BIM模型精细度与参数化幕墙设计在十二中文体楼项目中的应用

杨苗苗 李 媛

(中国航天建设集团有限公司技术中心，北京 100071)

BIM模型精细度与参数化幕墙设计在十二中文体楼项目中的应用

杨苗苗 李 媛

(中国航天建设集团有限公司技术中心，北京 100071)

本文通过十二中项目的BIM技术应用，探讨模型精细度等级的意义及不同模型交付模式在项目实施过程中的用途，并力图展现参数化幕墙设计的优势。

文体建筑； 模型精细度； 参数化幕墙设计； BIM技术应用

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.18

前言

北京市第十二中学东校区项目建设地点位于北京市丰台区万源南里。项目用地东临德贤路，北、西、南三侧均与桃源里社区毗邻。项目类型为学校类建筑，包括教学楼、图书及行政楼及体育馆、食堂、男女生宿舍等。根据学校未来发展需要，该项目为36班完全中学，初中18班，每班45人，高中18班，每班45人，学生总数1 620人。本次选择功能造型较为复杂的图书行政楼及体育馆作为BIM应用项目。图书行政楼、体育馆建筑面积14 417.50m2，其中地上部分9 927.50m2，地下部分4 490.00m2，地上主体四层、地下一层，建筑高度19.50m(檐口高度)。该项目BIM应用最大的特点在于模型的准确性和精细度高，最大的亮点在于幕墙的参数化设计。本文主要围绕以上两个方面进行展开。

1 模型精细度研究

1.1 模型精细度的等级与意义

文体楼BIM建筑模型按照《民用建筑信息模型设计标准》DB11/T 1069-2014的要求在几何信息内容方面涵盖了建筑主体外观形状，如体量、形态、定位信息； 建筑层数、高度、建筑标高、基本功能分隔构件； 主要技术经济指标的基础数据，如面积、高度、距离、定位； 建筑构件的几何尺寸、定位信息，如楼地面、柱、外墙、外幕墙、屋顶、内墙、门窗、楼梯、坡道、电梯、管井、吊顶； 主要建筑设施的几何尺寸、定位信息，如卫浴、部分家具、部分厨房设施； 主要建筑细节几何尺寸、定位信息，如栏杆、扶手、装饰构件、功能性构件； 建筑构件深化几何尺寸、定位信息，如构造柱、过梁、基础、排水沟、集水坑等方面，许多地方甚至已经接近实际完成建筑构件的几何尺寸、定位信息，基本达到了信息模型交付标准LOD300的模型精细度。[1]

在这样的准确性和精细度的基础上，才能够找出设计上的一些疏漏，各专业间协调出现的冲突从而进行建筑细部的进一步推敲，项目中所找到的具体问题都在BIM校审卡中一一列出，有效减少二维图纸存在的“错、漏、碰、缺”。

例如，地下一层游泳馆上部管线布置本身并无重大问题，但造成上部空间凌乱，视觉效果较差，且对建筑幕墙有所遮挡，因此对管线设计进行优化，尽可能将管线布置于泳池一侧小跨度内，从而使整体空间效果更好，也避免了较大面积吊顶造成的空间压抑之感。这样的问题并不仅仅是管线碰撞或者是间距不够的问题，而是进一步优化设计，从而提高建筑设计品质。古希伯来谚语说过，“God is in the detail。”传统二维制图由于自身缺陷以及各专业间相对隔离的绘图模式，使得细部控制很难真正落到实处。往往建筑专业的设计效果图与实际的建成效果相差甚远，究其根本就在于细部控制的不到位。精细的BIM模型由于其三维可视化的直观性和各专业之间链接在同一中心模型的紧密联系，在细部控制上存在着先天的巨大优势(图1)。

图1 模型纵向剖切

二维图纸在很大程度上依靠设计人员的空间想象力和对各专业图纸信息及其他图表信息的综合能力来进行各环节的信息传递。在这个过程中存在着大量的信息流失、信息重复以及信息理解偏差，从而使最终的施工效果与原设计出现差距。而精确的BIM模型与实际建筑实体之间是一对一的三维对应关系，信息表达明确直观，不容易产生偏差，而且同时可将其他非几何信息进行添加，从而实现高效的信息集成。文体楼BIM建筑模型也尽量在非几何信息深度上予以完善，希望将设计信息，准确清晰地传递到下游的施工环节，如有可能再进一步传递到运维环节。虽然管线综合、碰撞检测并不是非常前沿的BIM应用技术，但是它是对整个建筑设计的一次“预演”，建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程。在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题。因此在真实建造施工之前理论上能100%消除管线碰撞，减少返工及损失。

美国建筑行业研究院研究表明工程建设行业的浪费高达57%，而因图纸错误导致的设计变更或者返工造成的进度与成本的浪费与损失也是司空见惯。2010年《中国商业地产BIM应用研究报告》通过调查问卷发现， 77%的设计企业遭遇因图纸不清或混乱而造成项目或投资损失，其中有10%的企业认为该损失可达项目建造投资的10%以上， 43%的施工企业遭遇过招标图纸中存在重大错误，改正成本超过100万元。[2]因此，这项简单的BIM技术应用，事实上有难以估量的实际经济效益。

1.2 模型精细度的挑战与应对

这样准确性和精细度高的信息模型固然有非常多的好处，但是在实际操作中也遇到了一些问题与挑战。虽然设计人员力求完美，但是信息模型信息非常集中而且信息量大，难免出现纰漏。例如，大多数BIM软件都具有关联功能，即“一处改、处处改”，这一功能固然能避免重复劳动，保证图纸的同一性，不会出现类似于平面与大样不统一这样的传统错误，但由于建筑是一个统一的整体，关联性千丝万缕，且各关联之间也没有明确的列表，就会出现在某一视图中将某一参数进行修改，而在另外一个视图中，由于关联，一些本不应该修改的地方也进行了修改，而且这种错误非常隐蔽，设计人员往往自身很难发现，并且模型的精细度越高，可能出错的几率就越大。

为避免以上的错误发生，除了要求设计人员更加细心以外，更主要的是要建立一套完善的企业BIM规范体系，包括与模型精细度相符的企业BIM模板，整个企业设计人员都要遵循的制图流程和制图规范以及严格的校审制度，从而从根本上避免模型信息的混乱与疏漏。

1.3 BIM模型的交付模式与用途

文体楼BIM模型主要采取三种交付模式，全专业模型剖切、轻量化模型互动漫游以及多媒体动画。全专业模型剖切主要是针对专业的设计人员提供的，由于设计是一个“自上而下”的过程，设计师尤其是建筑师很多时候要用“上帝模式”统观全局，控制建筑的整体性。所以，全专业模型剖切可以系统而全面地进行整体展示，满足设计师的这一需求。轻量化模型互动漫游主要是在细节的控制和与甲方的交流中起到很大的作用。轻量化模型集成了信息模型所涵盖的必要信息，但文件本身非常小，并且是可执行文件，几乎在任何一台计算机上无需安装任何软件便可以打开，在与各方信息传递过程中非常方便。轻量化模型可以实现身临其境的效果，使设计师和甲方通过在虚拟的建筑模型中的漫游仔细推敲建筑的空间尺度、空间感觉及建筑细部，同时他的三维可视化效果也使设计师在与甲方的沟通过程非常高效便利。多媒体动画则更多的偏重与展示之用，通过逼真的光感及质感的渲染，角度的选择甚至一些情节的加入，使观者能够充分体会到设计者的理念及建筑的意境(图2～图3)。

图2 全专业二层剖切

2 幕墙的参数化设计

原方案幕墙的开窗方式为建筑师手工绘制，由三种尺寸的窗洞组成，略显僵硬(图4)，BIM介入后采取Grasshopper参数化设计，对幕墙的开窗形式进行了设计优化，主要采用了三种算法，即随机算法、吸引点算法和吸引线算法。

图4 优化前幕墙效果

在随机算法中，为了便于制造选择了0.2、0.4、0.6和0.8四个窗洞比例的随机排布(图6)； 在吸引点算法中，为了丰富立面效果，三个吸引点附近的开窗尺寸沿从左到右的方向递减，开窗大小既受到该窗口与三个吸引点的距离的控制，同时与最近吸引点的距离成正比(图7)； 在吸引线的算法中，开窗大小与该窗口到吸引线的距离成反比。吸引线采用手动控制和函数系数控制两种生成方式，开窗大小最后被分为四类以便制作，编程和效果见图8、图9。

图5 优化后幕墙效果

图6 随机开窗编程及效果

图7 吸引点开窗编程及效果

图8 手动吸引线开窗编程及效果

最终甲方在这些算法生成的二十余种开窗形式的布置方案中，选择了最满意的一种，优化后的幕墙机理更加自然流畅(图5)。这样的设计方式近年来在国际上已广泛使用，如世博会的很多建筑都采用了参数化的幕墙表皮，效果颇佳。

参数化幕墙设计的优势在于，一旦程序完成可重复用于不同项目，且仅通过参数调整便可快速、方便地实现多方案比较。劣势在于前期时间和精力投入较多，且编程本身也是一门专业，很少有建筑专业的设计师能够轻松驾驭。所以，还需要进行大量的学习和培训。

3 结语

十二中东校区文体楼项目在BIM应用的可视化、协调性、优化性、模拟性、可交付性等方面都取得了不错的成果，并且在模型的准确性和精细度以及参数化幕墙设计这两个方面进行了深入研究，力求为BIM技术应用的进一步推进积累经验教训，为今后其他项目的BIM技术应用提供一个可供参考的案例。同时也将努力使BIM模型传递到下游的施工环节，如有可能再进一步传递到运维环节，从而实现目前所倡导的全寿命周期的BIM应用。

虽然项目本身规模和影响力并不是十分突出，但该项目以“创新亮点”出奇制胜，在作品中充分发挥了参数化编程在BIM应用中的优势，将目前国内采用的Grasshopper、Dynamo、Visual Lisp等各种参数化编程语言融合到项目中来，以设计师的思维将BIM模型一键生成、参数化设计等创新亮点发挥得淋漓尽致，对提高设计师的工作效率，加快项目的BIM应用进程以及BIM软件的二次开发都做出大胆尝试，并获得了由中国勘察设计协会和欧特克软件(中国)有限公司联合主办的“创新杯”全国BIM大赛最佳BIM普及应用奖以及由中国图学学会举办“龙图杯”全国BIM(建筑信息模型)大赛优秀奖。

[1]DB11/T 1069-2014民用建筑信息模型设计标准[S].2014.

[2]中国BIM门户网站.http：//www.chinabim.com/.

Application of BIM Model Level of Details and Parametric Curtain Wall Design in Cultural and Sports Building in Beijing No.12 Middle School

Yang Miaomiao， Li Yuan

(TechnologyCenter,ChinaAerospaceConstructionGroupCo.，Ltd.，Beijing100071,China)

By case studying of BIM technology application in Beijing No.12 middle school，this paper discusses the significance of level of detail and the application of different delivery models in this project implementation processes，and shows the advantage of parametric curtain wall design.

Cultural and Sports Building； Level of Detail； Parametric Curtain Wall Design； Application of BIM Technology

杨苗苗(1982-)，女，高级工程师,主要研究方向：建筑方案设计及BIM技术应用研究。

TU17

A

1674-7461(2016)06-0096-04