BIM技術在建筑設計的研究

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摘要：現階段，傳統的二維設計已經不能滿足建筑領域的實際需求，在處理建筑設計方面的問題時顯得舉步維艱。全新設計的三維仿真軟件正是基于此背景被開發出來，通過該軟件能夠為所有專業構建協同設計的技術平臺，以此讓建筑系統獲得理想的技術支撐，使其在創建bim模型時更為科學高效。詳細闡述了關于現代BIM技術在建筑結構設計的應用，并系統地探索分析如下三個層面的內容：深入理解BIM理論和技術；介紹基于BIM技術的建模軟件；以某綜合樓建筑為研究對象，采用Revit軟件構建出建筑主體的BIM模型。

關鍵詞：BIM；建筑工程；建筑模型；Revit

1BIM的理論知識

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）運用了當代三維數字技術[1]，讓項目建筑中的所有環節得到優化，使工程建設的質量得以提升，工程建設的耗時也得以縮短。同時，這種技術涵蓋了建筑體系里面所有工種部門數據信息的數據模型，是一個建筑事項從策劃方案到拆除的處理和運作工程數據的過程。BIM具有的優點十分明顯，例如它能夠使操作人員進行更為方便的可視化操作，并且它能夠支持協和模擬，以此讓生產效率得到顯著的提升，減少了項目參與各方在進行交流時遇到的阻礙，工作項目的質量也得到了進一步的優化[2]。以往的CAD設計通常情況下是利用二維平臺來展開相應的操作，通過各式各樣的設計圖紙進行數據信息的互動。而全新的BIM技術能夠支持可視化操作，并且它和3D設計是相同的，能夠構建虛擬化的實體形象支持工作人員的項目分析和研究。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證其合理性，讓建筑中有限的空間得到更加充分和科學的運用，避免專業管線之間發生沖突，以此使各個專業部門的協同性顯著提升。同時，它還可以協助工作人員在較短的時間里發現工程事項里潛藏的問題，使工程圖紙在各個專業部門遞交時不容易發生失誤[1]。

2基于BIM技術的建模軟件

建模軟件合理地運用了當代計算機技術完成工程項目結構模型的創建。同時通過同一數據結構對整個系統進行集成，再借助于更為科學高效的參數化技術，讓各個建筑工程師之間進行更好的信息互動，以此推動工程項目信息模型的創建。BIM技術不斷更新和發展，其應用的領域也不斷的拓展[3]。現階段，在全球范圍內都具有良好聲譽的針對BIM技術的軟件開發商一共有四個，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軟件簡介

Revit公司于1997年開發了一款名為RevitStructure的軟件，它是由Pro/E公司進行編寫開發的。在Revit剛問世時，即使能夠和AutoCAD軟件進行數據交換與編程，然而軟件自身程序結構和AutoCAD有著一定的區別，總的來講Revit軟件可以理解為一種全新的技術，它代表新型技術的開創[3]。Revit軟件是當時比較成熟的軟件，它強調BIM技術應用，并且能夠完成工程項目設計生命周期的良好銜接和數據信息的傳輸。針對建筑行業而言，Revit比較理想的實現了BIM，它借助關系數據庫構建更加科學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據[4]。繪制圖紙所具有的基本元素發生了顯著的變化，從以往的點、線等元素轉換為墻、窗梁等對象，從本質上講，它就是通過建模語言對整個建筑結構進行描寫，它是一類專門針對項目工程檢驗而編寫的程序。整個應用是建立在BIM的Revit軟件的基礎上。它能夠較為完善地把建筑、結構等指標與圖形結構表現出來，并且可以通過多種方式進行分析、觀察，讓建筑的信息和結構呈現出較為準確的數據[5]。

2.2BIM技術在某辦公樓建筑設計中的應用

本文擬以某綜合辦公樓為研究對象，利用Revit軟件對其建筑主體完成建模工作。針對建筑主體進行設計，對結構設計中的鋼筋配比、荷載等信息暫不做研究，為后面的建筑專業與給排水專業的協同設計做準備。2.2.1項目準備在Revit軟件中創建其他項目時，任何項目都會把項目樣板當作程序設計基礎，在樣板文件里編寫不同的組建、寫入相關信息參數，另外，該文件所對應的后綴名稱應該改為“.rte”，在Revit軟件中，核心項目都必須使用樣板文件。樣板文件包含了系統設置的項目初始參數，包括項目默認的度量單位、層高信息、樓層數量的設置信息、顯示設置、線型設置等。在Revit軟件中，一個合適的項目樣板可以減少后期建模過程中的設置和調整，提高了項目設計的效率。使用項目瀏覽器，可以在各視圖間進行切換操作，并提供強大、易用的視圖操作工具，對各視圖進行縮放、平移、旋轉等操作。同時，軟件還可以實時顯示操作內容的屬性列表，輔助設計師在設計的同時明確設計內容的屬性，如圖2，圖3所示。圖2項目瀏覽器內容圖3屬性欄內容在模型建立過程中不可避免地會對過程中用到的圖元進行編輯與修改，使其可以符合設計師的實際需求。所以，軟件里面還涵蓋了諸多編輯工具，以此對圖元展開一系列的編輯。通過“修改”選項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建立工作集建筑項目作為復雜的設計系統工程，一般都是由多個專業共同參與完成的，但在專業間協同設計過程中不能同時對多專業進行BIM設計。因此在項目整體設計114過程中，各專業可以根據本專業設計需要建立多個工作集。在本文建筑專業與給排水專業間的協同設計過程中，建筑專業可以按照建筑設計的要求建立自己的工作集，同時設置工作集權限，指定查看本工作集的相關設計人員。同樣給排水專業通常也能夠組建專門的工作集，而且還能夠按照所需的項目組建不同的工作集，比如給排水專業可以根據細部設計劃分為給水、排水、熱水、消防、中水等子系統，每個子系統都可以建立工作集，方便設計人員更為精確的管理設計內容，如圖5所示。圖5工作集設置樣本2.2.3創建標高以及軸網標高與軸網是建筑設計中重要的空間定位信息。Revit通過標高和軸網來定位參與模型構建的各構件元素在模型中的相對空間關系。事實上，標高和軸網是在Revit平臺上實現建筑、結構、設備專業間三維協同設計的工作基礎與前提條件。在Revit軟件對項目進行設計時，首先要測量出標高與軸網，再按照標高與軸網相關信息組建門、窗等建筑模型，這種方法符合國內絕大多數建筑設計院設計流程。在Revit開始建模前，應先對項目的層高和標高信息做出整體規劃。在建立模型時，Revit通過標高確定建筑構件在模型內的高度信息和空間位置。另外，在Revit中軸網對象與標高對象類似，是垂直于標高平面的一組“軸網面”，設計人員可以在項目平面視圖中依據軸網定位項目圖元，結合標高信息最終確定構件在模型內的具體空間位置。在繪制標高以及軸網的過程中，利用Revit中“常用”選項卡“基準”面板中的“標高”和“軸網”命令，將二維平面圖紙構建為程序模板，對工程標高和軸網信息進行繪制，同時還要注意標明相關標注與編號，如圖6，圖7所示。2.2.4載入族文件族是RevitArchitecture項目的基礎，不論模型圖元還是注釋圖元，均由各種構件族構成。RevitArchitecture中的族有兩種形式：系統族和可載入族。系統族已在RevitArchitecture中預先定義好，系統族的相關信息都保存在樣板和項目中，用于創建項目的基本圖元，如墻、樓板、天花板、樓梯等。可載入族可以由用戶自行定義創建，或者是經設計人員間的交流獲得，然后在軟件中獨立保存為“.rfa"格式的族文件。RevitArchitecture不允許用戶對系統族進行創建、復制、修改或刪除操作，但可以復制和修改系統族中的類型，以便用戶根據項目的具體需求創建自定義系統族類型。圖6標高繪制及標注圖7軸網繪制及編號RevitArchitecture的模型類別族分為獨立個體族和基于主體的族。獨立個體族一般來說是指不基于其他主體的程序結構，例如家具、結構柱等。基于主體的族是指不能獨立存在而必須依賴于主體的構件，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，當在項目中使用該族時，可以在“類型屬性”對話框中調節所有族中定義的參數，也可以通過復制功能創建與該族類似的族的類型。比如，可以采用系統族中外墻300mm的新的族類型。240mm族類型，通過復制、修改參數操作創建外墻，如圖8所示。

3模型的構建

此時主要利用Revit對本項目建筑主體與結構墻、梁與柱進行設計，構建出建筑主體的BIM模型，并以此BIM模型為基礎與給排水專業完成專業間的協同設計，共同構建綜合建筑、結構、給排水專業設計信息的BIM模型。

3.1創建項目的主要墻體

在Revit軟件里，墻可以歸納為系統族，它能夠按照對應的墻結構數據轉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象的生成。在Revit中創建墻體時，需要先定義好墻體的類型，包括墻厚、做法、材質、功能等，再制定墻體的平面位置、高度等參數。以二維平面圖紙為設計藍本，對項目的墻體、結構柱與結構梁等主要構件進行布設。設計過程中導入二維CAD圖紙，調整圖紙使其與軸網相對應，然后在此基礎上繪制項目的墻體以及結構柱等。相應的平面視圖和立體視圖如圖9，圖10所示。圖9項目一層墻體平面視圖完成項目墻體和結構柱的布設后，對結構梁、結構樓板等結構構件進行布設，這些結構構件在和給排水專業進行協同設計過程中會參與管線綜合及碰撞檢查工作。結構柱所發揮的作用是對建筑物整體進行支撐。結構墻與結構梁也是重要的承重構件，這里雖然不對結構構件進行鋼筋布設和荷載分析等操作，但是在與給排水專業協同設計時，必須將結構構件考慮在內。Revit提供了一系列的結構工具，可以完成結構墻、柱、梁等基本結構構件的創建。

3.2添加項目所需的其他構件

完成項目的主體墻體構建后，對建筑模型中需要用到的其他構件進行布設。構件包括門、窗、樓梯、欄桿、樓板以及屋頂等，Revit軟件提供了各種構件的族文件樣板，可以在軟件中直接載入使用，常用構件的屬性如表1所示。以樓梯的繪制為例介紹模型構建過程中基本構件的創建方法。首先定義樓梯的類型，以軟件原有的系統族類型為基礎，復制創建項目需要的樓梯類型，并對樓梯的功能、踏板深度及材質等屬性進行設置，如圖11所示。屬性設置完成后，在平面與三維視圖下結合繪制的參考平面，完成樓梯的布設及修改，如圖12，圖13所示。同時，基于BIM的建筑三維設計，講究的是“所見即所得”的可視化設計，設計師可以通過BIM模型的三維立體視圖準確、清晰地了解到建筑內部的設計效果。為了讓建筑的最終設計效果得到進一步的優化，可借助相應的渲染功能對目標的墻體及其構件進行渲染使其更具感官特點，充分體現出軟件的人性化設計。項目最終利用Revit軟件構建出的項目的建筑主體BIM模型如圖14所示。

4結語

本文基于BIM技術理論的相關成果與應用進行研究，從宏觀的角度對BIM技術在未來的應用前景與當前建筑模型結構進行分析。利用三維仿真軟件Revit對辦公樓項目的建筑主體完成建模。圍繞建模繪制時遇到的難題進行了詳盡的闡述，同時對軟件處理二維平面圖紙的能力做出了進一步要求。

作者:張立華 單位:赤峰學院

參考文獻

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