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BIM在建筑设计中的应用

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1BIM在建筑设计中的应用

1.1方案辅助设计BIM作为建筑信息模型,模型本身不光带有信息,而且可以对信息的改变做出相应的反馈,所以带来了一种新的设计方式———参数化设计,通过在方案设计中BIM的应用,得到了许多有益的经验,对比传统的建筑方案设计模式,BIM的介入可以让设计更加的多元化,逻辑性也更强,对于复杂的建筑形体以及表皮,有着很好的指导作用,通过参数的改变可以对建筑的形态进行参数化改变,列出不同形态的方案进行性能分析以及设计对比,选择最优的方案进行深化,可以更好地完成建筑方案设计,而程序将会帮我们处理一些复杂、重复的任务,解放了设计师的时间与劳力,把更多的时间用在选择方案及深化方案上,从而提高设计质量.在复杂建筑的设计过程中,经常使用参数化建模软件进行方案推敲,通过参数控制形体进行方案比对成为了一种趋势.在参数化设计大师扎哈•哈迪德的设计中,非线性建筑占了绝大多数,通过参数修改建筑形态是她惯有的设计手段.扎哈•哈迪德设计的Verbania新剧院,通过编程生成了参数化影响建筑形态的程序,生成极为多样的结果(图1),设计人员通过对结果的比对,修改相应的参数生成需要数目的建筑形态,使最终的建筑形态足够合理.

1.2建筑性能分析通过BIM技术,可以对设计方案的照明、安全、布局合理性、声学、色彩、能耗等进行评估,得出的这些数据可以为投资方用来对设计方案进行评定,是否符合可持续设计的理念.在建筑全生命周期里,方案的重要性不言而喻,通过BIM对方案的评定,对于之后建筑全生命周期的使用、对环境及资源的影响都进行大幅度优化.通过BIM技术在方案设计初期阶段就可以对设计进行建筑性能分析,对建筑形体进行比较,在各个方案中比对选择建筑性能最优的方案,在设计初期就对建筑全生命周期能耗进行大体的把握.

1.3可视化设计可视化设计是BIM在建筑设计中的另一个重要应用,其体现在两个方面:①过程中时时观察,以发现设计中的不足之处,及时修改.②设计展示阶段为投资方做更全面、更生动、更加有互动性的展示,相对于静态效果图更有说服力.在建筑方案设计阶段,通过BIM技术,在整个设计阶段都在建筑效果可视化下进行的设计,对于建筑外形以及空间效果方面都可以进行时时观察,对于方案设计中的缺陷都可以及时的发现.

1.4协同设计目前我们所说的协同设计,很大程度上是指基于网络的一种设计沟通交流手段,以及设计流程的组织管理形式.包括:通过CAD文件之间的外部参照,使得工种之间的数据得到可视化共享;通过网络消息、视频会议等手段,使设计团队成员之间可以跨越部门、地域甚至国界进行成果交流、开展方案评审或讨论设计变更;通过建立网络资源库,使设计者能够获得统一的设计标准;通过网络管理软件的辅助,使项目组成员以特定角色登录,可以保证成果的实时性及唯一性,并实现正确的设计流程管理;针对设计行业的特殊性,甚至开发出了基于CAD平台的协同工作软件等等.通过BIM的介入,设计师终于有了一个高效而便捷的平台进行协同设计,通过BIM,可以让分布在不同地方的不同专业的人员通过网络的连接来完成设计工作[4]通过网络进行协同设计的不同维度的两种应用,一种是局域网的内部协作模式,另一种则是有许多不同地方的设计参与方能使用的广域网协作模式(图2),在不同情况下选择不同的模式.通过RevitArchi-tecture(Autodesk公司出的一系列专为建筑信息模型构建的软件)进行网络协作的功能叫工作集,通过网络建立服务器,通过工作集功能可以达到协同设计的目的.启用工作共享时,RevitArchitecture会为项目创建中心模型.中心模型类似于项目数据库.它存储对项目所做的所有修改,并存储所有当前工作集和图元所有权信息.在创建中心模型后,建议在中心模型的本地副本中执行所有工作.所有用户都需要在本地网络或硬盘驱动器上保存中心模型的一个副本.所有修改都可以发布到中心模型中,所有用户都可以随时从中心模型载入其他用户所做的修改.

1.5碰撞检测碰撞检测是BIM在现有阶段价值体现的一个重要方面.在传统的设计流程面前,管线综合的处理方式是设计企业由建筑或者机电专业的设计人员牵头,将所有的图纸打印到硫酸纸上,将各个专业的图纸叠放在一起进行,通过专业人士对于图纸的观察,进行管线综合,而由于二维图纸信息不完全,以及人工操作的误差,在施工中会发现许多未察觉到的碰撞,只能再反过头来对图纸进行修改,延误了工期,也浪费了业主的投资.而BIM技术的介入为碰撞检查开拓了新的道路.

1.6工程量分析在传统的设计流程里,需要人工对图纸进行测量和统计,或者使用专门的造价计算软件对CAD文件进行重新建模后进行计算统计,前者会消耗大量的人力物力,而手工计算也会带来误差导致最后的结果不精确.而后者也需要对图纸进行重新建模,较为麻烦,而其同样的问题在于,如果图纸的信息进行了改变,不能及时地对其做出修改或反映,数据则失去了原有的作用.造成这些弊端的主要原因则是二维设计的制约性,CAD的图形不含有任何建筑属性或信息,对于信息的反映也比较迟缓.而BIM的介入则可以解决这些问题,最主要的原因就是BIM模型里含有大量的信息,信息的修改直接可以对模型进行修改,与之关联的工程量数据也随之更新.BIM真实地提供了造价管理所需要的工程量信息,减少了人工操作的潜在错误,极为容易实现工程量信息与方案的一致.

2实际项目中的BIM应用

2.1项目概况本项目选址于青岛市李沧区百果山森林公园,是青岛世园会中的1个展馆.世园会主题为“让生活走进自然”(Fromtheearth,fortheEarth),旨在倡导人与自然和谐相处、绿色生态低碳的发展理念.睡莲博物馆项目方案灵感来源于睡莲,由不同弧度的曲面片墙组成,形态内敛而沉静(图3).由于BIM技术的使用,在设计阶段就对设计进行了建筑可持续性的优化,将其打造成绿色生态低碳建筑,符合世园会的主题理念.

2.2建筑信息模型的建立建筑信息模型的建立是其应用的前提,通过对睡莲博物馆的BIM构建,了解到BIM介入到设计中可以提高信息的集成程度,而且较为符合设计师的设计习惯,在信息的使用上较传统设计模式更为自然,设计中输入的信息可以直接提取用于建筑性能分析,建筑效果表达甚至于建筑全生命周期的其他阶段,满足基于建筑全生命周期设计的技术要求.建筑信息模型分为建筑模型、结构模型与设备模型,在睡莲博物馆项目中也通过此系统将总体模型分为三个部分,通过不同专业的设计师进行构建,然后通过链接或者连接服务器的方式进行组合协作,最终构建出睡莲博物馆全专业建筑信息模型(图4).

2.3BIM在项目中的应用实践

2.3.1可视化设计在完成了睡莲博物馆项目整体BIM模型的建立后,将睡莲博物馆BIM模型导入到可视化软件lumion进行漫游动画制作.图5即是这段漫游动画的截图,建筑外观及室内效果都得到较为理想的呈现,而且更接近于实际建起来的建筑效果,让业主方得以更全面地了解此项目的全面的形象以及使用的感觉.另外,通过直接使用lumion进行建筑观察,可以让业主方获得更加具有交互性的感受.

2.3.2协同设计在BIM核心建模软件Revit中,协同设计有两种模式:使用链接文件进行模型整合;通过Revit中的协作功能在网络上进行协作设计.在睡莲博物馆项目中,我们进行了协同设计的尝试,使用的是第一种协作模式:使用链接文件进行模型整合,将整体模型分成几个组成部分,分给不同设计人员来建模,再将模型通过链接的方式进行整合.睡莲博物馆通过文件链接的方法进行设计协作的模型,在此项目中将整体模型分为八个部分:一层给排水模型、一层暖通模型、二层给排水模型、二层暖通模型、幕墙系统模型、墙门窗模型、场地模型以及结构模型,通过不同的设计师进行设计,产生各部分的模型文件,然后通过链接的方式组合到一个模型中.随着建筑工程复杂性的增加,跨学科的合作成为建筑设计的趋势.在二维CAD时代,协作设计缺少一个统一的技术平台,但建筑信息模型为传统建筑工种提供了一个良好的技术协作平台,如结构工程师改变柱的尺寸时,建筑模型中的柱也会立即更新,而且建筑信息模型还为不同的生产部门,甚至管理部门提供了一个良好的协作平台;施工企业可在建筑信息模型基础上添加时间参数进行施工虚拟,控制施工进度等.这不仅改变了建筑师、结构工程师、施工技术人员传统的工作协调模式,而且业主、政府政务部门、制造商、施工企业都可以基于同一个带有三维参数的建筑模型协同工作.

2.3.3碰撞检查在睡莲博物馆项目中进行了碰撞检查的试验,通过将BIM模型导入到Navisworks(Autodesk公司出的一款可视化和仿真,分析多种格式的三维设计模型的软件)进行碰撞检测.在此软件中,可以通过两种方法进行测试:①通过漫游功能通过观察进行碰撞检查;②通过软件自带的功能进行自动的碰撞检查(图6).上述两种方法都可以在项目中对碰撞进行检查,通过软件功能得出的碰撞并不全是施工中一定会出现的,所以需要在所有结果中进行筛选,得出真正需要的碰撞位置.通过BIM的介入,管线综合可以通过系统对各专业模型碰撞的检测进行,从而提高了管线综合的效率与精度.这不仅能很及时地排除项目施工环节可能遇到的碰撞冲突,大大减少由此产生的变更申请单,而且显著提高了施工现场的进度,降低了施工协调所产生的成本.

3结束语

“很明显,整个社会正在经历着一场深刻的技术变革,其所影响到的,并不仅限于科学技术的领域,而且还波及到哲学和认识领域.随着电子科技与声像媒体的发展,信息科学正在更改着认知心理学与哲学.”BIM的介入正慢慢地改变整个建筑行业的设计习惯与设计流程,通过在设计阶段的项目实践,其信息集成度高、信息关联度高、提高设计质量及可对建筑性能减优化优势正慢慢的凸显,BIM技术带来的建筑质量的提高与建筑能耗的降低都符合现阶段建筑行业推崇的绿色生态低碳的发展理念,符合建筑发展的趋势.随着BIM技术研究的深入,BIM在设计中应用的领域会更广,将在建筑业中有更高层次的应用.

作者:王润生王文略单位:青岛理工大学建筑学院

四川建筑杂志责任编辑:田老师    阅读:人次