基于BIM正向設計的異形建筑參數構建方法研究*
——以吉安高鐵新區會展中心為例

劉倩昆 秦玉蘭（吉安職業技術學院，江西 安福 343200）

隨著異形建筑造型越來越復雜，依附于建筑上的信息量也在不斷增大，如何快速準確地建立、使用、管理這些信息成為業界難題。參數化技術為幾何形體的建構提供了靈活的控制途徑，而BIM平臺由于可以有效整合整個建筑全生命周期的信息，因此數據流傳遞的完整性與便捷性會影響到整個建筑流程的效率[1,2]。本研究旨在針對異形建筑曲面外形不規則，具有大量非標準建筑構件，進行準確建模非常困難，處理相當煩瑣，工作量極大等問題。主要研究異形曲面基于BIM參數化軟件的邏輯建構、曲面建模方法、信息數據如何傳遞給其他專業模型等問題。以Revit及其插件Dynamo為平臺，試圖通過對目前吉安市高鐵新區“五指峰三中心”異形建筑群進行實例研究，采用“手動建模+參數生成形體”的軌跡根據會展中心的外觀特征尋找適合的數學模型或邏輯依據，生成非標準化建筑形體，總結出目前典型異形曲面形態生成的邏輯，構建方法、優越性。提出基于“邏輯-參數-形體”的異形建筑曲面深化設計與數據處理的流程建議和技術方案，解決復雜構件難以管理、軟件之間數據難以傳遞與交換的問題，實現異形建筑參數化構建。

1 研究內容

（1）異形建筑參數化構建方法理論研究，通過對目前國內外BIM技術、參數化設計技術理論、現狀進行研究，并對BIM技術的核心特征、概念內涵、參數化建模原理以及已有的技術、方法等進行總結，為本文提供理論基礎及方法指導。

（2）闡述當下基于BIM的異形建筑曲面參數建模方法，信息數據如何傳遞給其他專業模型及構建效果展示形式。采用附有Dynamo插件、橄欖山快模插件（土建、機電、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]。運用邏輯語言和函數公式創建BIM的族模板，初步使用Revit軟件進行參數化翻模訓練。以圖紙、Lumion渲染視頻、Fuzor漫游視頻形式展現需求，附以文字資料、表格等形式再方便展現需求的其他屬性和信息。

（3）通過對吉安市高鐵新區“五指峰三中心”異形建筑群建構案例之間的橫向對比，探尋曲面形態的主要建構方法及邏輯。針對不同曲面類型提出合理的建構方案，探索基于Dynamo異形曲面參數化建模方法，實現曲面參數化控制，并對所生成的曲面進行網格劃分和方案優化。

（4）結合吉安高鐵新區會展中心項目實踐案例提出優化的建筑外觀建模流程框架和技術方案，展開基于BIM平臺的異形建筑參數建模流程。進行基于上述流程和方案的BIM建筑參數異形曲面模型應用，驗證相關流程框架的應用效果，總結出基于Dynamo插件的BIM 參數化技術在異形建筑中應用的關鍵問題。以吉安市高鐵新區會展中心曲面建筑外觀造型為實踐對象，首先通過對異形建筑曲面外觀和幕墻工程項目的案例分析，再進行實證研究，包括外觀、幕墻造型的參數化建模、數據處理和輸出效果、各專業模型銜接、碰撞檢查、出圖、工程量清單等內容，總結關鍵問題，為以后BIM技術在異形建筑工程中的實施提供參考。

2 BIM三維協同設計-參數化智能設計

BIM是利用數字模型對項目進行設計、施工和運營的過程，其核心就是建立一個由計算機三維模型及其屬性所構成的數據庫，完成模型信息與各專業之間數據的共享與傳遞。參數化設計是將設計問題轉化為邏輯推理過程的方法，核心理念是把影響建筑設計的多方面復雜因素都轉化成函數的參數，通過算法函數的改變，為設計生成各種方案的過程。、

2.1 項目概況

吉安國際會展中心位于吉安市中心城區西北部，東抵規劃東塘大道，南至規劃廣場南路，西至規劃前進大道，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，規劃配建停車位549個，其中標準車位538個，無障礙車位4個，子車位4個，微型車位5個，共3個雙車道出入口。該項目是吉安市現代綜合性會展中心，也是吉安提升城市功能品質的精品工程之一。該項目確保在設計階段實現BIM技術曲面外觀設計，保障數據模型和施工實際無出入對接，幫助甲方實現工期、質量和成本控制，項目成果得到甲方的好評?，F介紹BIM技術參數設計過程，采用Dynamo進行參數化建模，如圖1所示。

圖1 Dynamo參數化建模流程圖

2.2 建模過程

通過設計院提供的圖紙初步建立建筑等各專業BIM模型，搭建過程中對圖紙進行查缺補漏，對模型表達內容具體化。各專業BIM模型完成搭建后進行整合，大致真實的表達項目整體情況和協調狀況。重點對建筑模型進行補充表達，完成坐標點位數據處理：根據圖紙提取坐標點位數。由會展中心圖紙表明建筑物整體造型不規則，由5個不同曲率的曲面（其中平移曲面2個，可展開曲面1個和直紋曲面2個）拼合而成，鋼結構模型與蛋殼模型碰撞檢查，校核鋼結構圖紙、坐標、點位。

在基于Autodesk平臺的BIM環境中充分發揮計算式設計能力，通過自動化、模擬計算、腳本編寫和參數化等技術手段，完善數據處理、關聯結構和幾何參數控制的功能。按照Dynamo建模思路，獲取控制構件源參數，設計算法，再進行邏輯優化，預定義節點連接，參數驅動。會展中心為不規則曲面，不能用單一函數解析式描述的非線性曲面形體，采用幾種常用的基礎控制面套用會展中心，擬選定直紋曲面、平移曲面、旋轉曲面、可展開曲面和雙曲面。確定可展開曲面形式構件起點，應用Dynamo根據坐標點放置族實例，分別放置節點坐標球族，為方便后期運用審查，添加實例參數：編號、X坐標、Y坐標、X坐標，并分別對應賦參數值。觀察動態數據并不斷調整至合理參數范圍，數據之間含邏輯關聯，實現信息互通，智能化設計的基礎。

網格生成，在異形曲面上提取離散點，構建節點間拓撲關系生成網絡?；诰W格數量劃分的基本思想是：對于NURBS曲面，其參數域為一個二維矩形，參數范圍為0≤U,V≤1在該二維矩形內進行網格劃分得到參數網格，然后將參數網格的節點參數坐標(Ui,Vj)代入NURBS曲面方程中，得到曲面上對應于該拓撲網格節點的空間點P(Ui,Vj)。網格寬度劃分上，在NURBS曲面上沿某參數方向提取出一系列結構線，然后再等弦長劃分每條結構線，將產生的分割點作為網格節點，即可從曲面上提取出建立網格所需的節點。

根據節點編號放置自適應構件、字典、運用播放器，手動重復放置，最終完成會展中心異形鋼結構模型及外幕墻創建。異形建筑非標準化構件繁多，在建模過程中，需要手動的去創建構件，利用Dynamo實現構件自動化布置。

和各專業模型碰撞檢查，有效避讓。在后期搭建結構、設備模型的過程中，發生碰撞后，應將碰撞位置進行標記，利用Navisworks軟件進行碰撞檢查，判斷合理性和避讓要求，對建筑曲面模型或者結構、設備模型進行調整。

導出國標工程量清單?？梢愿鶕灮蟮那鎱的Ｐ椭苯訉С鰢鴺斯こ塘壳鍐危砂凑战ㄖ⒔Y構、設備、裝飾等各系統分開，分層搭建，構件拆分細分，滿足國標工程量清單統計要求。每個構件都有相應的項目編碼，也可按建筑工程清單計量規范修改項目編碼，添加每個清單項目的特征描述，核準清單工程量的準確性。模型和數據可對接專業計量計價軟件如廣聯達，斯維爾等。

3 應用價值

（1）BIM技術在異形建筑與常規建筑中的應用對比，空間定位準確，構建信息分類管理。對于常規建筑，外觀量與量之間按比例成直線關系，而異性建筑量與量不按比例，不成直線的關系，異形曲面形式難以生成，復雜構建難以管理，軟件之間數據難以傳遞，所以在BIM建模方式上，需要采用“手動建模+參數生成形體”的方式，根據某一特定問題尋找適合的數學模型或邏輯依據，生成形體，對于非標準構件的大量加工制造，為使以后各個部位、階段的數據能快速準確地被檢索到，在建模過程中會對每一個構件進行唯一的排序編號。這一特征就造成在信息傳遞與表達上，異形建筑能夠在空間上定位準確，構建信息分系統管理、分析、傳遞。

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

（3）高效變更。利用參數化技術可以即時變更BIM戶型和立面模塊,當需要對設計進行變更時,既方便又高效。

（4）標準化單元。在標準化BIM戶型的基礎上可以組合標準化單元再拼裝成樓棟，進一步提高建模出圖效率,同時，對設計質量更有保障。

（5）本項目在創建方案模型后的深化設計過程中,可實時查看弧形屋面與鋼結構及設備管線的空間關系，及時調整構造方案,避免了很多無效的設計深化工作。通過建立精準的施工圖模型，精確定位構建的坐標點，為結構及設備專業提供了詳細而精準的數據支撐,在設計變更過程中，利用Dynamo編程節點創建異性鋼結構桁架，極大的提高了設計變更的效率。

4 結語

在本項目執行過程中,如何準確定位與調整形體,大量非標準化的異形構件如何管理，異形構件能否加工并在現場實施等是擺在建筑師們面前的難題。通過參數化創建方式建立的BIM模型,具有可控、精確、三維可視等特點,生成的漫游動畫可直觀展現整體造型。建筑建模與結構建模同時進行,方便各專業開展性能分析和審閱,方便建筑方案優化,平衡合理性與造價,快速準確的完成異形構件的加工建造,同時保證質量與速度。異形造型空間復雜,二維技術幾乎無法應對多次反復的修改。在三維模型中,所見即所得,信息相互關聯,一改全改,極大地節省了人力與時間成本。BIM技術不僅可通過三維協同平臺進行設計與模型建構，還可以便捷地獲得精確的技術經濟、工程量等指標。信息互用與表達能幫助團隊和參與方更高效協調處理復雜形體和構件[4，5]。

其次，通過三維可視化直觀表達建筑、結構、精裝和設備之間的關系，在建筑BIM模型上導出的邏輯數據信息添加到其他專業模型上，識別共同的模型屬性，實現信息與模型的結合，為搭建會展中心項目整體模型提供了直觀的依據。由于BIM模型包含了項目的幾何、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、運維等信息，而且可視化模型可以隨著BIM設計模型的改變而動態更新。甲方想到需要改變的地方可迅速做出改變，保證可視程度與設計要求一致。

最后，工程項目普遍設計范圍較廣，協調專業較多，結構錯綜復雜。對異形建筑來講更是如此。通過BIM參數設計模型的搭建，可以直觀反映建筑空間與建筑結構構件如鋼梁、頂棚等的銜接問題。通過BIM曲面參數模型的直觀效果可使各專業進行有效避讓，避免碰撞，為后續施工帶來視圖便捷，減少不同專業之間的相互影響，降低工程成本，同時保證工期。