基于BIM 技術的民族建筑構件參數化演變研究

何春泓，程 帥，黃輝堅，楊 柳，蔡 軍

（賀州學院，廣西 賀州 542899）

實景三維建設中的實景三維數據庫[1]要求收集建筑物的部件級構件BIM 三維模型，在傳統村落地區分布了大量的民族建筑，民族建筑在進行部件級構件BIM 三維模型的建模過程中存在著兩個難點：其一，民族建筑構件外觀奇特連接部位復雜導致建模難度大；其二，民族建筑構件種類繁多、尺寸不一致導致模型入庫數量龐大。研究人員已通過參數化建模法的方法解決民族建筑部件級BIM 模型尺寸不一致導致BIM 模型數據庫入庫數量龐大的問題[2-4]，然而，在民族建筑構件種類繁多導致BIM 模型種類繁多的問題等方面的研究較少。民族建筑構件種類包括斗栱、昂、翹、升等數十種，而各個構件隨著時間推移也產生了多種外觀不一的構件類型，為解決這一實際BIM 技術建模[5-6]問題，探究建筑構件之間的異同點，研究其差異點之間的演變規律，并利用BIM 技術軟件解決不同構件間參數化演變的問題。

為研究民族建筑典型構件參數化演變的建模流程和方法，以民族建筑典型常見構件中的斗栱和升為例，借助BIM 技術建模Revit 軟件對民族建筑構件進行參數化演變建模研究，從而探索出一條適合民族建筑構件參數化演變的分析流程和建模方法，為民族建筑BIM 模型進行實景三維模型數據庫的入庫工作提供理論指導和實踐借鑒意義。

1 研究對象

在民族建筑斗拱系統中的“斗”與“升”具有較大的相同特征，在研究民族建筑構件參數化演變過程中選取這兩者作為研究對象進行BIM 技術建模。斗栱主要承擔著支撐構件栱昂和栱翹等方形木構件的作用。因“斗”具備著承擔建筑頂部結構的作用，所以“斗”主要存在于古建筑和民族建筑等建筑物的柱與屋頂間的過渡部分，其主要目的在于將建筑物屋頂重量直接傳輸至建筑柱構件上，直至傳輸至建筑基礎上，斗的構件類型中的“十八斗”構件如圖1 所示。“升”位于栱兩端上，“升”的外側兩側有槽，并且固定在栱的墊板上，早期在斗栱系統中沒有“升”構件，在明清時期，斗栱系統為防止鳥蟲等進入建筑物內部，采用“升”與栱墊板進行密封，升的構件類型中的“三才升”構件如圖2 所示。兩者構件的差異點在于“十八斗”構件的腹板存在一段凹槽，而“三才升”構件的腹板是完整沒有凹槽的存在。為此，在參數化建模過程中需要考慮其特點，對兩者構件進行歸一化處理，即在一個模型中通過改變模型部分參數可實現將“三才升”構件向“十八斗”構件轉變的目的，從而完成民族建筑構件之間的參數化演變。

圖1 民族建筑“十八斗”構件

圖2 民族建筑“三才升”構件

2 模型建立

2.1 難點說明

每一類建筑構件甚至機械構件都有其難點和特點[7-9]，在建模時需要根據目標模型的結構以及Revit 軟件的建模特點去分析是否能達到最終效果，或者對此目標模型的設計所呈現的信息是否可用。

此次“十八斗”建模演變過程難點在于對建筑構件進行參數化建模過程中，由于軟件自身原因，空心融合槽口部分尺寸不能參數調整為零，即使用空心融合辦法無法幫助“十八斗”參數演變為“三才升”。所以建模的大概方向是將構件模型分成上（包耳）、中（墊栱板）、下（斗底）三部分進行建模，再對墊栱板及斗底進行分塊，按塊狀去疊合“十八斗”的模型形狀，整個建模難點在于，民族建筑“三才升”構件如何實現將其腹板進行凹槽設計，從而轉變成“十八斗”構件。

2.2 參數化演變過程

經過對比“十八斗”和“三才升”構件，兩者的差異點在于腹板位置是否有凹槽，為此從Revit 軟件建模的角度將“十八斗”構件進行模型劃分，民族建筑“十八斗”構件劃分結果如圖3 所示，在建模結束后需要將其轉變成“三才升”模型只需要改變腹板處中間位置的體塊長度，使其能夠剛好填充腹板凹槽部分。

圖3 民族建筑“十八斗”構件劃分體塊結果圖

民族建筑“十八斗”構件的各個體塊建模步驟如下。

步驟1：對“十八斗”分三層兩半去創作，由下往上，即以實心融合辦法，繪出底部700 mm×900 mm 融合頂部900 mm×1100 mm 的400 mm 高的斗底。并用對稱指令得到模型的大斗底體塊。

步驟2：墊栱板也按兩個體塊創作，以融合方法繪制一個底部200 mm×1300 mm 融合頂部200 mm×1400 mm 的200 mm 高墊栱板于中，一個底部700 mm×1300 mm 融合頂部700 mm×1400 mm 的200 mm 高墊栱板于邊，使用對稱指令兩變四體塊得到大墊栱板。

步驟3：包耳，即用拉伸形狀繪出900 mm×200 mm×200 mm 的兩個矩形體塊，用對稱指令得到全部包耳模塊。完成的建模結果尺寸標注圖如圖4 所示。

步驟4：根據前面分析的問題進行解決，把需要參數變化的模塊分兩個體塊，首先用融合方法給斗底與墊栱板上下交接不規則處創繪體塊以限制參數改變模型方向。最后以原有圖紙尺寸基礎上拉伸繪出槽口邊體塊的形狀。給最后兩體塊使用對稱指令則得到一個完整的“十八斗”模型。測量尺寸設定參數信息。最后在模型底部完成圓柱體的空心部位開槽，用于與底部的柱體連接。

步驟5：為能夠實現將“十八斗”模型進行參數化變化，按照民族建筑構件大小的實際情況，進行整體變化模型尺寸大小，即需要對模型進行參數化處理。根據“十八斗”模型各個體塊的外觀尺寸的相關信息，建立模型外觀尺寸之間的對應關系，將其中體塊的部分尺寸設置為自變量，其余尺寸設置為因變量。如需要對圖4 模型尺寸進行參數化設置，可將A1、C1 尺寸值作為自變量，其余尺寸值作為因變量。

圖4 民族建筑“十八斗”構件正面尺寸詳圖（單位：mm）

圖5 民族建筑“三才升”構件正面尺寸詳圖（單位：mm）

3 結論

本文研究了民族建筑構件“斗”和“升”的結構特點，對其結構外觀進行異同點的總結，并探索出一條適合民族建筑構件參數化建模演變的建模思路和建模方法。以民族建筑構件“十八斗”到“三才升”的演變為例，利用BIM 技術中的參數建模方法，可將同類的建筑構件通過它們相同的特征結合起來，經過這樣的加工如果是同類型的建筑構件就可以只用一個模型表示出兩個或多個模型，同時還可實現快速建模的目的和減小“族”存儲空間。本文提出的建模思路和建模方法有益于提高實景三維中國數據庫建設的BIM 模型內容填充效率[10]。