基于BIM技術(shù)的建筑方案豎向合理性研究

馬錦,王剛

(重慶市勘測(cè)院,重慶 401120)

0 引 言

建筑方案豎向設(shè)計(jì)是規(guī)劃場(chǎng)地設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的組成部分,它直接影響著眾多的環(huán)境因素、環(huán)境外貌、空間的構(gòu)成和空間感受[1]。建筑方案豎向設(shè)計(jì)對(duì)景觀中自然設(shè)計(jì)要素起支配作用,某一特定環(huán)境的豎向變化,就意味著該地區(qū)的空間輪廓、外部形態(tài),以及其他處于該區(qū)域中的自然要素功能的變化,因此,建筑方案豎向設(shè)計(jì)成為規(guī)劃場(chǎng)地設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)、最重要的一環(huán)[2]。山地城市具有立體多維的特征,地形地貌復(fù)雜、高差起伏大使得地塊豎向設(shè)計(jì)要求高、設(shè)計(jì)難度大[3],合理利用地形,優(yōu)化豎向設(shè)計(jì),是達(dá)到工程合理、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、景觀優(yōu)美的重要途徑,也是面向管理層面豎向?qū)彶榈闹匾h(huán)節(jié)之一[4]。因此,在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段充分考慮建筑方案豎向設(shè)計(jì),對(duì)一些不利于建設(shè)的地塊加以適當(dāng)?shù)母脑靃5];或提出一些工程措施,減少土石方工程量,合理、正確地評(píng)價(jià)山地城市建筑方案豎向合理性[2,3],提高建筑方案豎向?qū)徟墓芾硇?成為亟待解決的問題。近年來,隨著BIM參數(shù)化建模技術(shù)的快速發(fā)展,為這一問題的解決提供了技術(shù)手段。

參數(shù)化設(shè)計(jì)是由變量化設(shè)計(jì)發(fā)展而來的,主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)繪圖、三維建模等方面,為了提高模型修改和生成效率,減少手動(dòng),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化而出現(xiàn)的技術(shù)[6]。BIM作為一個(gè)將參數(shù)和行為關(guān)聯(lián)的復(fù)合模型,BIM參數(shù)化建模技術(shù)不僅可以將建筑物直觀展現(xiàn)出來,通過創(chuàng)建和修改構(gòu)件的幾何、材質(zhì)、通用信息等參數(shù),獲得精準(zhǔn)的模型,還能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,如碰撞檢測(cè)、空間分析、結(jié)構(gòu)靜力分析、動(dòng)力分析等[7]。另外,給關(guān)聯(lián)的參數(shù)賦予意義,實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界空間的虛擬模擬。

本文面向山地城市立體多維的特征,采用BIM參數(shù)化建模技術(shù),基于設(shè)計(jì)圖紙等數(shù)據(jù),參考相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建山地城市建筑方案豎向合理性評(píng)估指標(biāo)體系,對(duì)建筑豎向合理性開展評(píng)估,通過動(dòng)態(tài)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制,從源頭控制,促進(jìn)規(guī)劃建筑方案落地實(shí)施。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所使用建筑方案設(shè)計(jì)圖紙數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)用來采用BIM參數(shù)化建模技術(shù)構(gòu)建三維建筑模型;采用1m分辨率DEM數(shù)據(jù),該精度滿足分析研究區(qū)基礎(chǔ)地形地貌;實(shí)景三維數(shù)據(jù),該精度滿足分析建設(shè)前期原始地形地貌。

1.2 研究方法

(1)BIM參數(shù)化建模法

BIM參數(shù)化建模是一種計(jì)算機(jī)輔助的設(shè)計(jì)方法。在BIM參數(shù)化建模環(huán)境里,零件是由特征組成的,特征由正空間或負(fù)空間構(gòu)成,正空間特征是指真實(shí)存在的塊,負(fù)空間特征是指切除或減去的部分[7]。本文采用基于草圖的建筑方案BIM參數(shù)化建模(圖1),草圖是與實(shí)體模型相關(guān)聯(lián)的二維圖形,它的平面可以進(jìn)行尺寸驅(qū)動(dòng),通過對(duì)草圖對(duì)象上所添加約束方式或約束值的修改來改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù),從而改變對(duì)象特征。通過對(duì)草圖上創(chuàng)建的截面曲線進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)和掃描等操作生成參數(shù)化實(shí)體模型,提取模型中的截面曲線的參數(shù)和拉伸參數(shù)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)模型的驅(qū)動(dòng)[7]。

圖1 基于草圖的BIM參數(shù)化建模法

(2)指標(biāo)評(píng)價(jià)法

建筑豎向設(shè)計(jì)和場(chǎng)地坡地、場(chǎng)地分臺(tái)、擋墻和邊坡相關(guān),通過梳理相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定規(guī)范,綜合研究建筑方案豎向設(shè)計(jì)的影響因素,本文從建筑方案自然地形、契合度、宜居性和景觀性四個(gè)方面,構(gòu)建建筑方案豎向合理性研究指標(biāo)體系。該指標(biāo)由4個(gè)一級(jí)指標(biāo),15個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成。指標(biāo)如表1所示。

表1 建筑方案豎向合理性研究指標(biāo)體系

2 技術(shù)路線

本文通過分析原始地形和規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析,基于所構(gòu)建的建筑方案豎向合理性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系,從基礎(chǔ)地形、契合度、宜居性和景觀性四個(gè)方面,采用BIM參數(shù)化建模方法,對(duì)建筑方案豎向合理性進(jìn)行半自動(dòng)分析評(píng)估,輸出評(píng)估分析結(jié)果報(bào)告,根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)問題,提出設(shè)計(jì)優(yōu)化建議,進(jìn)行反饋調(diào)節(jié),促進(jìn)建筑方案合理性規(guī)劃實(shí)施。技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線

3 建筑方案豎向合理性研究

3.1 研究區(qū)概況

本文選取東展均和建筑方案為案例進(jìn)行建筑方案豎向合理性研究。該建筑方案位于重慶市渝北區(qū)(圖3),處于建筑居住區(qū),屬于城市建設(shè)地塊,用地面積約88畝,現(xiàn)狀用地類型為正在建設(shè)區(qū)域,建設(shè)方向?yàn)榫幼^(qū)及商業(yè)配套功能,周邊交通條件良好,保證了片區(qū)的交通區(qū)位和可達(dá)性。

圖3 東展均和建筑方案區(qū)位圖

3.2 基礎(chǔ)地形分析

基于GIS空間分析方法,采用的DEM數(shù)據(jù)對(duì)東展均和原始地塊進(jìn)行高程分析、坡度分析(圖4)。分析結(jié)果表明,該地塊原始地貌豎向標(biāo)高約在290～365 m之間,地塊所處區(qū)域整體地勢(shì)起伏不平,豎向落差約為20～30 m之間。坡度處于0°～67°在之間不等,其中15°以下占比43.6%。

圖4 基礎(chǔ)地形分析

3.3 豎向合理性評(píng)估結(jié)果

(1)建筑方案與原始地形關(guān)系

原始地形采用實(shí)景三維技術(shù),進(jìn)行 1∶1真實(shí)還原,還原結(jié)果表明,東展均和地塊所在區(qū)域呈現(xiàn)北高難低,東高西低的原始地形格局。

通過BIM參數(shù)化建模技術(shù),將東展均和建筑方案進(jìn)行三維還原,將三維模型成果和原始地形與真實(shí)坐標(biāo)疊合分析比對(duì)(圖5)。結(jié)果表明,設(shè)計(jì)方案西側(cè)和東側(cè)建筑正負(fù)零標(biāo)高與原始地形契合度較好,沒有較大程度侵占原始地形。南側(cè)建筑,若按照方案設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修建,則需進(jìn)行大量開挖,產(chǎn)生高邊坡、高擋墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)。

圖5 建筑設(shè)計(jì)方案與原始地形關(guān)系

(2)設(shè)計(jì)地形正負(fù)零層和原始地形關(guān)系

將東展均和建筑方案二維CAD圖紙和三維設(shè)計(jì)方案成果比對(duì)。分析結(jié)果表明,二維CAD圖紙和三維設(shè)計(jì)方案成果一致性較高,表明基于BIM參數(shù)化建模模型還原度高。

設(shè)計(jì)正負(fù)零層與原始地形三維成果進(jìn)行對(duì)比(圖6)。結(jié)果表明,地塊范圍內(nèi)西側(cè)和東側(cè)設(shè)計(jì)地形正負(fù)零層地形與原始地形契合度較高,中間偏南側(cè)與東北側(cè)與原始地形契合度較低,若按照設(shè)計(jì)修建,將產(chǎn)生大量的土石方挖填量、產(chǎn)生高邊坡。

圖6 建筑設(shè)計(jì)地形與原始地形關(guān)系

(3)建筑方案豎向契合度評(píng)估

依據(jù)所構(gòu)建的指標(biāo)體系,對(duì)東展均和建筑方案進(jìn)行契合度評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明,該建筑方案按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修建,則產(chǎn)生高切坡、高填方共有2處,總數(shù)量小于3處,說明該建筑方案與自然地形貼合度較好;方案整體存在4處高邊坡,根據(jù)《城鄉(xiāng)建設(shè)用地豎向規(guī)劃規(guī)范(CJJ83-2016)》[9],該建筑方案景觀待優(yōu)化;方案存在擋土墻共6處,其中高于 6 m的擋土墻有4處,地塊內(nèi)部存在高擋墻情況,評(píng)估結(jié)果表明該方案建筑內(nèi)部景觀待優(yōu)化;根據(jù)分臺(tái)契合度評(píng)估指標(biāo),結(jié)果如圖7所示,藍(lán)色區(qū)域代表契合度較好,區(qū)域最小高差小于 5 m,總數(shù)量共4處,紅色區(qū)域代表契合度弱,區(qū)域最小高差在5～20 m之間,總數(shù)量共5處。

圖7 東展均和建筑方案契合度評(píng)估結(jié)果

(4)建筑方案宜居性評(píng)估

依據(jù)所構(gòu)建的建筑方案豎向合理性評(píng)估指標(biāo)體系,對(duì)東展均和建筑方案進(jìn)行宜居性進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)方案中,該地塊內(nèi)共設(shè)置兩處垂直電梯,參考《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》[10],能滿足住宅用戶的需求;通過對(duì)步行空間評(píng)估發(fā)現(xiàn),在整個(gè)地塊中,其中有兩處步道寬度>2,坡度大雨35%,超過設(shè)計(jì)規(guī)范?？傮w評(píng)估結(jié)果如圖8所示。

圖8 東展均和建筑方案宜居性評(píng)估結(jié)果

4 結(jié)論與展望

本文探索構(gòu)建了山地城市建筑方案豎向合理性評(píng)估的指標(biāo)體系,以渝北區(qū)東展均和建設(shè)地塊為研究試點(diǎn),評(píng)價(jià)山地城市建筑方案豎向合理性,得出以下結(jié)論。

(1)本文以滿足建構(gòu)筑物功能布置要求、充分利用自然地形、節(jié)約土石方工程量、滿足技術(shù)規(guī)范為原則,采用BIM參數(shù)化建模技術(shù),通過設(shè)計(jì)圖紙、三維建模、豎向評(píng)估、反饋設(shè)計(jì)、優(yōu)化提升的模式,完成了東展均和建筑地塊的豎向合理性評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明,高擋墻、高邊坡對(duì)地形契合度影響較大,原始地形取決于設(shè)計(jì)豎向的合理性。

(2)本文采用BIM參數(shù)化建模技術(shù),完成了東展均和地塊豎向合理性評(píng)價(jià)。本次評(píng)價(jià)參考相關(guān)豎向規(guī)范,結(jié)合定性分析和定量計(jì)算,提高了建筑方案豎向評(píng)價(jià)的合理性。但是,目前合理性評(píng)估結(jié)果是人工參與和半自動(dòng)化評(píng)價(jià)綜合作用的過程,后續(xù)研究重點(diǎn)放在完善指標(biāo)體系,構(gòu)建建筑豎向自動(dòng)化合理性評(píng)估過程,通過輸入設(shè)計(jì)方案,自動(dòng)化評(píng)估,一鍵輸出評(píng)估成果,全方位、智慧化輔助建筑方案審查。