BIM量化分析在建筑設計中的應用

盛雙和

（上海同濟華潤建筑設計研究院有限公司，上海 200092）

1 引言

隨著建筑市場的發展，人們對于建筑質量的要求不斷提高，而傳統設計方法難以應對新的需求，技術升級成為行業發展迫在眉睫的重要任務。BIM技術的興起為問題的解決提供了一條可行路徑。通過建立完備的三維建筑模型，建筑信息能夠有序地組織并整合起來，并在產業鏈中傳遞流轉，將各個參與方有機連接起來，為建筑設計提供了一些新的可能。

相比于傳統的二維圖紙，三維模型能方便地反映更多信息，進行量化分析也更有優勢。在一些以往被忽略或難以統計的數據，能夠通過BIM技術進行量化分析，使設計師考慮得更全面、周到，使后期工作有堅實可靠的數據支撐，發掘新的應用價值。

2 基于Dynamo的量化分析

2.1 BIM與Dynamo簡介

BIM全 稱為Building Information Modeling，即 建筑信息模型，其是以三維技術為基礎，通過集成各種工程數據模型，為設計、施工、運營提供協調一致且可運算的信息，并進行管理的過程。

BIM不只是模型，更是建筑的數據庫。BIM使用的智能對象包含幾何圖形和數據，如外觀尺寸、構件類型、對象編號、用料材質等。BIM將數據與模型結合在一起，有利于建筑信息的共享與整合，從而提高設計效率，保證設計質量。

Dynamo是搭載在Autodesk Revit平臺上的可視化編程軟件，Revit與Dynamo之間可進行數據交互。Dynamo程序由節點與節點之間的連線構成，表達了清晰的邏輯關系，操作靈活，使用方便，使無程序員背景的普通設計師也能輕易上手使用。

2.2 量化分析原理

通過編寫Dynamo程序，首先提取BIM模型中的基礎數據，然后在Dynamo中進行數據整理、批量分析，最后將數據轉化為可視化圖形表示，將分析結果傳遞回BIM模型中。

2.3 Dynamo量化分析的優點

（1）能與Revit進行無縫鏈接。建立圖元對象對應關系之后，Revit中的修改能即時反映到Dynamo中，反向亦是如此。方便設計師在設計過程中反復推敲，提高效率。

（2）彌補了Revit的功能短板。Dynamo能夠方便地實現批量數據處理，以及對復雜形體對象的建模與分析，使Revit的功能更完整。

（3）能與多種軟件交互。除了Revit以外，Dynamo還能與CAD、Excel等常用軟件進行數據交換，能夠提高數據利用率，并將數據高效地轉化為表格、圖紙等可視化成果。

3 BIM量化分析實踐

景觀視野價值在特定類型的項目中，例如度假酒店、文旅小鎮客棧等，扮演著非常重要的角色。而由于建筑物位置、視點位置、遮擋物的不同，每個客房的景觀視野價值各有不同。文章利用Dynamo能夠批量處理數據的特點，編寫了能夠對景觀視野價值進行量化分析的程序，以提升設計質量，為項目市場價值的估計提供數據參考。

3.1 建立分析對象

三維BIM模型是進行分析的基礎。在Revit中，使用“體量”工具建立分析對象的三維模型。其中，建筑物分為待分析建筑與遮擋建筑，景觀帶被遮擋建筑隔開。待分析建筑按各層標高建立樓層，為后續客房定位做準備（見圖1）。

圖1 分析模型平面圖與軸測圖

3.2 導入操作對象

由于Dynamo與Revit的圖形數據格式不同，需要通過節點先拾取Revit的圖形，再轉化為Dynamo的格式。常用的導入節點分為以下兩類。

（1）在Dynamo中選擇類型，從Revit模型中導入所有該類型的內容，導入的是整體的圖元。

（2）對于特定的類型，在Revit中點擊要導入的內容，導入的是圖元的一部分。

在本例中，導入待分析的建筑立面采用了第二種類型中的“Select Face”節點，選擇面向景觀的一面。采用“Element.Faces”節點轉化。

3.3 建立坐標系

（1）構建客房視點。對于待分析的建筑立面，需要每間客房確定一個視點，并將其作為單獨的分析對象。按導入的立面，將開間方向作為X軸，層高方向作為Y軸，建立直角坐標系。每間客房以開間、層高位尺寸，占據一個坐標系單元。以這個坐標系單元的中點，作為該客房的視點。

（2）構建景觀帶采樣點。客房能看見的景觀帶面積越大，則該間客房的景觀視野價值越高。對景觀帶進行采樣處理，在其表面均勻地生成采樣點（見圖2）。為平衡程序運算的流暢度與分析結果的精確度，采樣點的密度可調：密度越高，則量化分析結果越精確；密度越低，程序運算越流暢。

圖2 建立坐標系及采樣點

3.4 生成視線路徑

（1）連點成線。將客房視點與景觀采樣點相連生成直線，作為待分析的視線?？头恳朁c與景觀采樣點分別包含在兩個列表中，連線操作即是對列表進行操作，以生成一個包含了視線的新列表。此處的列表操作前，應使兩個列表處于同一層級，否則數據之間無法產生一一對應的關系，不能滿足分析需要。采用“Flatten”節點將列表統一至1層級。

（2）三種連綴方式。對兩個列表進行操作時，數據之間有三種基本的對應關系。這種對應關系在Dynamo中被稱為“連綴”，三種連綴分別為最短、最長、叉積。①最短：數據一一對應進行操作，直到較短的列表數據操作結束后終止，較長的列表末尾的一部分數據不進行操作。②最長：數據一一對應進行操作，當較短的列表數據操作結束后，反復使用該列表最后一個數據，與較長列表數據進行操作。③叉積：為每個數據進行所有可能的對應操作。單個視點應與每個景觀采樣點相連，每個視點都應與景觀采樣點進行配對，此處的列表操作應采用叉積的連綴方式。

3.5 篩選無遮擋的視線

未被遮擋物遮擋的視線能夠從視點看到景觀帶，即為有價值的視線。篩選方法為將視線與遮擋物是否相交逐個進行判斷，若無相交關系，即為無遮擋視線。采用“Geometry.DoseInterset”節點進行判斷，輸出端為布爾值。

3.6 價值計算與顏色表達

將每條無遮擋視線計為一分，所記分值越高，則該客房的景觀視野價值越高。統計以上輸出端布爾值中的“Flase”數量，即無相交的數量。

為了能直觀地評估每間客房的景觀視野價值，根據價值的高低賦予不同的顏色。價值越高，越偏向綠色價值越低，越偏向橘色。顏色表達從Dynamo傳遞到Revit中，以便于查看推敲，在設計過程中方便地進行調整優化（見圖3）。

3.7 成果輸出

為便于量化分析的數據結果進一步的統計和檢查，數據被從Dynamo中寫入Excel工作表中（見圖4）。Excel作為應用廣泛的軟件格式，能夠降低各方的溝通成本，為后期客房價值的估算提供可靠的數據依據。

圖3 顏色表達從Dynamo傳遞到Revit

圖4 從Dynamo導出Excel表格

4 功能拓展

4.1 復雜環境分析

隨著周邊環境變得越復雜，設計人員直觀判斷的可靠性越低，Dynamo量化分析的優越性也就越大。由于Dynamo量化分析程序具有廣泛的適用、易用性，程序本身不需要進行復雜的修改，只需要在Revit中建立周邊環境的模型，導入Dynamo即可。

4.2 多維價值分析

本例中景觀價值通過無遮擋視線的數量決定，為單維度價值分析。在更為具體的設計過程中，可以視項目要求增加更多維度，例如視線的不同長度、景觀采樣點的不同價值等，可以在景觀價值總分中分配不同的權重，使量化分析結果的含金量提高。

5 結語

文章通過對于Dynamo的研究與實踐，表明Dynamo的程序節點看似繁復，但其模塊化的特性使編寫過程簡化了許多，更為關鍵的還是邏輯思路。程序完成以后，設計師只需一鍵點擊運行就能自動輸出結果，提高了工作效率與設計質量。

BIM不僅是建模工具，更是一個數據管理平臺。Dynamo可以利用模型中的數據進行批量處理、量化分析、統計輸出，能夠成為項目參與各方提供數據參考，為構建BIM數據紐帶提供支撐。隨著BIM的發展，Dynamo等數據處理利器會發揮越來越重要的作用。