(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，深圳 518000)

引言

我國(guó)建筑行業(yè)正處于高速發(fā)展階段，目前處于基礎(chǔ)應(yīng)用階段[1]。目前建筑業(yè)BIM技術(shù)多運(yùn)用于施工圖與施工階段，還未達(dá)到全過(guò)程應(yīng)用的理想狀態(tài)。隨著當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷升級(jí)與發(fā)展，BIM技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越深入。本文對(duì)BIM參數(shù)化應(yīng)用在方案和項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境模擬及項(xiàng)目估算中的應(yīng)用進(jìn)行探索。旨在建筑概念方案階段即實(shí)現(xiàn)投資估算與CFD模擬協(xié)同設(shè)計(jì)，減少后期返工，從根本上提高設(shè)計(jì)效率。

1 設(shè)計(jì)階段對(duì)參數(shù)化的需求

1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)的需求

隨著城市建設(shè)的不斷加快，BIM技術(shù)在建筑全生命周期中的應(yīng)用越來(lái)越廣[2]。 建筑方案設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，是設(shè)計(jì)從無(wú)到有、去粗取精、去偽存真、由表及里的過(guò)程， 也是一個(gè)集工程性、藝術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性于一體的創(chuàng)造性過(guò)程。傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的流程是以設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)作為輸入條件，輸入的條件如建筑容積率、建筑覆蓋率、建筑面積、返還面積等。建筑師根據(jù)具體指標(biāo)要求進(jìn)行大概的建筑找型，之后進(jìn)行立面及平面設(shè)計(jì)。多種限制因素導(dǎo)致的反復(fù)修改是方案找型號(hào)效率不高的主要原因，以往的建模方法較為落后，建模效率低[3]。 因此我們需要尋找新的方法去減少重復(fù)工作，提高方案設(shè)計(jì)的工作效率。

1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件的選擇

BIM軟件的選擇是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的首要環(huán)節(jié)，在選用過(guò)程中，應(yīng)考慮以下因素作為選用的方法和程序：在適合企業(yè)自身業(yè)務(wù)需求的情況下，與現(xiàn)有資源的兼容情況：軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和成熟度； 易于理解、易于學(xué)習(xí)、易于操作等易用性； 軟件系統(tǒng)的性能及所需硬件資源； 是否易于維護(hù)和故障分析，配置變更是否方便等可維護(hù)性； 本地技術(shù)服務(wù)質(zhì)量和能力； 支持二次開(kāi)發(fā)的可擴(kuò)展性[4]。

基于以上參數(shù)化需求，結(jié)合上下游設(shè)計(jì)人員軟件習(xí)慣，我們最終選擇Autodesk Revit軟件作為參數(shù)化主要設(shè)計(jì)軟件。

2 參數(shù)化在設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用價(jià)值

BIM由數(shù)字技術(shù)作支撐，在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程、計(jì)算工程算量、模型交付和檢查、后期運(yùn)維等方面發(fā)揮了極大的作用[5]。 在建筑設(shè)計(jì)概念方案階段，使用下文將介紹的參數(shù)化體塊的方法可以便捷地獲得具體的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)(例如容積率、總建筑面積、綠化率等技術(shù)指標(biāo))。之后通過(guò)提取各個(gè)體塊的數(shù)據(jù)和圖形實(shí)現(xiàn)獲取建筑經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、制作投資估算和進(jìn)行項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境模擬。幫助設(shè)計(jì)師在方案階段直觀全面地了解經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及室外風(fēng)環(huán)境等基礎(chǔ)性問(wèn)題，對(duì)該方案進(jìn)行合理性進(jìn)行評(píng)估，全局綜合考慮。建筑師可以在找到符合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、CFD模擬要求與合理投資估算的體塊表達(dá)后再進(jìn)行更深入的立面設(shè)計(jì)與平面設(shè)計(jì)，從而避免設(shè)計(jì)返工。

3 Revit參數(shù)化體塊在概念方案階段中的實(shí)施方法

3.1 Revit參數(shù)化體塊模型與CFD模擬、投資估算軟件迭代設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)師按參數(shù)化體塊組合成的方案模型按圖1的流程進(jìn)行計(jì)算和模擬，我們可以快速得到三組數(shù)據(jù)，分別是經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、投資估算、場(chǎng)地CFD風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果。之后通過(guò)不斷修正輸入?yún)?shù)達(dá)到參數(shù)的最優(yōu)解，在得到最優(yōu)解之后再輸出成果，進(jìn)行下一步平面設(shè)計(jì)。

圖1 參數(shù)化流程圖

3.2 Revit參數(shù)化體塊導(dǎo)出經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)原理

導(dǎo)入所需體塊，通過(guò)賦予組成方案設(shè)計(jì)的各個(gè)體塊相對(duì)應(yīng)的功能信息(如辦公、商業(yè)等)和期望的尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)，使體塊模型的功能屬性、參數(shù)數(shù)據(jù)能夠在Revit體塊明細(xì)表中體現(xiàn)。之后各相交體塊進(jìn)行剪切命令，使每個(gè)空間只歸屬于一個(gè)體塊。提取各體塊數(shù)據(jù)至明細(xì)表并將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel后通過(guò)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和計(jì)算便可以得到具體的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，從而使Revit參數(shù)化體塊達(dá)到參與項(xiàng)目概念方案階段設(shè)計(jì)的目的，具體應(yīng)用流程如圖2。

圖2 Revit體塊導(dǎo)出經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)流程圖

3.3 設(shè)計(jì)概念方案得到參數(shù)化的詳細(xì)步驟

首先需要根據(jù)造型新建數(shù)個(gè)不同形狀的“概念體量族”(如圖3)，將體塊族導(dǎo)入至項(xiàng)目中，輸入?yún)?shù)讓各個(gè)體塊模型達(dá)到設(shè)計(jì)師想要的尺度，通過(guò)組合和剪切命令，設(shè)計(jì)師可以獲得所需的項(xiàng)目整體外形(如圖4)，之后賦予體塊使用功能屬性，為每個(gè)體塊附上樓層參數(shù)和所需共享參數(shù)(如圖5)，最后導(dǎo)出體塊族的參數(shù)明細(xì)表(如表1)。 該方法不僅能確保族具有較高的可復(fù)用性，同時(shí)還能提高設(shè)計(jì)效率[6]。

圖3 各個(gè)形狀的“參數(shù)化體塊”

圖4 由體塊組成的項(xiàng)目方案

圖5 賦予體塊各個(gè)功能屬性后的方案

表1 本項(xiàng)目體塊參數(shù)明細(xì)表

表2 本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表

3.4 由Revit參數(shù)化體塊得到經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的步驟

由3.3的步驟可得到參數(shù)化體塊數(shù)據(jù)，將項(xiàng)目中所需要的技術(shù)指標(biāo)如建筑容積率、建筑覆蓋率、建筑面積、返還面積等套入寫(xiě)好公式的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表格文件中，并使用Excel表格中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)功能，即可得出經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)果(如表2)。

完成以上工作后，當(dāng)我們?cè)偃フ{(diào)整建筑形體的時(shí)候只需修改各個(gè)體塊的參數(shù)，導(dǎo)出明細(xì)表并覆蓋之前數(shù)據(jù)就可以很方便地得出新的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)結(jié)果，效率上是明顯高于傳統(tǒng)方法中使用AutoCAD用Pline線框選面積的方法。

3.5 Revit參數(shù)化過(guò)程中所存在的優(yōu)缺點(diǎn)問(wèn)題及對(duì)策

優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)該方法可以快速得出項(xiàng)目計(jì)劃經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，簡(jiǎn)單易學(xué)。

缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)過(guò)程中需要根據(jù)造型及使用功能的不同，創(chuàng)建多個(gè)體塊族，如長(zhǎng)方體、球體、三角體、圓柱體等。

對(duì)策：關(guān)于需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)體塊族的問(wèn)題，我們可以通過(guò)建立參數(shù)化體塊模型庫(kù)，在類似項(xiàng)目直接調(diào)用。Revit平臺(tái)不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的使用，只有設(shè)計(jì)人員整體提高軟件熟悉程度、靈活運(yùn)用才能更好地運(yùn)用Revit軟件的參數(shù)化功能。

4 Revit參數(shù)化體塊求室外場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境和投資估算的方法

4.1 Revit參數(shù)化體塊模型導(dǎo)入CFD軟件關(guān)鍵步驟

由于Revit軟件導(dǎo)出格式有限，無(wú)法直接對(duì)接CFD軟件xflow，因此需要借助于AutoCAD做中轉(zhuǎn)軟件。將.rvt格式模型導(dǎo)出為.dwg格式模型(圖6)，在AutoCAD軟件中導(dǎo)出為.iges格式,最后在xflow軟件中導(dǎo)入.iges格式的方案模型。

圖6 AutoCAD平臺(tái)中對(duì)體塊模型進(jìn)行中間格式轉(zhuǎn)換

表3 本項(xiàng)目建設(shè)方案設(shè)計(jì)投資估算總表

利用CFD軟件進(jìn)行項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，可知該建筑方案的風(fēng)速放大系數(shù)為1.55，符合綠色建筑設(shè)計(jì)規(guī)范。若風(fēng)速放大系數(shù)過(guò)大，可在Revit平臺(tái)中參數(shù)化調(diào)整各組成提料的尺寸，并重復(fù)上述步驟即可快速求得新的建筑方案的風(fēng)環(huán)境情況，如圖7。把結(jié)果以數(shù)據(jù)和影像的形式展現(xiàn)出來(lái)，使設(shè)計(jì)人員更加具體直觀地看到此建筑的分析結(jié)果[7]。

圖7 輸入?yún)?shù)的體塊模擬

4.2 Revit參數(shù)化體塊模型導(dǎo)入Excel進(jìn)行估算的關(guān)鍵步驟

利用上階段Revit參數(shù)化[8]體塊得出建筑項(xiàng)目中的各類經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)Excel中關(guān)聯(lián)功能關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)公式中即可得到各類投資估算總數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞[9]。其中表中的“經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(元/m2)”為定量，“數(shù)量(面積)”為自變量，“投資估算(人民幣：萬(wàn)元)”為因變量，每次設(shè)計(jì)的迭代優(yōu)化都只需更新變量即可自動(dòng)求得投資估算。同時(shí)可以將投資估算表制作為模板，將下個(gè)項(xiàng)目的Revit參數(shù)化體塊明細(xì)表關(guān)聯(lián)進(jìn)估算模板中即可方便求得該投資估算，并能解決以往投資估算人員因方案設(shè)計(jì)的修改導(dǎo)致重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題，估算成果如表3。

5 結(jié)論

建筑設(shè)計(jì)與建筑項(xiàng)目質(zhì)量息息相關(guān)，同時(shí)也是項(xiàng)目施工圖階段與施工階段的前提，重要性不言而喻。為了使建筑項(xiàng)目能夠滿足基本的建設(shè)條件，保證項(xiàng)目后期的工作能順利進(jìn)行，方案階段的設(shè)計(jì)一定要符合項(xiàng)目所需求的技術(shù)指標(biāo)，避免后期因?yàn)榧夹g(shù)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)或造價(jià)過(guò)高導(dǎo)致返工，同時(shí)也能節(jié)約設(shè)計(jì)人員的時(shí)間、精力，使項(xiàng)目能夠在有效周期內(nèi)按時(shí)完成，保證各方效益。

如果設(shè)計(jì)人員能利用好新一代軟件，充分結(jié)合多個(gè)軟件的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖形的傳遞，將達(dá)到工作效率倍增的目的。很多項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)時(shí)間緊，工作量大，設(shè)計(jì)人員容易出現(xiàn)漏算、錯(cuò)算的情況，利用該方法可以很好規(guī)避以上問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)除基數(shù)輸入工作外的參數(shù)化、自動(dòng)化、電算化[10]。把復(fù)雜的工作交給計(jì)算機(jī)，同時(shí)也提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率。需要注意的是在實(shí)施該參數(shù)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要相關(guān)造價(jià)、綠建人員參與并提出專業(yè)意見(jiàn)，從而保證該項(xiàng)工作的有效性，使設(shè)計(jì)工作更加順利。