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【關(guān)鍵詞】信息模型;建筑設(shè)計;可視化;協(xié)同
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,計算機輔助在建筑設(shè)計上得到了廣泛應(yīng)用,但建筑設(shè)計師的思維方式和工作模式并未得到根本改變,只是實現(xiàn)了利用計算機替代手工繪圖。建筑信息模型技術(shù)的出現(xiàn),使設(shè)計師能夠在真正的三維設(shè)計環(huán)境中工作,將他們從疲于經(jīng)營圖面效果的窘境中重新拉回到原初的設(shè)計愿望,從而更快更好地實現(xiàn)設(shè)計的目的和意義。
1 建筑信息模型
建筑信息模型bim(BuildingInformationModeling)是近兩年來出現(xiàn)在建筑界中的一個新名詞。所謂建筑信息模型(BIM),是指通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM技術(shù)的設(shè)計軟件包含了以下三種主要的技術(shù)思想:第一,在三維空間建立起單一的數(shù)字化建筑信息模型,建筑物的所有信息均以統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的形式保存在該模型中,以便于更新和共享。第二,在設(shè)計數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建實時的一致性的關(guān)聯(lián)。由同一個數(shù)字化建筑模型生成的所有圖紙、圖表均相互關(guān)聯(lián),各數(shù)字化構(gòu)件實體之間可以實現(xiàn)關(guān)聯(lián)顯示、智能互動,對設(shè)計數(shù)據(jù)的任何更改,都馬上可以在其他關(guān)聯(lián)的地方反映出來。第三,支持多種方式的數(shù)據(jù)表達與信息傳輸BIM軟件既支持傳統(tǒng)的平、立、剖面圖等二維圖圖紙的表達,也支持軸測圖,透視圖等三維方式圖紙的表達甚至動畫方式顯示,還支持便于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腦ML(ExtensibleMarkupLanguage可擴展標記語言)。以便于網(wǎng)絡(luò)傳輸。
2 BIM技術(shù)
BIM設(shè)計軟件不再是提供只能畫點、線、圓等簡單元素的幾何繪圖工具,而是在設(shè)計過程中直接放置墻體、門、窗、梁、柱等構(gòu)件圖元,建立起由構(gòu)件組成的信息化模型。
2.1 構(gòu)件組合
即建筑信息模型應(yīng)由一定數(shù)量的虛擬構(gòu)件拼裝而成,通過調(diào)節(jié)構(gòu)件(或族)的參數(shù)(如長、寬、高、位置、材料等)。這類軟件帶有強大的構(gòu)件庫,各種構(gòu)件、家具、廚房設(shè)備、衛(wèi)生潔具都存儲在庫中,可以隨時調(diào)用其中的庫或模型,模型建立后,可自動生成建筑設(shè)計中所要表達的各種圖紙。
在實際應(yīng)用中,建筑師在修改了某個構(gòu)件時,譬如柱子的高度或者標高的數(shù)值時,樓板、墻體和梁的位置都會有相應(yīng)的變化,做出相應(yīng)的更新,因為這些構(gòu)件的參數(shù)和標高是相關(guān)聯(lián)的,因此構(gòu)件關(guān)聯(lián),同步改變也是建筑信息模型的一個特征,關(guān)聯(lián)性設(shè)計它不僅提高了建筑師的工作效率,還解決了長期以來圖紙之間的錯、漏、缺問題,其意義是顯而易見的。
2.2 數(shù)據(jù)庫組織共享
建筑信息模型(BIM)的技術(shù)核心是一個由計算機三維模型所形成的數(shù)據(jù)庫,不僅包含了建筑師的設(shè)計信息,而且可以容納從設(shè)計到建成使用,甚至是使用周期終結(jié)的全過程信息,并且各種信息始終是建立在一個三維模型數(shù)據(jù)庫中。
信息模型的設(shè)計信息都以數(shù)字形式保存在數(shù)據(jù)庫中的,以便于更新和共享;通過數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)及構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,可以很容易地虛擬出一個建筑信息模型。而整個信息模型的設(shè)計,實際上是一個通過一個參數(shù)化的界面對數(shù)據(jù)庫的全面的操作的過程,對同一個數(shù)據(jù)庫而言,可以更好地起到協(xié)作設(shè)計的作用。例如,結(jié)構(gòu)工程師改變其柱子的尺寸時,建筑模型中的柱子也會立即更新,而且建筑信息模型還可為不同的生產(chǎn)部門,甚至管理部門提供了一個良好的協(xié)作平臺。這不僅僅改變了建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師傳統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)模式,同時使業(yè)主、政府政務(wù)部門、制造商、施工企業(yè)都可以基于同一個帶有三維參數(shù)的建筑模型協(xié)同工作。
2.3 數(shù)據(jù)表達與信息傳輸
支持多方式數(shù)據(jù)表達與信息傳輸,BIM軟件既支持傳統(tǒng)的平、立、剖面圖等二維圖紙的表達,也支持軸測圖,透視圖等三維方式圖紙的表達甚至動畫方式顯示,還支持便于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腦ML(ExtensibleMarkupLanguage可擴展標記語言)。
3 BIM技術(shù)的運用和前景
3.1 建筑及園林景觀設(shè)計的優(yōu)勢
BIM在建筑設(shè)計及景觀設(shè)計中都有著很大的優(yōu)勢,首先,快速、輕松地創(chuàng)建建筑設(shè)計模型,并同步生成平、立、剖面,特別是立面圖紙的出圖,實現(xiàn)設(shè)計的可視化。其次,查找和管理一個模型中的多個設(shè)計選項,這些方案可以在空間布局、材料選擇等任何方面有所差別和選擇。再次,利用建筑信息模型中豐富、可靠的數(shù)據(jù)。從最初制定的空間規(guī)劃和總明細表到詳圖設(shè)計階段、精確的材料算量和成本預(yù)算,再到最后都可生成協(xié)調(diào)一致的文檔。
3.2 建筑信息模型設(shè)計上的優(yōu)勢
通過對Revit有的深入的認識和了解和設(shè)計體驗后,歸納出其在進行建筑信息模型的設(shè)計上具有以下特點和優(yōu)勢:
(1)Revit打破了傳統(tǒng)的二維設(shè)計中平立剖視圖各自獨立互不相關(guān)的協(xié)作模式,它以三維設(shè)計為基礎(chǔ),直接采用建筑師熟悉的墻體、門窗、屋頂?shù)葮?gòu)件作為命令對象,快速的創(chuàng)建出項目中的三維虛擬BIM建筑信息模型,并在創(chuàng)建三維建筑模型的同時自動生成所有的平面、立面、剖面、統(tǒng)計表等視圖,從而節(jié)省了大量的繪制與處理圖紙的時間。
(2)通過Revit建立的BIM建筑信息模型,可利用參數(shù)化實體造型技術(shù)使計算機可以表達出真實的建筑所具有的信息,突破了長期以來用抽象的視覺符號來表達設(shè)計的固有模式;同時,建筑信息模型在建筑設(shè)計階段能夠有效地提升設(shè)計師所設(shè)計出來的圖紙的設(shè)計質(zhì)量與工作效率,其信息數(shù)據(jù)的傳遞在可視化的施工管理與物業(yè)管理等方面都將發(fā)揮出了傳統(tǒng)二維設(shè)計所不具備的巨大優(yōu)勢。
3.3 BIM先進技術(shù)的經(jīng)典案例
目前建筑信息模型的概念已經(jīng)在學術(shù)界和軟件開發(fā)商中獲得共識,Graphisoft公司的ArchiCAD、Bentley公司的TriForma以及Autodesk公司的Revit這些引領(lǐng)潮流的建筑設(shè)計軟件系統(tǒng),都是應(yīng)用了建筑信息模型技術(shù)開發(fā)的,可以支持建筑工程全生命周期的集成管理環(huán)境。BIM在建筑工程的應(yīng)用也越來越吸引人們的目光。
由Gensler設(shè)計的632米高的上海中心,采用了BIM技術(shù),其特點是自方案初期就綜合各工種協(xié)同創(chuàng)作,特別是建筑造型與結(jié)構(gòu)方案選擇的協(xié)調(diào)統(tǒng)一成為了設(shè)計的一大亮點。由于該結(jié)構(gòu)高達632米,風荷載的影響是結(jié)構(gòu)師要考慮的重要因素。因此在考慮建筑外部造型的同時,必須慎重優(yōu)化結(jié)構(gòu)體征,降低風荷載的作用。據(jù)估算,風荷載每降低5%,造價將降低1200萬美元,Genslar利用BentleyGC參數(shù)化設(shè)計工具制作建筑表皮模型,保證功能及美觀的同時也將該模型用于結(jié)構(gòu)風洞試驗及計算分析,最終優(yōu)化的結(jié)果是將風荷載降低了32%。這于2D設(shè)計模式來說是不可想象的。
4 小結(jié)
基于BIM技術(shù)而開發(fā)的三維設(shè)計軟件為設(shè)計師提供了一個從概念設(shè)計到施工圖設(shè)計,可視化分析,渲染圖和文檔制作的統(tǒng)一的環(huán)境,消除了設(shè)計圖檔之間不一致的現(xiàn)象,保證了設(shè)計,協(xié)調(diào)、高效、順利地進行,保證了整個設(shè)計的質(zhì)量和進度。實踐證明,基于BIM技術(shù)的三維設(shè)計軟件是一種非常有效的手段,設(shè)計者用三維概念來分析整個設(shè)計的空間構(gòu)成的關(guān)系,最終實現(xiàn)設(shè)計的立體表達,實現(xiàn)設(shè)計目標的優(yōu)化,實現(xiàn)設(shè)計信息的充分利用,BIM設(shè)計軟件的應(yīng)用可以改變并加深設(shè)計師和工程師對空間的認知和對建筑構(gòu)筑形式的理解,其設(shè)計構(gòu)思的意義和方法也在逐漸被認識和改變,同時為建筑設(shè)計教育帶來了新的課題,這也是正在發(fā)展的信息技術(shù)對設(shè)計思維帶來的新的沖擊、新的革命。
關(guān)鍵詞:三維建模;綠色建筑;重審設(shè)計
中圖分類號:S611文獻標識碼: A
1項目概況
本山莊建設(shè)地點位于某某市,工程規(guī)模總建筑面積約1.69萬m2。其中地上建筑面積1.25萬m2,建筑群分為A,B,C這3個功能區(qū)。
項目所處丘陵地帶環(huán)境,地形高低起伏,建筑依山傍水。建筑群的布局、外觀、功能、適宜性、舒適度、節(jié)能環(huán)保等要求極高,這些都對各專業(yè)的設(shè)計提出很高的要求(見圖1)。
2可持續(xù)綠色設(shè)計理念
2.1建筑與自然交融、與環(huán)境對話
體現(xiàn)以人為本的人文理念,以方便實用為原則,提供良好的環(huán)境和設(shè)施,塑造一個生態(tài)景觀型、智能環(huán)保型的現(xiàn)代化建筑。
2.2總體構(gòu)思和布局與自然環(huán)境地形相銜接
利用場地高差的特點,與周邊相互滲透,合理地安排各種功能入口,有效解決人車分流,減少對自然環(huán)境的破壞。
2.3多層次化的景觀設(shè)計
采用充滿自然氣息的地方材料,通過的步行系統(tǒng)連接各個功能空間與內(nèi)部庭院,利用屋頂空間,創(chuàng)造出立體全方位,多層次的空間景觀效果。
2.4單體建筑設(shè)計融入自然景觀
建筑群造型簡沽、大方、穩(wěn)重。強調(diào)橫向延伸,使建筑景觀面最大化,增加綠視率。采用天然石材與玻璃的虛實對比的外墻增加大樓的莊重嚴肅,減少二次裝修污染。建筑頂部平坡結(jié)合,同時融合屋頂花園,豐富美化建筑第五立面,增加生態(tài)補償。
3三維建模設(shè)計
由于本工程為重點項目,限額設(shè)計、工期緊、業(yè)主對綠色生態(tài)建筑要求高等,采用BIM技術(shù)應(yīng)用于該項目的“全專業(yè)覆蓋”(規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、室內(nèi)裝修等)設(shè)計,需在方案設(shè)計的前期通過建筑模型的建立,分析出建筑周邊的環(huán)境對建筑的影響,并以此為依托,尋求技術(shù)措施對此進行舒適度的優(yōu)化。在設(shè)計的過程中,結(jié)合BIM軟件技術(shù)對仿真建筑模型進行分析與推敲,反復的對比,以求達到盡善盡美。
首先應(yīng)用建立三維建筑信息模型,包括:建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、室內(nèi)裝修三維建模。然后根據(jù)三維設(shè)計流程管理完成:單項工作分工---合作---專業(yè)精確模型---綜合鏈接模型---碰撞檢測---分析修改碰撞點---數(shù)據(jù)集成---綜合模型即建筑數(shù)據(jù)模型。其模型為生態(tài)建筑分析及建筑聲環(huán)境分析等提供基礎(chǔ)條件,而分析結(jié)果又為建筑模型提供相應(yīng)的指導工作,相輔相成,直到施工圖出圖。
4綠色建筑輔助設(shè)計分析
我們進行了7個方面的綠色生態(tài)建筑設(shè)計分析:建筑基地分析與建筑最佳朝向分析、基地氣象分析與逐周氣象分析、基地風向分析圖與燴濕圖分析、冬至日日照分析與等時線日照分析、規(guī)劃平面方案過程自然采光分析、日照輻射分析與植物配置指導分析、建筑室內(nèi)、外聲環(huán)境分析等。這里著重介紹以下幾點。
4.1建筑基地分析與最佳朝向分析
不同地區(qū)、不同地勢地貌決定了建筑的最佳朝向。方案的設(shè)計之初,雖然使用二維日照輔助軟件考慮了建筑各個立面上的全年太陽輻射量的分析對比,但應(yīng)用ECOTECT軟件,通過全年太陽輻射,從直觀三維最佳朝向數(shù)據(jù)圖與建筑朝向豎直投影數(shù)據(jù)圖的分析更精確地得出,建筑群最佳朝向為南偏東25度,其平面在日照、通風、景觀視線上均得到了最好的效果(見圖2)。
4.2基地風向優(yōu)化分析
基地屬于亞熱帶海洋性季風氣候,全年氣候溫和,無霜期長,雨量充沛,適宜亞熱帶作物和林木的生長。
從春夏秋冬風頻圖分析可看出基地的風向9月到1月風向多為北風和西北風,2月到8月多為東南風。風的平均相對濕度和溫度比較適宜,無過冷過濕的情況出現(xiàn),全年基地的風向綜合分析(見圖3)。
由此針對氣象分析及基地冬季西北風的特點,結(jié)合山地土壤狀況,加強了西北角的草坡及綠化種植密度,起到遮擋冬季寒冷風向的作用,減弱對建筑環(huán)境舒適度影響;東南角則做出鋪磚廣場,減少綠化種植密度,引導夏季涼爽東南風向,同時結(jié)合開窗方向與開窗大小,利用引入峽谷自然風,減少空調(diào)能耗,增加室內(nèi)空氣質(zhì)量。按每天少開一小時空調(diào),經(jīng)初步計算基地上部空調(diào)能耗至少可節(jié)省545 kW電。
4.3日照輻射分析與植物配置優(yōu)化分析
日照與人類生存有著密切的關(guān)系,特別是在嚴寒的冬季,人們希望獲得更多的日照。建筑對日照的要求主要是根據(jù)它的使用性能和當?shù)貧夂蚯闆r而定,但日照會影響許多不同習性的植物成長及場地設(shè)計。為此利用Ecotect Analysis的太陽輻射分析,考察場地定時間段的太陽輻射情況(見圖4)。建筑在日光中受到山體的影響小,處于最舒適的位置。以此為依據(jù)來規(guī)劃、設(shè)計人為活動區(qū)域以及設(shè)計整個場地的植物配置,同時考慮到植物對建筑的影響,例如植物的遮陰作用和降噪作用,或者利用植物創(chuàng)造良好的室外微氣候。
4.4采光通風優(yōu)化分析
從冬至日日照分析,基地C區(qū)樓西邊的建筑在15: 00-16: 30的時間段內(nèi)窗戶采光較弱且被遮擋了。若在側(cè)窗中問設(shè)置水平陽光反射板是一種較好解決方案。如何設(shè)計出合理的反光板是一個復雜的問題,但是借助Ecotect Analysis可視化的日照分析功能可以高效地設(shè)計出合理的陽光反射板的尺寸與形式,并仿真模擬采光過程(見圖5)。
在方案過程中我們通過計算全自然采光百分比分析了建筑開窗的大小與位置設(shè)計是否適當。通過加載當?shù)貧庀髷?shù)據(jù)進行開窗位置與開窗大小的分析后,得出了合理的陽光反射板的尺寸與形式并落實在施工圖設(shè)計中。
4.5建筑聲環(huán)境優(yōu)化分析
由于基地處于國道旁,在方案設(shè)計過程中,噪音對大樓的影響也是方案過程中重點考慮的。其中嗓音包括6m道路的車行噪音,停車場地汽車啟動的噪音,以及一些設(shè)備用房的噪音。我們對方案的全過程進行了噪聲控制分析,其結(jié)果超過標準限定值,需要提出降噪方案。首先考慮通過景觀界面、水體來減少噪音的影響,其次利用地形局部山體的處理減少了道路車輛、山林中的噪音對建筑的影響,形成良好微環(huán)境。
根據(jù)噪音分布圖,對房間功能重新調(diào)整布局得出最佳效果。如將貴賓套房與會議室放在安靜的區(qū)域,將健身房設(shè)備房安排在相對嘈雜的區(qū)域(見圖6)。多個降噪方案使得所有測點的噪聲級別降低從而為補救措施提供科學的依據(jù)(見圖7)。
5應(yīng)用B工M技術(shù)重新審視設(shè)計方案,低碳節(jié)能的實施
5.1重新審視規(guī)劃合理性
結(jié)合綠色建筑生態(tài)分析各種參數(shù)及建筑師設(shè)計理念,通過“三維策劃與規(guī)劃互動軟件CITPA-NY”漫游表現(xiàn),有效地解決了綠色建筑相關(guān)規(guī)范在各個專業(yè)設(shè)計過程中關(guān)鍵問題。有了總體規(guī)劃控制和具體實施動態(tài)依據(jù),從不同視線觀察、解決建筑與周邊環(huán)境相互對話(作用),與自然交融。同時在項目前期策劃和規(guī)劃方案中,與綠色建筑輔助設(shè)計、太陽能利用、采光通風、室內(nèi)外自然通風、聲環(huán)境分析、日照輻射分析等相結(jié)合,建立多方位的生態(tài)技術(shù)指標及評估指標,方便快捷直觀準確地將建筑能量性能反饋給設(shè)計師(見圖7)。
5.2重新審視優(yōu)化設(shè)計、室內(nèi)裝修方案
由于BIM仿真模型能夠直觀反應(yīng)建筑的形態(tài)和內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu),設(shè)計師如身臨其境通過仿真漫游、任意復雜組合體白動剖面、實時建筑業(yè)態(tài)凈高控制等都可重新評估設(shè)計方案合理性并與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性。
通過綜合模型,設(shè)計師可以更好理解把握室內(nèi)的空間狀態(tài),從空間的本身的特質(zhì)進行裝飾設(shè)計,而不是生硬把某張圖片套進。可將“相機”安放在建筑內(nèi)部空間中,從各個視角的變化來真實的感受空間,這樣可以不斷地觀察建筑內(nèi)部任意空間,使高質(zhì)量的裝飾設(shè)計成為易事。
結(jié)術(shù)語
BIM技術(shù)用可持續(xù)設(shè)計觀點,重新審視建筑與環(huán)境、設(shè)施問的關(guān)系,提高建筑的適宜性。三維仿真建筑模型與綠色建筑設(shè)計結(jié)合,不僅提升科技含量,也為綠色建筑設(shè)計更加科學、合理創(chuàng)造了條件,而且是建筑師歷史和社會責任。
軟件只是建筑設(shè)計的輔助工具,軟件的作用就像一把筆,要繪出五彩繽紛的美麗圖案,決定因素是建筑師的腦和手。
參考文獻: