淺析 BIM 異形建筑設(shè)計的應(yīng)用設(shè)計

1、淺析BIM異形建筑設(shè)計的應(yīng)用設(shè)計一一以扭體博物館為例摘要：通過研究分析現(xiàn)代建筑空間設(shè)計的特點，結(jié)合新時代人們的需求，從精 神與物質(zhì)需求兩個角度衡量，利用BIM技術(shù)運用在博物館的設(shè)計方法，賦予建筑 外部結(jié)構(gòu)設(shè)計非凡的既視感。以挪威BIG公司設(shè)計的扭體博物館為例，針對BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域的設(shè)計中展開研究分析，并從當(dāng)代年輕人情感共鳴出發(fā)，利用綜 合可視化空間設(shè)計，打造現(xiàn)代藝術(shù)視覺體驗的學(xué)習(xí)環(huán)境。關(guān)鍵字：BIM技術(shù)異形建筑設(shè)計扭體博物館引言：在對異形建筑構(gòu)架設(shè)計進行探索的過程中延伸出一種智能BIM創(chuàng)新的 模式，由此賦予了博物館建筑設(shè)計新的發(fā)展方向。建筑信息模型技術(shù)正推動工程 建設(shè)領(lǐng)域的顛覆性變革。在

2、此過程中，誰領(lǐng)先，誰就擁有市場話語權(quán)。清華大學(xué) 土木工程系張建平教授之言。BIM技術(shù)設(shè)計主要應(yīng)用于建設(shè)內(nèi)部復(fù)雜三維模型構(gòu) 架，利用其可視化的特點輔助設(shè)計師操作應(yīng)用，視為CAD之后建筑行業(yè)的第二次 革命，方便解析建筑構(gòu)架，該方向符合國家建設(shè)文化創(chuàng)意與智慧科技城市的目標(biāo)。 本文希望通過智能BIM技術(shù)在城市的應(yīng)用，打造碩大的城市建模網(wǎng)絡(luò)，提高城市 間傳遞信息的效率。一、BIM技術(shù)與異形建筑設(shè)計的概述（一）BIM技術(shù)的理解BIM技術(shù)是一種屬于建筑行業(yè)的科技，具有三維化、信息化、集成化和可視化 等特點，利用BIM軟件對建筑形體結(jié)構(gòu)合理分解觀察，在建筑施工工程中可分析 出此項目的設(shè)計全貌。此外，BIM技術(shù)

3、在現(xiàn)實應(yīng)用中能解決不同設(shè)計師交互的問 題，有助于改善建筑項目設(shè)計中傳遞和修改信息等，促進建筑工程順利進行。復(fù) 雜的異形建筑需要精密的控制和嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，為了實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計和數(shù)字化加工 的數(shù)據(jù)銜接，以及提高異形建筑模型的生成率，將BIM技術(shù)在建筑行業(yè)中占據(jù)重 要的地位，更加適應(yīng)未來的設(shè)計模式的黑科技。（二）國內(nèi)異形建筑設(shè)計的現(xiàn)狀分析隨著國內(nèi)城市的大規(guī)模發(fā)展，建筑行業(yè)的設(shè)計趨勢層層疊新，現(xiàn)代化的異形 建筑逐步出現(xiàn)。從舊時規(guī)則形態(tài)到如今流線型的建筑形態(tài)，從傳統(tǒng)的計算機輔助 到參數(shù)化計算機設(shè)計，很好的提供了異形曲面和不規(guī)則形狀建模設(shè)計方法，對大 量的建筑構(gòu)件和非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)簡單計算建造，建模的精準(zhǔn)度上與設(shè)計

4、意圖表達的吻 合度相像，提高異形建筑設(shè)計的效率。因此，國內(nèi)外的設(shè)計師對異形參數(shù)化設(shè)計 產(chǎn)生極大興趣，活用于各種建筑項目中，將參數(shù)方式構(gòu)建異形曲面，二維向三維 的轉(zhuǎn)變，使建筑設(shè)計行業(yè)步入信息化、參數(shù)化改革。（三）BIM參數(shù)化建筑設(shè)計的特點基于BIM的參數(shù)化建筑設(shè)計擁有強大的聯(lián)動性，當(dāng)構(gòu)建三維模型的一切工程 信息數(shù)據(jù)，在項目運行、策劃和維護的過程都需要對數(shù)據(jù)的處理和傳遞共享，其 中具備三種優(yōu)異之處：（1）BIM參數(shù)化建筑信息的協(xié)調(diào)性和一致性協(xié)調(diào)性是BIM技術(shù)的主要特點之一。施工單位、業(yè)主或設(shè)計單位，這三者的關(guān) 系往往都需要協(xié)調(diào)一致配合工作。比如在工作室參加比賽或者課程團體作業(yè)時， 往往會因為各專業(yè)

5、設(shè)計時溝通不到位，外立面形體不美觀，人流走向不合理，建 筑空間尺寸不對等等情況。這些異議矛盾隨之帶入后程的設(shè)計中，不僅影響建模 的進度，而且影響建模的質(zhì)量。BIM技術(shù)就是在建模前期對各個部分的問題進行 綜合性解決，降低建筑設(shè)計中的參數(shù)錯誤率。BIM技術(shù)在不同階段共享信息，任意調(diào)節(jié)和拓展，建筑構(gòu)件和形體的設(shè)計表 達合理有效的展現(xiàn)，傳遞出實時信息。信息包括模型技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和工程量等指 標(biāo)，得知實時信息需通過3D協(xié)同平臺建模和設(shè)計，精準(zhǔn)計算出參數(shù)值與指標(biāo)再 進行對比。（2）BIM參數(shù)化建筑信息的聯(lián)動性和集成性BIM技術(shù)下的建筑模型是專業(yè)性數(shù)字化信息庫。建筑模型在協(xié)同設(shè)計平臺所 計算整合的數(shù)據(jù)，結(jié)合原

6、BIM模型基礎(chǔ)上修正，兩者結(jié)合的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性有所增大。 如有數(shù)據(jù)修改，所有信息會隨之變化而變化，總平圖、立面圖、結(jié)構(gòu)分析圖都會 實時更變，省下設(shè)計過程不必的校正信息時間和降低模型的錯誤率。其次，實體模型與線框和表面模式有所區(qū)別。二維或者三維的模型都可可視 化信息，用量、材料和成本會附屬在建筑構(gòu)架單元的屬性信息內(nèi)。整體模型的設(shè) 計、加工、施工和維護信息是關(guān)聯(lián)模型復(fù)合的關(guān)鍵。（3）BIM參數(shù)化建筑信息的模擬性和可視化異形建筑復(fù)雜施工模擬和節(jié)點研究是BIM技術(shù)中可視化的特性體現(xiàn)，合理的 顯示出復(fù)雜構(gòu)造和結(jié)構(gòu)節(jié)點，若在建模過程中部分節(jié)點復(fù)雜性高，會采用模擬建 模進行優(yōu)化分析。圖一和圖二分別所示為BIM數(shù)

7、據(jù)信息顯示和可視化效果界面圖 一圖二BIM不僅在技術(shù)層面處于前沿優(yōu)勢，而且視覺表達層面在專業(yè)設(shè)計過程也出眾?？梢暬δ茉贐IM模型空間中協(xié)助和明確項目模型的工作范疇，視圖 顯示出建筑和結(jié)構(gòu)建模的流程，同時分析出模型結(jié)構(gòu)性能，便于檢查校正，合理 平衡實地施工的造價，在質(zhì)與速的保證下，對異形組件的施工達至最高效率。當(dāng) 工程項目實施需交叉作業(yè)時，BIM智能技術(shù)會可視化提升時間與空間的使用率， 避免建模操作的錯誤。二、案例概況（一）扭體博物館簡介由挪威知名建筑設(shè)計院BIG設(shè)計的扭體博物館，以扭轉(zhuǎn)的身姿跨越蜿蜒的 Randselva河，構(gòu)筑棲息的橋梁，活躍整個雕塑公園的藝術(shù)氛圍。作為公園內(nèi)最新 落成的構(gòu)

8、筑物，面積為1000平方米的當(dāng)代異形藝術(shù)機構(gòu)及設(shè)施，不僅連接了兩 岸植物環(huán)境帶，為整個公園文化增添靚麗的風(fēng)景線。設(shè)計師在設(shè)計建筑形體上， 將其與環(huán)境相結(jié)合，如圖三所示，扭曲博物館的身姿跨越蜿蜒的Randselva河， The Twist坐落在歷史悠久的紙漿廠附近，被構(gòu)思為一個在中部扭轉(zhuǎn)90度的橫 梁，在Randselva河的上方創(chuàng)造出一種雕塑般的形式（圖三）（二）扭體博物館設(shè)計的局部分析技術(shù)人員獲取當(dāng)?shù)氐牡匦螠y繪和地質(zhì)參數(shù)化分析，通過BIM技術(shù)軟件對結(jié)構(gòu) 分析計算，建筑造型和體量可簡單的扭轉(zhuǎn)，從沿岸森林貫穿到北端山坡，作為景 觀中的連續(xù)路徑，建筑的兩側(cè)都設(shè)置了主入口，達到合理的構(gòu)筑空間規(guī)范。人

9、流 可從南入口穿過一座16米長的鋁面鋼橋到達一個雙層高空間，北段的景觀觀賞 性提高，人行天橋與此空間相通。BIM自動顯示此處的自然采光進行日照能耗數(shù) 據(jù)分析，嵌入外部環(huán)境分析，模擬建設(shè)扭轉(zhuǎn)的體量在南側(cè)形成了一個縱向的畫廊； 北側(cè)的橫向畫廊為BIM內(nèi)屬于較為開闊的空間，人視全景范圍廣，建筑中央的扭 轉(zhuǎn)體量同時產(chǎn)生了縱向和橫向的空間，與景觀形成呼應(yīng)。當(dāng)異形建筑體量的施工模擬改變時，模型會通過BIM數(shù)字化分析并擇優(yōu)方案， 數(shù)據(jù)信息傳輸以工程設(shè)計方。雙曲線的幾何體量由40厘米寬的鋁板像書籍一樣 排列而成，并以扇面的形式輕柔地移動和變化。建筑內(nèi)部也采用了同樣的手法， 地面、墻壁和天花板均覆蓋以8厘米寬的

10、涂白的杉木板條，為博物館展覽場地的 布局規(guī)劃提供舒適且美觀的環(huán)境背景。BIM模擬出人流從任何一個方向來體驗扭 轉(zhuǎn)畫廊的動線，如同卡幀攝影的效果，當(dāng)布局改變時分析出的交通線規(guī)劃也隨之 改變。北端的通高玻璃墻為博物館帶來了紙漿廠與河流的全景視野，同時以扭轉(zhuǎn)的 姿態(tài)上升，形成一個25厘米寬的帶狀天窗。玻璃的彎曲形式為博物館內(nèi)部帶來 了不同的光照氛圍，并因此形成了三個與眾不同的畫廊：其一是以自然光照亮的 位于北面的畫廊，擁有寬敞的空間和全景視野；其二是天花板較高、光線昏暗、 采用人工照明的南側(cè)畫廊；其三是位于前兩者之間的雕塑般的空間，擁有一個扭 曲的屋頂天窗。玻璃樓梯連接了位于北部河岸的地下樓層，建筑

11、的鋁制地面在這 里成為了地下室和衛(wèi)生間區(qū)域的天花板。全寬度的玻璃立面使游客能夠與下方的 河流親密接觸，為奧斯陸郊外林地的悠閑之旅增添了沉浸式的體驗。（三）扭體建筑體與BIM技術(shù)的設(shè)計點分析BIM技術(shù)讓異形復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)工作展開的更順利，在實際應(yīng)用中常常會利 用平面視角對結(jié)構(gòu)元件的建模和截面進行設(shè)計，導(dǎo)入CAD軟件中，以二維平面繪 制施工圖（圖四）。建筑結(jié)構(gòu)的點線面形式以二維平面方式表達，給設(shè)計師的空 間思維和設(shè)計圖紙的理解更清晰明確。扭體博物館鋼架網(wǎng)架是錯交的空間構(gòu)架， 因此建模造型復(fù)雜程度較高。（圖四）異形造型：扭體博物館采用流線曲面構(gòu)造，讓建筑體更具動感和流體感，但 容易將復(fù)雜外部架構(gòu)表達

12、被忽略在設(shè)計圖紙上，博物館空間信息不完整，建筑設(shè) 計師借用BIM技術(shù)將意向圖制造和組裝細部實現(xiàn)異形鋼網(wǎng)架可視化（圖五、六、 七），從而解決設(shè)計圖紙對異形結(jié)構(gòu)表達的局限性，輸出博物館的精準(zhǔn)信息。（圖五）（圖六）（圖七）海量非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建：工程鋼網(wǎng)架部分有眾多的鋼桿件和橋面檁條，且不同角度 和空間位置之間的橋面曲面變化不同，面對數(shù)量眾多的非標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，設(shè)計師在 工程前期設(shè)置好結(jié)構(gòu)計算數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)快速把設(shè)計與計算軟件的信息貫穿 空間結(jié)構(gòu)計算之中，高精度BIM模型深化設(shè)計加快批量生成海量非標(biāo)準(zhǔn)化，不僅 降低常規(guī)信息的復(fù)雜性，而且高效率深化BIM模型，避免出現(xiàn)重啟狀況。高精度制造加工：扭體博物館項目

13、提前將桿件結(jié)構(gòu)構(gòu)件精度和具體尺寸信息， 桿件螺栓球節(jié)點的開孔位置和深度信息精確報至于工廠，鋼架構(gòu)構(gòu)件會通過BIM 技術(shù)將信息精度調(diào)至最高，工廠化制作會減少工期耗時，提升施工效率。設(shè)計與施工數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：設(shè)計往往會出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息輸出不一致，導(dǎo)致建造時空 間構(gòu)件組裝不合，縫隙和不穩(wěn)固情性頻頻出現(xiàn)，關(guān)乎于人身安全與偽造。這時高 精度的深化設(shè)計BIM模型是最好的信息載體，是設(shè)計與施工之間信息數(shù)據(jù)傳遞的 橋梁。三、挪威扭體博物感的BIM應(yīng)用展示（一）扭體博物館設(shè)計效果在挪威扭體博物館設(shè)計中，異形四曲面的外形設(shè)計讓整個建筑充滿動感的柔 和度。小跨度的結(jié)構(gòu)設(shè)計往往難度更大，如室內(nèi)，空間桁架跨度超過40m，內(nèi)部 結(jié)

14、構(gòu)厚重不匹配工程尺度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建筑形體會出現(xiàn)異常，最終顯示錯誤信息。二維與三維之間的轉(zhuǎn)化不可覷視，平面圖紙上橋段曲線的合理應(yīng)用，與空間 利用率相吻合，博物館內(nèi)部空間多為方形為主，曲線流體的形式感在內(nèi)廊中呈現(xiàn)出穿梭時空的感覺，在程度上給視覺表達有一定的神秘感。在藝術(shù)角度，扭體博物館不管在室內(nèi)還是室外，效果感覺都凸顯眼球，但平 衡合理的功能形式更為重要，當(dāng)其中一方面優(yōu)勢特別明顯，建筑設(shè)計師會考慮其 必要性和合理性。扭轉(zhuǎn)逆向思維是扭體博物館精神所在，自身的邏輯少不了建筑 形體空間和結(jié)構(gòu)，但清晰合理的建筑邏輯正是工程美學(xué)的表現(xiàn)。傳統(tǒng)建筑的規(guī)整 空間一直禁錮著大多數(shù)設(shè)計師的設(shè)計理念與思想，對建筑真實性有

15、一番見解，自 扎哈哈迪德以及其事務(wù)所設(shè)計的一系列現(xiàn)代作品，引起了眾多人的矚目，愈來愈 多的建筑設(shè)計師向往藝術(shù)形式趨勢，弧面異形建筑體以為便是美的所在，往往一 定程度上是不完整的說法，工程美的建筑體更多的是合理清晰的建筑邏輯，內(nèi)在 感性也需藏住理性，因此藝術(shù)與理性的平衡才是整個建筑設(shè)計的結(jié)晶。（二）扭體博物館的參數(shù)化模擬Rhino扭體博物館的建筑表面中，驅(qū)動效果受BIM參數(shù)化的影響。Rhino是當(dāng)前工 業(yè)制造、建筑設(shè)計領(lǐng)域等使用率高，且基于NURRS曲線原理的算法三維造型軟件， 易實現(xiàn)精度高、尺寸數(shù)據(jù)細、復(fù)雜的不規(guī)則形體，具有強大的曲面建模和數(shù)據(jù)輸 出的能力，有利于模型與BIM技術(shù)之間互為轉(zhuǎn)化以

16、及分析信息，優(yōu)化其驅(qū)動效果。 扭體博物館通過Rhino參數(shù)化算法使原雙曲面轉(zhuǎn)化成單曲面，搭建時將破面或粗 糙的部分進行邏輯運算，令其光滑平順，解決異形建筑涉及視覺效果的問題，再 通過BIM技術(shù)可視化模型信息，檢驗?zāi)Ｐ蛿?shù)據(jù)與工程數(shù)據(jù)是否一致。GrasshopperRhino中采用了一種編程語言插件，在參數(shù)化建模時可視化節(jié)點式編程，模擬 出復(fù)雜的不規(guī)則形體，名稱叫Grasshopper的運算器，可以保存以數(shù)據(jù)的形式運 算器處理模型制作的過程。如果只Rhino和Grasshopper結(jié)合建模，單一顯示模 型幾何信息，對模型非幾何而無顯示，需將BIM技術(shù)嵌入系統(tǒng)中，進行信息數(shù)據(jù) 完善和管理，解決了以往

17、異形表面非幾何的構(gòu)造和形狀復(fù)雜，型號不統(tǒng)一的問題， 對數(shù)多的構(gòu)件和連接件的信息數(shù)據(jù)進行規(guī)劃編碼，后期設(shè)計，加工管理材料，施 工和運維的信息分析和調(diào)整。RevitBIM技術(shù)模型信息是由Revit軟件組合生成的，輔助工程師設(shè)計、建造和修復(fù) 維護建筑構(gòu)件。構(gòu)建建筑構(gòu)件模型，分析和模擬系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)，以及迭代設(shè)計（如 圖八、九）。操作Revit軟件中，工程師可在某一理念中將概念抽象形體放置在 軟件圖三和圖四的數(shù)據(jù)網(wǎng)中并數(shù)據(jù)化為具象施工方案圖以及結(jié)構(gòu)分析圖。優(yōu)化建 筑性能并創(chuàng)建逼真的可視化效果，使用專用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的工具，創(chuàng)建與其他建筑 構(gòu)件相協(xié)調(diào)的智能結(jié)構(gòu)模型。評估它們對建筑和安全法規(guī)的合規(guī)程度。多個項目 參與者可以訪問集中共享的模型。這將促成更佳的協(xié)調(diào)，盡可能減少與甲方?jīng)_突 和返工，以最佳的視覺效果有效地向項目所有者以及團隊成員溝通與協(xié)調(diào)。四、結(jié)論結(jié)合挪威BIG設(shè)計的扭體博物館，對BIM技術(shù)在異形建筑設(shè)計中的應(yīng)用有一 定的見解，應(yīng)用BIM技術(shù)可以實現(xiàn)