邊形鋁單板，數(shù)字模型中也使用四邊形網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分設(shè)計(jì)。以下表皮精細(xì)化設(shè)計(jì)均為采用EvoluteTools插件、結(jié)合自定義程序、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜表皮的平板化擬合與分析。

5 批量生產(chǎn)異形體量墻身定位線(xiàn)

6 根據(jù)原始曲面生成的初始網(wǎng)格細(xì)分方案

7 初始細(xì)分方案中扭曲的網(wǎng)格線(xiàn)

8 局部平面約束使目標(biāo)網(wǎng)格線(xiàn)平直化

9 局部均衡約束使目標(biāo)網(wǎng)格線(xiàn)分割均勻

3.2.2 網(wǎng)格細(xì)分設(shè)計(jì)與優(yōu)化

網(wǎng)格細(xì)分參數(shù)化設(shè)計(jì)起始于Nurbs自由曲面，此曲面可被看作網(wǎng)格細(xì)分設(shè)計(jì)的參考對(duì)象，表皮細(xì)分?jǐn)M合成果需要在滿(mǎn)足其他參數(shù)的前提下，無(wú)限接近此曲面，接近的程度即為曲面接近值參數(shù)（Surface Closeness），這也是表皮細(xì)分設(shè)計(jì)中維護(hù)等級(jí)最高的“約束”參數(shù)。

除曲面接近值之外，網(wǎng)格優(yōu)化還有諸多其他約束參數(shù)，如邊緣接近值（Curve Closeness）、最小化網(wǎng)格邊線(xiàn)長(zhǎng)度（Fairness Spring）、最小化曲率（Fairness Curvature）、最小化曲率變量（Fairness Curvature Variation）等。這些約束參數(shù)構(gòu)成“全局約束系統(tǒng)”，控制細(xì)分方案中網(wǎng)格的扭曲、緊縮、位移、均衡曲率等整體效果，從而保證網(wǎng)格與原始曲面的幾何相似性與適用性。通過(guò)不斷修改與嘗試，篩選出符合原始曲面的全局約束參數(shù)設(shè)置，再通過(guò)迭代算法計(jì)算出初始網(wǎng)格細(xì)分方案。此網(wǎng)格方案與原始曲面無(wú)限貼合，形狀與曲面幾乎一致。

經(jīng)觀(guān)察我們發(fā)現(xiàn)，初始細(xì)分方案并不十分完美，為了更接近真實(shí)建造的情況，需要局部約束來(lái)修正優(yōu)化措施：在原始方案的拱形上方，豎向網(wǎng)格線(xiàn)與造型曲面之間出現(xiàn)了扭曲，而在實(shí)際幕墻構(gòu)造中，這些點(diǎn)線(xiàn)需要對(duì)齊某一平面以實(shí)施平板類(lèi)的構(gòu)件，同時(shí)滿(mǎn)足建造與美學(xué)的要求。因此，通過(guò)數(shù)字技術(shù)設(shè)置局部約束參數(shù)并優(yōu)化算法，使目標(biāo)點(diǎn)線(xiàn)制約在相應(yīng)的平面上，以達(dá)到幕墻可建造的要求。優(yōu)化后的豎向網(wǎng)格較之前更平直，也更契合曲面邏輯。此外，面板的尺寸也需要精準(zhǔn)考量，為使網(wǎng)格分割美觀(guān)均勻、相鄰兩個(gè)網(wǎng)格尺寸相近，在局部添加了網(wǎng)格邊線(xiàn)長(zhǎng)度均衡的約束，讓細(xì)分方案在建筑表達(dá)上滿(mǎn)足曲面造型的流暢變化效果，也為后期在建造誤差允許的情況下消減面板模數(shù)提供了基礎(chǔ)，從而降低建造成本。

10 建筑北入口挑空邊界線(xiàn)（紅色）

11 網(wǎng)格適應(yīng)性調(diào)整后，網(wǎng)格線(xiàn)與紅色邊界線(xiàn)重合

12 網(wǎng)格線(xiàn)就挑空邊界（紅色）做適應(yīng)性調(diào)整前后

3.2.3 細(xì)分方案基于建筑系統(tǒng)的適應(yīng)性調(diào)整

在網(wǎng)格細(xì)分參數(shù)化設(shè)計(jì)中，不僅要關(guān)注曲面與細(xì)分網(wǎng)格之間的幾何擬合關(guān)系，也必須考慮建筑本身的影響。在實(shí)際的建筑表皮系統(tǒng)中，形體還會(huì)被門(mén)、窗、挑空等建筑類(lèi)別元素所打破。如展覽館北側(cè)入口挑空區(qū)域在形體上切割了表皮曲面，切割邊界與細(xì)分網(wǎng)格線(xiàn)并不重合，建筑表皮系統(tǒng)與細(xì)分網(wǎng)格之間的關(guān)系并未體現(xiàn)出應(yīng)有的適應(yīng)性，使得切割網(wǎng)格后會(huì)出現(xiàn)半個(gè)面板的情況，影響建造效果。因此，通過(guò)設(shè)置局部約束，對(duì)此處橫縱網(wǎng)格線(xiàn)進(jìn)行調(diào)整，使其恰好停留在挑空切割的邊界上，再利用迭代優(yōu)化算法順整網(wǎng)格。

結(jié)合以上優(yōu)化邏輯，對(duì)表皮中其他次入口處的網(wǎng)格線(xiàn)也進(jìn)行調(diào)整，使次入口立面開(kāi)洞上方網(wǎng)格線(xiàn)恰好在設(shè)計(jì)的通道高度上，在適應(yīng)建筑系統(tǒng)的同時(shí)，保證了整體網(wǎng)格效果。

3.2.4 面板平直度優(yōu)化

在實(shí)際項(xiàng)目中，雙曲面幕墻面板較單曲、平板在造價(jià)方面有較大差異，利用平板擬合及優(yōu)化技術(shù)將復(fù)雜的直紋曲面分解為合適大小與比例的單曲面及平板，并將面板類(lèi)型控制在最小值，從而降低建造難度以及造價(jià)。通過(guò)可視化面板翹曲度云圖可知，雙曲面板數(shù)量被控制在較少的數(shù)量。

3.3 復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)

13 表皮精細(xì)化設(shè)計(jì)成果

14 表皮精細(xì)化設(shè)計(jì)成果

15 面板翹曲度云圖分析

展覽館帷幕系統(tǒng)采用異形鋼結(jié)構(gòu)，為避免產(chǎn)生信息誤差，利用參數(shù)化手段提取建筑模型的幕墻結(jié)構(gòu)線(xiàn)，如幕墻玻璃板塊的劃分，生成與建筑模型信息高度匹配的結(jié)構(gòu)模型，并通過(guò)C#編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)Rhino與SAP2000模型信息數(shù)據(jù)的無(wú)縫對(duì)接，打通建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高效工作流，實(shí)現(xiàn)隨形而動(dòng)、快速修改的高效結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，利用接口程序無(wú)縫反饋含有截面信息的梁、柱及入口鋼桁架模型，再通過(guò)Python語(yǔ)言編制基于Revit、Rhino及GH的接口程序，在Revit環(huán)境中獲取截面模型后，進(jìn)入多專(zhuān)業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)階段。

4 數(shù)字技術(shù)下的三維協(xié)同設(shè)計(jì)

4.1 跨平臺(tái)數(shù)據(jù)傳遞

從參數(shù)化建筑模型、幕墻模型、結(jié)構(gòu)模型到BIM協(xié)同模型，數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑信息在虛擬環(huán)境中高質(zhì)量、高精度的跨平臺(tái)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。騰沖民俗展覽館施工圖階段，也受益于數(shù)字技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前端成果。在Rhino平臺(tái)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師主要專(zhuān)注于“數(shù)字信息模型”，如異形體量、尺寸與定位等，僅能表達(dá)建筑設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的數(shù)字幾何概念。這些數(shù)字設(shè)計(jì)成果通過(guò)平臺(tái)間接口，無(wú)縫傳遞至下一設(shè)計(jì)階段（Revit平臺(tái)），再由設(shè)計(jì)師與工程師以“族”的形式，賦予數(shù)字模型詳細(xì)的建筑屬性與功能特性信息，如門(mén)窗、結(jié)構(gòu)梁柱、風(fēng)管設(shè)備、幕墻、房間等，并進(jìn)行數(shù)字可視化表達(dá)，獲得“建筑信息模型（BIM）”，以支持項(xiàng)目在不同階段的多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。

4.2 機(jī)電管線(xiàn)排布三維設(shè)計(jì)

展覽館設(shè)計(jì)中，曲面種植土屋面螺旋向上，中心屋面由三維曲面玻璃與鋁板組成，這些為建筑內(nèi)部管線(xiàn)空間的設(shè)計(jì)帶來(lái)了難題。為使機(jī)電管線(xiàn)排布配合屋面曲面頂板并隨之向上延伸，BIM技術(shù)提供了優(yōu)選的解決方案：機(jī)電全專(zhuān)業(yè)預(yù)先在三維空間內(nèi)利用土建虛擬模型梳理出管線(xiàn)走向，對(duì)管線(xiàn)標(biāo)高進(jìn)行全面分析定位，使管線(xiàn)系統(tǒng)同樣在三維空間曲線(xiàn)上貼合曲面屋面；再通過(guò)協(xié)同作業(yè)建立BIM機(jī)電模型，并進(jìn)行管線(xiàn)綜合，直觀(guān)反映凈高狀態(tài)，生成交付成果文件。與二維管線(xiàn)綜合相比，三維管線(xiàn)綜合有著明顯的優(yōu)勢(shì)與意義，尤其是在傳統(tǒng)圖紙表達(dá)有困難的復(fù)雜空間項(xiàng)目中，三維管線(xiàn)綜合能幫助設(shè)計(jì)師更直觀(guān)、高效、充分地進(jìn)行設(shè)計(jì)，也極大地簡(jiǎn)化了后期調(diào)整的工作量。

4.3 多專(zhuān)業(yè)信息協(xié)調(diào)與管理

在騰沖民俗展覽館項(xiàng)目中，BIM技術(shù)致力于解決展覽館復(fù)雜空間中的多專(zhuān)業(yè)協(xié)同問(wèn)題，討論并記錄方案，為項(xiàng)目參與各方輸出多項(xiàng)重要成果。與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙相比，基于BIM平臺(tái)的多專(zhuān)業(yè)信息交換更具有完整性與時(shí)效性，平臺(tái)強(qiáng)大的集成技術(shù)將各專(zhuān)業(yè)數(shù)字模型整合至同一界面，可視化各專(zhuān)業(yè)間的建筑構(gòu)件關(guān)系，單專(zhuān)業(yè)的修改能夠及時(shí)得到其他專(zhuān)業(yè)的反饋，最大程度上避免了因信息遺漏而產(chǎn)生的碰撞，從而減少設(shè)計(jì)變更，提升工程品質(zhì)。

在BIM技術(shù)的輔助下，建筑信息的數(shù)據(jù)管理也將在整個(gè)設(shè)計(jì)階段逐步展開(kāi)。根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)程，運(yùn)用BIM協(xié)同管理平臺(tái)，所有數(shù)據(jù)資料采用云存儲(chǔ)管理，項(xiàng)目各方能夠在云端查看資料及模型。按照項(xiàng)目要求分配項(xiàng)目的成員、階段、專(zhuān)業(yè)、權(quán)限等，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度管理、工單管理、設(shè)備管理、成本控制、移動(dòng)化維保等全關(guān)聯(lián)的協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與BIM的協(xié)同管理。

5 結(jié)語(yǔ)

借助數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為復(fù)雜建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作組織與建造帶來(lái)了實(shí)質(zhì)性變革。參數(shù)化與BIM技術(shù)整合應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)拓展了傳統(tǒng)建筑工程的設(shè)計(jì)界面與框架思路，形成了一套自足的數(shù)字技術(shù)綜合解決方案，多維度地提升了工程質(zhì)量。結(jié)合騰沖民俗展覽館項(xiàng)目，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率的提升：利用參數(shù)化算法為復(fù)雜形體批量生產(chǎn)施工圖所需的精準(zhǔn)幾何定位信息，高效表達(dá)復(fù)雜形態(tài)的建筑設(shè)計(jì)方案，為項(xiàng)目推進(jìn)節(jié)約大量的時(shí)間和精力；在表皮精細(xì)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)參數(shù)化編程快速生成合理的網(wǎng)格細(xì)分方案，并在曲面擬合度、網(wǎng)格順整、面板平直度、建筑適應(yīng)性等方面進(jìn)行迭代優(yōu)化，拓展建筑師在表皮設(shè)計(jì)上的把控度。

16 復(fù)雜參數(shù)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

17 機(jī)電管線(xiàn)排布三維設(shè)計(jì)

18 多專(zhuān)業(yè)BIM 三維協(xié)同設(shè)計(jì)

19 入口透視效果圖

20 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作流與騰沖市民俗展覽館數(shù)字技術(shù)綜合解決方案工作流的比較

（2）施工控制：數(shù)字技術(shù)生成的全專(zhuān)業(yè)BIM模型與表皮精細(xì)化模型可直接傳遞給施工方和幕墻深化方，減少二維圖紙傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的信息誤解和信息丟失，三維數(shù)字信息可指導(dǎo)施工定位，幫助施工方充分理解復(fù)雜空間建造，保證建筑完成效果。

（3）工作流的簡(jiǎn)化：數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)平臺(tái)優(yōu)化不同設(shè)計(jì)階段、不同平臺(tái)間的數(shù)據(jù)傳遞，消除信息孤島，使不同專(zhuān)業(yè)間的溝通更加高效，避免在傳統(tǒng)工作模式下各專(zhuān)業(yè)信息不同步等導(dǎo)致的大量協(xié)調(diào)問(wèn)題。

新的設(shè)計(jì)問(wèn)題促進(jìn)設(shè)計(jì)工具、手段的革新，新技術(shù)應(yīng)用之初可以提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，隨著技術(shù)的密集度越來(lái)越高，技術(shù)的螺旋迭代使得全新的設(shè)計(jì)工作流、設(shè)計(jì)思維方式逐漸形成，甚至產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)哲學(xué)系統(tǒng)，從而有望徹底改變建筑設(shè)計(jì)的面貌。本文以騰沖市民俗展覽館為例，通過(guò)多種設(shè)計(jì)技術(shù)的“器”，形成新技術(shù)的密集應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上提出一整套復(fù)雜建筑設(shè)計(jì)技術(shù)解決方案，實(shí)現(xiàn)由“術(shù)”到“道”的提升，為國(guó)內(nèi)數(shù)字設(shè)計(jì)行業(yè)提供討論范本。隨著建筑從業(yè)者對(duì)數(shù)字技術(shù)的不斷探索與實(shí)踐，可以預(yù)見(jiàn)，數(shù)字技術(shù)將會(huì)在未來(lái)建筑設(shè)計(jì)與建造領(lǐng)域拓展出更多、更寬廣的可能。