BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)的研究

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摘要：現(xiàn)階段，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足建筑領(lǐng)域的實(shí)際需求，在處理建筑設(shè)計(jì)方面的問題時(shí)顯得舉步維艱。全新設(shè)計(jì)的三維仿真軟件正是基于此背景被開發(fā)出來，通過該軟件能夠?yàn)樗袑I(yè)構(gòu)建協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)平臺(tái)，以此讓建筑系統(tǒng)獲得理想的技術(shù)支撐，使其在創(chuàng)建bim模型時(shí)更為科學(xué)高效。詳細(xì)闡述了關(guān)于現(xiàn)代BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，并系統(tǒng)地探索分析如下三個(gè)層面的內(nèi)容：深入理解BIM理論和技術(shù)；介紹基于BIM技術(shù)的建模軟件；以某綜合樓建筑為研究對(duì)象，采用Revit軟件構(gòu)建出建筑主體的BIM模型。

關(guān)鍵詞：BIM；建筑工程；建筑模型；Revit

1BIM的理論知識(shí)

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）運(yùn)用了當(dāng)代三維數(shù)字技術(shù)[1]，讓項(xiàng)目建筑中的所有環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，使工程建設(shè)的質(zhì)量得以提升，工程建設(shè)的耗時(shí)也得以縮短。同時(shí)，這種技術(shù)涵蓋了建筑體系里面所有工種部門數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)模型，是一個(gè)建筑事項(xiàng)從策劃方案到拆除的處理和運(yùn)作工程數(shù)據(jù)的過程。BIM具有的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，例如它能夠使操作人員進(jìn)行更為方便的可視化操作，并且它能夠支持協(xié)和模擬，以此讓生產(chǎn)效率得到顯著的提升，減少了項(xiàng)目參與各方在進(jìn)行交流時(shí)遇到的阻礙，工作項(xiàng)目的質(zhì)量也得到了進(jìn)一步的優(yōu)化[2]。以往的CAD設(shè)計(jì)通常情況下是利用二維平臺(tái)來展開相應(yīng)的操作，通過各式各樣的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的互動(dòng)。而全新的BIM技術(shù)能夠支持可視化操作，并且它和3D設(shè)計(jì)是相同的，能夠構(gòu)建虛擬化的實(shí)體形象支持工作人員的項(xiàng)目分析和研究。例如建筑工程里面的整體布線、管道的布局安排等都能夠借助可視化功能驗(yàn)證其合理性，讓建筑中有限的空間得到更加充分和科學(xué)的運(yùn)用，避免專業(yè)管線之間發(fā)生沖突，以此使各個(gè)專業(yè)部門的協(xié)同性顯著提升。同時(shí)，它還可以協(xié)助工作人員在較短的時(shí)間里發(fā)現(xiàn)工程事項(xiàng)里潛藏的問題，使工程圖紙?jiān)诟鱾€(gè)專業(yè)部門遞交時(shí)不容易發(fā)生失誤[1]。

2基于BIM技術(shù)的建模軟件

建模軟件合理地運(yùn)用了當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)完成工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建。同時(shí)通過同一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集成，再借助于更為科學(xué)高效的參數(shù)化技術(shù)，讓各個(gè)建筑工程師之間進(jìn)行更好的信息互動(dòng)，以此推動(dòng)工程項(xiàng)目信息模型的創(chuàng)建。BIM技術(shù)不斷更新和發(fā)展，其應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷的拓展[3]。現(xiàn)階段，在全球范圍內(nèi)都具有良好聲譽(yù)的針對(duì)BIM技術(shù)的軟件開發(fā)商一共有四個(gè)，它們分別是：Autodesk公司的Revit系列軟件；Bentley公司的BentleyArchitecture系列；Graphisoft公司的ArchiCAD；Nemetschek公司的ALLPLAN軟件。它們所開發(fā)的軟件如圖1所示，其中，比較具有代表性的是Revit軟件。

2.1Revit軟件簡(jiǎn)介

Revit公司于1997年開發(fā)了一款名為RevitStructure的軟件，它是由Pro/E公司進(jìn)行編寫開發(fā)的。在Revit剛問世時(shí)，即使能夠和AutoCAD軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與編程，然而軟件自身程序結(jié)構(gòu)和AutoCAD有著一定的區(qū)別，總的來講Revit軟件可以理解為一種全新的技術(shù)，它代表新型技術(shù)的開創(chuàng)[3]。Revit軟件是當(dāng)時(shí)比較成熟的軟件，它強(qiáng)調(diào)BIM技術(shù)應(yīng)用，并且能夠完成工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)生命周期的良好銜接和數(shù)據(jù)信息的傳輸。針對(duì)建筑行業(yè)而言，Revit比較理想的實(shí)現(xiàn)了BIM，它借助關(guān)系數(shù)據(jù)庫構(gòu)建更加科學(xué)合理的三維建筑模型，并且能夠組建二維圖形和處理諸多非圖形的建筑工程數(shù)據(jù)[4]。繪制圖紙所具有的基本元素發(fā)生了顯著的變化，從以往的點(diǎn)、線等元素轉(zhuǎn)換為墻、窗梁等對(duì)象，從本質(zhì)上講，它就是通過建模語言對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行描寫，它是一類專門針對(duì)項(xiàng)目工程檢驗(yàn)而編寫的程序。整個(gè)應(yīng)用是建立在BIM的Revit軟件的基礎(chǔ)上。它能夠較為完善地把建筑、結(jié)構(gòu)等指標(biāo)與圖形結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來，并且可以通過多種方式進(jìn)行分析、觀察，讓建筑的信息和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[5]。

2.2BIM技術(shù)在某辦公樓建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

本文擬以某綜合辦公樓為研究對(duì)象，利用Revit軟件對(duì)其建筑主體完成建模工作。針對(duì)建筑主體進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼筋配比、荷載等信息暫不做研究，為后面的建筑專業(yè)與給排水專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。2.2.1項(xiàng)目準(zhǔn)備在Revit軟件中創(chuàng)建其他項(xiàng)目時(shí)，任何項(xiàng)目都會(huì)把項(xiàng)目樣板當(dāng)作程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在樣板文件里編寫不同的組建、寫入相關(guān)信息參數(shù)，另外，該文件所對(duì)應(yīng)的后綴名稱應(yīng)該改為“.rte”，在Revit軟件中，核心項(xiàng)目都必須使用樣板文件。樣板文件包含了系統(tǒng)設(shè)置的項(xiàng)目初始參數(shù)，包括項(xiàng)目默認(rèn)的度量單位、層高信息、樓層數(shù)量的設(shè)置信息、顯示設(shè)置、線型設(shè)置等。在Revit軟件中，一個(gè)合適的項(xiàng)目樣板可以減少后期建模過程中的設(shè)置和調(diào)整，提高了項(xiàng)目設(shè)計(jì)的效率。使用項(xiàng)目瀏覽器，可以在各視圖間進(jìn)行切換操作，并提供強(qiáng)大、易用的視圖操作工具，對(duì)各視圖進(jìn)行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等操作。同時(shí)，軟件還可以實(shí)時(shí)顯示操作內(nèi)容的屬性列表，輔助設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的同時(shí)明確設(shè)計(jì)內(nèi)容的屬性，如圖2，圖3所示。圖2項(xiàng)目瀏覽器內(nèi)容圖3屬性欄內(nèi)容在模型建立過程中不可避免地會(huì)對(duì)過程中用到的圖元進(jìn)行編輯與修改，使其可以符合設(shè)計(jì)師的實(shí)際需求。所以，軟件里面還涵蓋了諸多編輯工具，以此對(duì)圖元展開一系列的編輯。通過“修改”選項(xiàng)卡可以訪問這些修改和編輯工具，如圖4所示。圖4修改編輯工具欄2.2.2建立工作集建筑項(xiàng)目作為復(fù)雜的設(shè)計(jì)系統(tǒng)工程，一般都是由多個(gè)專業(yè)共同參與完成的，但在專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)過程中不能同時(shí)對(duì)多專業(yè)進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)。因此在項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)114過程中，各專業(yè)可以根據(jù)本專業(yè)設(shè)計(jì)需要建立多個(gè)工作集。在本文建筑專業(yè)與給排水專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，建筑專業(yè)可以按照建筑設(shè)計(jì)的要求建立自己的工作集，同時(shí)設(shè)置工作集權(quán)限，指定查看本工作集的相關(guān)設(shè)計(jì)人員。同樣給排水專業(yè)通常也能夠組建專門的工作集，而且還能夠按照所需的項(xiàng)目組建不同的工作集，比如給排水專業(yè)可以根據(jù)細(xì)部設(shè)計(jì)劃分為給水、排水、熱水、消防、中水等子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都可以建立工作集，方便設(shè)計(jì)人員更為精確的管理設(shè)計(jì)內(nèi)容，如圖5所示。圖5工作集設(shè)置樣本2.2.3創(chuàng)建標(biāo)高以及軸網(wǎng)標(biāo)高與軸網(wǎng)是建筑設(shè)計(jì)中重要的空間定位信息。Revit通過標(biāo)高和軸網(wǎng)來定位參與模型構(gòu)建的各構(gòu)件元素在模型中的相對(duì)空間關(guān)系。事實(shí)上，標(biāo)高和軸網(wǎng)是在Revit平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)間三維協(xié)同設(shè)計(jì)的工作基礎(chǔ)與前提條件。在Revit軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要測(cè)量出標(biāo)高與軸網(wǎng)，再按照標(biāo)高與軸網(wǎng)相關(guān)信息組建門、窗等建筑模型，這種方法符合國內(nèi)絕大多數(shù)建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)流程。在Revit開始建模前，應(yīng)先對(duì)項(xiàng)目的層高和標(biāo)高信息做出整體規(guī)劃。在建立模型時(shí)，Revit通過標(biāo)高確定建筑構(gòu)件在模型內(nèi)的高度信息和空間位置。另外，在Revit中軸網(wǎng)對(duì)象與標(biāo)高對(duì)象類似，是垂直于標(biāo)高平面的一組“軸網(wǎng)面”，設(shè)計(jì)人員可以在項(xiàng)目平面視圖中依據(jù)軸網(wǎng)定位項(xiàng)目圖元，結(jié)合標(biāo)高信息最終確定構(gòu)件在模型內(nèi)的具體空間位置。在繪制標(biāo)高以及軸網(wǎng)的過程中，利用Revit中“常用”選項(xiàng)卡“基準(zhǔn)”面板中的“標(biāo)高”和“軸網(wǎng)”命令，將二維平面圖紙構(gòu)建為程序模板，對(duì)工程標(biāo)高和軸網(wǎng)信息進(jìn)行繪制，同時(shí)還要注意標(biāo)明相關(guān)標(biāo)注與編號(hào)，如圖6，圖7所示。2.2.4載入族文件族是RevitArchitecture項(xiàng)目的基礎(chǔ)，不論模型圖元還是注釋圖元，均由各種構(gòu)件族構(gòu)成。RevitArchitecture中的族有兩種形式：系統(tǒng)族和可載入族。系統(tǒng)族已在RevitArchitecture中預(yù)先定義好，系統(tǒng)族的相關(guān)信息都保存在樣板和項(xiàng)目中，用于創(chuàng)建項(xiàng)目的基本圖元，如墻、樓板、天花板、樓梯等。可載入族可以由用戶自行定義創(chuàng)建，或者是經(jīng)設(shè)計(jì)人員間的交流獲得，然后在軟件中獨(dú)立保存為“.rfa"格式的族文件。RevitArchitecture不允許用戶對(duì)系統(tǒng)族進(jìn)行創(chuàng)建、復(fù)制、修改或刪除操作，但可以復(fù)制和修改系統(tǒng)族中的類型，以便用戶根據(jù)項(xiàng)目的具體需求創(chuàng)建自定義系統(tǒng)族類型。圖6標(biāo)高繪制及標(biāo)注圖7軸網(wǎng)繪制及編號(hào)RevitArchitecture的模型類別族分為獨(dú)立個(gè)體族和基于主體的族。獨(dú)立個(gè)體族一般來說是指不基于其他主體的程序結(jié)構(gòu)，例如家具、結(jié)構(gòu)柱等。基于主體的族是指不能獨(dú)立存在而必須依賴于主體的構(gòu)件，例如，門、窗等圖元必須以墻體為主體而存在。基于主體的族可以依附的主體有墻、天花板、樓板、屋頂、線、面，RevitArchitecture分別提供了基于這些主體圖元的族樣板文件。RevitArchitecture需要定義族的各類型參數(shù)，當(dāng)在項(xiàng)目中使用該族時(shí)，可以在“類型屬性”對(duì)話框中調(diào)節(jié)所有族中定義的參數(shù)，也可以通過復(fù)制功能創(chuàng)建與該族類似的族的類型。比如，可以采用系統(tǒng)族中外墻300mm的新的族類型。240mm族類型，通過復(fù)制、修改參數(shù)操作創(chuàng)建外墻，如圖8所示。

3模型的構(gòu)建

此時(shí)主要利用Revit對(duì)本項(xiàng)目建筑主體與結(jié)構(gòu)墻、梁與柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建出建筑主體的BIM模型，并以此BIM模型為基礎(chǔ)與給排水專業(yè)完成專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，共同構(gòu)建綜合建筑、結(jié)構(gòu)、給排水專業(yè)設(shè)計(jì)信息的BIM模型。

3.1創(chuàng)建項(xiàng)目的主要墻體

在Revit軟件里，墻可以歸納為系統(tǒng)族，它能夠按照對(duì)應(yīng)的墻結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為全新的三維墻體模型。該軟件不僅有墻工具，以此方便模型繪制以及墻體對(duì)象的生成。在Revit中創(chuàng)建墻體時(shí)，需要先定義好墻體的類型，包括墻厚、做法、材質(zhì)、功能等，再制定墻體的平面位置、高度等參數(shù)。以二維平面圖紙為設(shè)計(jì)藍(lán)本，對(duì)項(xiàng)目的墻體、結(jié)構(gòu)柱與結(jié)構(gòu)梁等主要構(gòu)件進(jìn)行布設(shè)。設(shè)計(jì)過程中導(dǎo)入二維CAD圖紙，調(diào)整圖紙使其與軸網(wǎng)相對(duì)應(yīng)，然后在此基礎(chǔ)上繪制項(xiàng)目的墻體以及結(jié)構(gòu)柱等。相應(yīng)的平面視圖和立體視圖如圖9，圖10所示。圖9項(xiàng)目一層墻體平面視圖完成項(xiàng)目墻體和結(jié)構(gòu)柱的布設(shè)后，對(duì)結(jié)構(gòu)梁、結(jié)構(gòu)樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行布設(shè)，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件在和給排水專業(yè)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)過程中會(huì)參與管線綜合及碰撞檢查工作。結(jié)構(gòu)柱所發(fā)揮的作用是對(duì)建筑物整體進(jìn)行支撐。結(jié)構(gòu)墻與結(jié)構(gòu)梁也是重要的承重構(gòu)件，這里雖然不對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行鋼筋布設(shè)和荷載分析等操作，但是在與給排水專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)，必須將結(jié)構(gòu)構(gòu)件考慮在內(nèi)。Revit提供了一系列的結(jié)構(gòu)工具，可以完成結(jié)構(gòu)墻、柱、梁等基本結(jié)構(gòu)構(gòu)件的創(chuàng)建。

3.2添加項(xiàng)目所需的其他構(gòu)件

完成項(xiàng)目的主體墻體構(gòu)建后，對(duì)建筑模型中需要用到的其他構(gòu)件進(jìn)行布設(shè)。構(gòu)件包括門、窗、樓梯、欄桿、樓板以及屋頂?shù)龋琑evit軟件提供了各種構(gòu)件的族文件樣板，可以在軟件中直接載入使用，常用構(gòu)件的屬性如表1所示。以樓梯的繪制為例介紹模型構(gòu)建過程中基本構(gòu)件的創(chuàng)建方法。首先定義樓梯的類型，以軟件原有的系統(tǒng)族類型為基礎(chǔ)，復(fù)制創(chuàng)建項(xiàng)目需要的樓梯類型，并對(duì)樓梯的功能、踏板深度及材質(zhì)等屬性進(jìn)行設(shè)置，如圖11所示。屬性設(shè)置完成后，在平面與三維視圖下結(jié)合繪制的參考平面，完成樓梯的布設(shè)及修改，如圖12，圖13所示。同時(shí)，基于BIM的建筑三維設(shè)計(jì)，講究的是“所見即所得”的可視化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師可以通過BIM模型的三維立體視圖準(zhǔn)確、清晰地了解到建筑內(nèi)部的設(shè)計(jì)效果。為了讓建筑的最終設(shè)計(jì)效果得到進(jìn)一步的優(yōu)化，可借助相應(yīng)的渲染功能對(duì)目標(biāo)的墻體及其構(gòu)件進(jìn)行渲染使其更具感官特點(diǎn)，充分體現(xiàn)出軟件的人性化設(shè)計(jì)。項(xiàng)目最終利用Revit軟件構(gòu)建出的項(xiàng)目的建筑主體BIM模型如圖14所示。

4結(jié)語

本文基于BIM技術(shù)理論的相關(guān)成果與應(yīng)用進(jìn)行研究，從宏觀的角度對(duì)BIM技術(shù)在未來的應(yīng)用前景與當(dāng)前建筑模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。利用三維仿真軟件Revit對(duì)辦公樓項(xiàng)目的建筑主體完成建模。圍繞建模繪制時(shí)遇到的難題進(jìn)行了詳盡的闡述，同時(shí)對(duì)軟件處理二維平面圖紙的能力做出了進(jìn)一步要求。

作者:張立華 單位:赤峰學(xué)院

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