劉倩昆 秦玉蘭（吉安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 安福 343200）

隨著異形建筑造型越來越復(fù)雜，依附于建筑上的信息量也在不斷增大，如何快速準(zhǔn)確地建立、使用、管理這些信息成為業(yè)界難題。參數(shù)化技術(shù)為幾何形體的建構(gòu)提供了靈活的控制途徑，而BIM平臺(tái)由于可以有效整合整個(gè)建筑全生命周期的信息，因此數(shù)據(jù)流傳遞的完整性與便捷性會(huì)影響到整個(gè)建筑流程的效率[1,2]。本研究旨在針對(duì)異形建筑曲面外形不規(guī)則，具有大量非標(biāo)準(zhǔn)建筑構(gòu)件，進(jìn)行準(zhǔn)確建模非常困難，處理相當(dāng)煩瑣，工作量極大等問題。主要研究異形曲面基于BIM參數(shù)化軟件的邏輯建構(gòu)、曲面建模方法、信息數(shù)據(jù)如何傳遞給其他專業(yè)模型等問題。以Revit及其插件Dynamo為平臺(tái)，試圖通過對(duì)目前吉安市高鐵新區(qū)“五指峰三中心”異形建筑群進(jìn)行實(shí)例研究，采用“手動(dòng)建模+參數(shù)生成形體”的軌跡根據(jù)會(huì)展中心的外觀特征尋找適合的數(shù)學(xué)模型或邏輯依據(jù)，生成非標(biāo)準(zhǔn)化建筑形體，總結(jié)出目前典型異形曲面形態(tài)生成的邏輯，構(gòu)建方法、優(yōu)越性。提出基于“邏輯-參數(shù)-形體”的異形建筑曲面深化設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的流程建議和技術(shù)方案，解決復(fù)雜構(gòu)件難以管理、軟件之間數(shù)據(jù)難以傳遞與交換的問題，實(shí)現(xiàn)異形建筑參數(shù)化構(gòu)建。

1 研究內(nèi)容

（1）異形建筑參數(shù)化構(gòu)建方法理論研究，通過對(duì)目前國內(nèi)外BIM技術(shù)、參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)理論、現(xiàn)狀進(jìn)行研究，并對(duì)BIM技術(shù)的核心特征、概念內(nèi)涵、參數(shù)化建模原理以及已有的技術(shù)、方法等進(jìn)行總結(jié)，為本文提供理論基礎(chǔ)及方法指導(dǎo)。

（2）闡述當(dāng)下基于BIM的異形建筑曲面參數(shù)建模方法，信息數(shù)據(jù)如何傳遞給其他專業(yè)模型及構(gòu)建效果展示形式。采用附有Dynamo插件、橄欖山快模插件（土建、機(jī)電、管綜、精裝）的Revit軟件，用例圖、平、立、剖、三維圖、族類表示異形建筑模型[3]。運(yùn)用邏輯語言和函數(shù)公式創(chuàng)建BIM的族模板，初步使用Revit軟件進(jìn)行參數(shù)化翻模訓(xùn)練。以圖紙、Lumion渲染視頻、Fuzor漫游視頻形式展現(xiàn)需求，附以文字資料、表格等形式再方便展現(xiàn)需求的其他屬性和信息。

（3）通過對(duì)吉安市高鐵新區(qū)“五指峰三中心”異形建筑群建構(gòu)案例之間的橫向?qū)Ρ?，探尋曲面形態(tài)的主要建構(gòu)方法及邏輯。針對(duì)不同曲面類型提出合理的建構(gòu)方案，探索基于Dynamo異形曲面參數(shù)化建模方法，實(shí)現(xiàn)曲面參數(shù)化控制，并對(duì)所生成的曲面進(jìn)行網(wǎng)格劃分和方案優(yōu)化。

（4）結(jié)合吉安高鐵新區(qū)會(huì)展中心項(xiàng)目實(shí)踐案例提出優(yōu)化的建筑外觀建模流程框架和技術(shù)方案，展開基于BIM平臺(tái)的異形建筑參數(shù)建模流程。進(jìn)行基于上述流程和方案的BIM建筑參數(shù)異形曲面模型應(yīng)用，驗(yàn)證相關(guān)流程框架的應(yīng)用效果，總結(jié)出基于Dynamo插件的BIM 參數(shù)化技術(shù)在異形建筑中應(yīng)用的關(guān)鍵問題。以吉安市高鐵新區(qū)會(huì)展中心曲面建筑外觀造型為實(shí)踐對(duì)象，首先通過對(duì)異形建筑曲面外觀和幕墻工程項(xiàng)目的案例分析，再進(jìn)行實(shí)證研究，包括外觀、幕墻造型的參數(shù)化建模、數(shù)據(jù)處理和輸出效果、各專業(yè)模型銜接、碰撞檢查、出圖、工程量清單等內(nèi)容，總結(jié)關(guān)鍵問題，為以后BIM技術(shù)在異形建筑工程中的實(shí)施提供參考。

2 BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)-參數(shù)化智能設(shè)計(jì)

BIM是利用數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的過程，其核心就是建立一個(gè)由計(jì)算機(jī)三維模型及其屬性所構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫，完成模型信息與各專業(yè)之間數(shù)據(jù)的共享與傳遞。參數(shù)化設(shè)計(jì)是將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為邏輯推理過程的方法，核心理念是把影響建筑設(shè)計(jì)的多方面復(fù)雜因素都轉(zhuǎn)化成函數(shù)的參數(shù)，通過算法函數(shù)的改變，為設(shè)計(jì)生成各種方案的過程。、

2.1 項(xiàng)目概況

吉安國際會(huì)展中心位于吉安市中心城區(qū)西北部，東抵規(guī)劃東塘大道，南至規(guī)劃廣場南路，西至規(guī)劃前進(jìn)大道，北至陽明西路。占地面積為62.16畝，總建筑面積約為70415m2，其中地下建筑面積為24639m2，地上建筑面積為45776m2，規(guī)劃配建停車位549個(gè)，其中標(biāo)準(zhǔn)車位538個(gè)，無障礙車位4個(gè)，子車位4個(gè)，微型車位5個(gè)，共3個(gè)雙車道出入口。該項(xiàng)目是吉安市現(xiàn)代綜合性會(huì)展中心，也是吉安提升城市功能品質(zhì)的精品工程之一。該項(xiàng)目確保在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)曲面外觀設(shè)計(jì)，保障數(shù)據(jù)模型和施工實(shí)際無出入對(duì)接，幫助甲方實(shí)現(xiàn)工期、質(zhì)量和成本控制，項(xiàng)目成果得到甲方的好評(píng)?，F(xiàn)介紹BIM技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)過程，采用Dynamo進(jìn)行參數(shù)化建模，如圖1所示。

圖1 Dynamo參數(shù)化建模流程圖

2.2 建模過程

通過設(shè)計(jì)院提供的圖紙初步建立建筑等各專業(yè)BIM模型，搭建過程中對(duì)圖紙進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，對(duì)模型表達(dá)內(nèi)容具體化。各專業(yè)BIM模型完成搭建后進(jìn)行整合，大致真實(shí)的表達(dá)項(xiàng)目整體情況和協(xié)調(diào)狀況。重點(diǎn)對(duì)建筑模型進(jìn)行補(bǔ)充表達(dá)，完成坐標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)處理：根據(jù)圖紙?zhí)崛∽鴺?biāo)點(diǎn)位數(shù)。由會(huì)展中心圖紙表明建筑物整體造型不規(guī)則，由5個(gè)不同曲率的曲面（其中平移曲面2個(gè)，可展開曲面1個(gè)和直紋曲面2個(gè)）拼合而成，鋼結(jié)構(gòu)模型與蛋殼模型碰撞檢查，校核鋼結(jié)構(gòu)圖紙、坐標(biāo)、點(diǎn)位。

在基于Autodesk平臺(tái)的BIM環(huán)境中充分發(fā)揮計(jì)算式設(shè)計(jì)能力，通過自動(dòng)化、模擬計(jì)算、腳本編寫和參數(shù)化等技術(shù)手段，完善數(shù)據(jù)處理、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)控制的功能。按照Dynamo建模思路，獲取控制構(gòu)件源參數(shù)，設(shè)計(jì)算法，再進(jìn)行邏輯優(yōu)化，預(yù)定義節(jié)點(diǎn)連接，參數(shù)驅(qū)動(dòng)。會(huì)展中心為不規(guī)則曲面，不能用單一函數(shù)解析式描述的非線性曲面形體，采用幾種常用的基礎(chǔ)控制面套用會(huì)展中心，擬選定直紋曲面、平移曲面、旋轉(zhuǎn)曲面、可展開曲面和雙曲面。確定可展開曲面形式構(gòu)件起點(diǎn)，應(yīng)用Dynamo根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)放置族實(shí)例，分別放置節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)球族，為方便后期運(yùn)用審查，添加實(shí)例參數(shù)：編號(hào)、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、X坐標(biāo)，并分別對(duì)應(yīng)賦參數(shù)值。觀察動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并不斷調(diào)整至合理參數(shù)范圍，數(shù)據(jù)之間含邏輯關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息互通，智能化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

網(wǎng)格生成，在異形曲面上提取離散點(diǎn)，構(gòu)建節(jié)點(diǎn)間拓?fù)潢P(guān)系生成網(wǎng)絡(luò)?；诰W(wǎng)格數(shù)量劃分的基本思想是：對(duì)于NURBS曲面，其參數(shù)域?yàn)橐粋€(gè)二維矩形，參數(shù)范圍為0≤U,V≤1在該二維矩形內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到參數(shù)網(wǎng)格，然后將參數(shù)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)參數(shù)坐標(biāo)(Ui,Vj)代入NURBS曲面方程中，得到曲面上對(duì)應(yīng)于該拓?fù)渚W(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的空間點(diǎn)P(Ui,Vj)。網(wǎng)格寬度劃分上，在NURBS曲面上沿某參數(shù)方向提取出一系列結(jié)構(gòu)線，然后再等弦長劃分每條結(jié)構(gòu)線，將產(chǎn)生的分割點(diǎn)作為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，即可從曲面上提取出建立網(wǎng)格所需的節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)節(jié)點(diǎn)編號(hào)放置自適應(yīng)構(gòu)件、字典、運(yùn)用播放器，手動(dòng)重復(fù)放置，最終完成會(huì)展中心異形鋼結(jié)構(gòu)模型及外幕墻創(chuàng)建。異形建筑非標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件繁多，在建模過程中，需要手動(dòng)的去創(chuàng)建構(gòu)件，利用Dynamo實(shí)現(xiàn)構(gòu)件自動(dòng)化布置。

和各專業(yè)模型碰撞檢查，有效避讓。在后期搭建結(jié)構(gòu)、設(shè)備模型的過程中，發(fā)生碰撞后，應(yīng)將碰撞位置進(jìn)行標(biāo)記，利用Navisworks軟件進(jìn)行碰撞檢查，判斷合理性和避讓要求，對(duì)建筑曲面模型或者結(jié)構(gòu)、設(shè)備模型進(jìn)行調(diào)整。

導(dǎo)出國標(biāo)工程量清單?？梢愿鶕?jù)優(yōu)化后的曲面參數(shù)模型直接導(dǎo)出國標(biāo)工程量清單，可按照建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、裝飾等各系統(tǒng)分開，分層搭建，構(gòu)件拆分細(xì)分，滿足國標(biāo)工程量清單統(tǒng)計(jì)要求。每個(gè)構(gòu)件都有相應(yīng)的項(xiàng)目編碼，也可按建筑工程清單計(jì)量規(guī)范修改項(xiàng)目編碼，添加每個(gè)清單項(xiàng)目的特征描述，核準(zhǔn)清單工程量的準(zhǔn)確性。模型和數(shù)據(jù)可對(duì)接專業(yè)計(jì)量計(jì)價(jià)軟件如廣聯(lián)達(dá)，斯維爾等。

3 應(yīng)用價(jià)值

（1）BIM技術(shù)在異形建筑與常規(guī)建筑中的應(yīng)用對(duì)比，空間定位準(zhǔn)確，構(gòu)建信息分類管理。對(duì)于常規(guī)建筑，外觀量與量之間按比例成直線關(guān)系，而異性建筑量與量不按比例，不成直線的關(guān)系，異形曲面形式難以生成，復(fù)雜構(gòu)建難以管理，軟件之間數(shù)據(jù)難以傳遞，所以在BIM建模方式上，需要采用“手動(dòng)建模+參數(shù)生成形體”的方式，根據(jù)某一特定問題尋找適合的數(shù)學(xué)模型或邏輯依據(jù)，生成形體，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的大量加工制造，為使以后各個(gè)部位、階段的數(shù)據(jù)能快速準(zhǔn)確地被檢索到，在建模過程中會(huì)對(duì)每一個(gè)構(gòu)件進(jìn)行唯一的排序編號(hào)。這一特征就造成在信息傳遞與表達(dá)上，異形建筑能夠在空間上定位準(zhǔn)確，構(gòu)建信息分系統(tǒng)管理、分析、傳遞。

（2）快速拼裝、快速建模。利用參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)化BIM戶型和標(biāo)準(zhǔn)化BIM立面模塊快速搭建土建和機(jī)電模型,可以大大提升建模效率,從而快速完成后續(xù)的施工圖出圖，滿足業(yè)主日益增長的高增長的需求。

（3）高效變更。利用參數(shù)化技術(shù)可以即時(shí)變更BIM戶型和立面模塊,當(dāng)需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行變更時(shí),既方便又高效。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化單元。在標(biāo)準(zhǔn)化BIM戶型的基礎(chǔ)上可以組合標(biāo)準(zhǔn)化單元再拼裝成樓棟，進(jìn)一步提高建模出圖效率,同時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量更有保障。

（5）本項(xiàng)目在創(chuàng)建方案模型后的深化設(shè)計(jì)過程中,可實(shí)時(shí)查看弧形屋面與鋼結(jié)構(gòu)及設(shè)備管線的空間關(guān)系，及時(shí)調(diào)整構(gòu)造方案,避免了很多無效的設(shè)計(jì)深化工作。通過建立精準(zhǔn)的施工圖模型，精確定位構(gòu)建的坐標(biāo)點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)及設(shè)備專業(yè)提供了詳細(xì)而精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐,在設(shè)計(jì)變更過程中，利用Dynamo編程節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建異性鋼結(jié)構(gòu)桁架，極大的提高了設(shè)計(jì)變更的效率。

4 結(jié)語

在本項(xiàng)目執(zhí)行過程中,如何準(zhǔn)確定位與調(diào)整形體,大量非標(biāo)準(zhǔn)化的異形構(gòu)件如何管理，異形構(gòu)件能否加工并在現(xiàn)場實(shí)施等是擺在建筑師們面前的難題。通過參數(shù)化創(chuàng)建方式建立的BIM模型,具有可控、精確、三維可視等特點(diǎn),生成的漫游動(dòng)畫可直觀展現(xiàn)整體造型。建筑建模與結(jié)構(gòu)建模同時(shí)進(jìn)行,方便各專業(yè)開展性能分析和審閱,方便建筑方案優(yōu)化,平衡合理性與造價(jià),快速準(zhǔn)確的完成異形構(gòu)件的加工建造,同時(shí)保證質(zhì)量與速度。異形造型空間復(fù)雜,二維技術(shù)幾乎無法應(yīng)對(duì)多次反復(fù)的修改。在三維模型中,所見即所得,信息相互關(guān)聯(lián),一改全改,極大地節(jié)省了人力與時(shí)間成本。BIM技術(shù)不僅可通過三維協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)與模型建構(gòu)，還可以便捷地獲得精確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)、工程量等指標(biāo)。信息互用與表達(dá)能幫助團(tuán)隊(duì)和參與方更高效協(xié)調(diào)處理復(fù)雜形體和構(gòu)件[4，5]。

其次，通過三維可視化直觀表達(dá)建筑、結(jié)構(gòu)、精裝和設(shè)備之間的關(guān)系，在建筑BIM模型上導(dǎo)出的邏輯數(shù)據(jù)信息添加到其他專業(yè)模型上，識(shí)別共同的模型屬性，實(shí)現(xiàn)信息與模型的結(jié)合，為搭建會(huì)展中心項(xiàng)目整體模型提供了直觀的依據(jù)。由于BIM模型包含了項(xiàng)目的幾何、物理和功能等完整信息，BIM可視化可以幫助使用者直接從BIM建筑模型中獲取需要的幾何、材料、光源、運(yùn)維等信息，而且可視化模型可以隨著BIM設(shè)計(jì)模型的改變而動(dòng)態(tài)更新。甲方想到需要改變的地方可迅速做出改變，保證可視程度與設(shè)計(jì)要求一致。

最后，工程項(xiàng)目普遍設(shè)計(jì)范圍較廣，協(xié)調(diào)專業(yè)較多，結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜。對(duì)異形建筑來講更是如此。通過BIM參數(shù)設(shè)計(jì)模型的搭建，可以直觀反映建筑空間與建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件如鋼梁、頂棚等的銜接問題。通過BIM曲面參數(shù)模型的直觀效果可使各專業(yè)進(jìn)行有效避讓，避免碰撞，為后續(xù)施工帶來視圖便捷，減少不同專業(yè)之間的相互影響，降低工程成本，同時(shí)保證工期。