基于BIM 技术的民族建筑构件参数化演变研究

何春泓，程 帅，黄辉坚，杨 柳，蔡 军

（贺州学院，广西 贺州 542899）

实景三维建设中的实景三维数据库[1]要求收集建筑物的部件级构件BIM 三维模型，在传统村落地区分布了大量的民族建筑，民族建筑在进行部件级构件BIM 三维模型的建模过程中存在着两个难点：其一，民族建筑构件外观奇特连接部位复杂导致建模难度大；其二，民族建筑构件种类繁多、尺寸不一致导致模型入库数量庞大。研究人员已通过参数化建模法的方法解决民族建筑部件级BIM 模型尺寸不一致导致BIM 模型数据库入库数量庞大的问题[2-4]，然而，在民族建筑构件种类繁多导致BIM 模型种类繁多的问题等方面的研究较少。民族建筑构件种类包括斗栱、昂、翘、升等数十种，而各个构件随着时间推移也产生了多种外观不一的构件类型，为解决这一实际BIM 技术建模[5-6]问题，探究建筑构件之间的异同点，研究其差异点之间的演变规律，并利用BIM 技术软件解决不同构件间参数化演变的问题。

为研究民族建筑典型构件参数化演变的建模流程和方法，以民族建筑典型常见构件中的斗栱和升为例，借助BIM 技术建模Revit 软件对民族建筑构件进行参数化演变建模研究，从而探索出一条适合民族建筑构件参数化演变的分析流程和建模方法，为民族建筑BIM 模型进行实景三维模型数据库的入库工作提供理论指导和实践借鉴意义。

1 研究对象

在民族建筑斗拱系统中的“斗”与“升”具有较大的相同特征，在研究民族建筑构件参数化演变过程中选取这两者作为研究对象进行BIM 技术建模。斗栱主要承担着支撑构件栱昂和栱翘等方形木构件的作用。因“斗”具备着承担建筑顶部结构的作用，所以“斗”主要存在于古建筑和民族建筑等建筑物的柱与屋顶间的过渡部分，其主要目的在于将建筑物屋顶重量直接传输至建筑柱构件上，直至传输至建筑基础上，斗的构件类型中的“十八斗”构件如图1 所示。“升”位于栱两端上，“升”的外侧两侧有槽，并且固定在栱的垫板上，早期在斗栱系统中没有“升”构件，在明清时期，斗栱系统为防止鸟虫等进入建筑物内部，采用“升”与栱垫板进行密封，升的构件类型中的“三才升”构件如图2 所示。两者构件的差异点在于“十八斗”构件的腹板存在一段凹槽，而“三才升”构件的腹板是完整没有凹槽的存在。为此，在参数化建模过程中需要考虑其特点，对两者构件进行归一化处理，即在一个模型中通过改变模型部分参数可实现将“三才升”构件向“十八斗”构件转变的目的，从而完成民族建筑构件之间的参数化演变。

图1 民族建筑“十八斗”构件

图2 民族建筑“三才升”构件

2 模型建立

2.1 难点说明

每一类建筑构件甚至机械构件都有其难点和特点[7-9]，在建模时需要根据目标模型的结构以及Revit 软件的建模特点去分析是否能达到最终效果，或者对此目标模型的设计所呈现的信息是否可用。

此次“十八斗”建模演变过程难点在于对建筑构件进行参数化建模过程中，由于软件自身原因，空心融合槽口部分尺寸不能参数调整为零，即使用空心融合办法无法帮助“十八斗”参数演变为“三才升”。所以建模的大概方向是将构件模型分成上（包耳）、中（垫栱板）、下（斗底）三部分进行建模，再对垫栱板及斗底进行分块，按块状去叠合“十八斗”的模型形状，整个建模难点在于，民族建筑“三才升”构件如何实现将其腹板进行凹槽设计，从而转变成“十八斗”构件。

2.2 参数化演变过程

经过对比“十八斗”和“三才升”构件，两者的差异点在于腹板位置是否有凹槽，为此从Revit 软件建模的角度将“十八斗”构件进行模型划分，民族建筑“十八斗”构件划分结果如图3 所示，在建模结束后需要将其转变成“三才升”模型只需要改变腹板处中间位置的体块长度，使其能够刚好填充腹板凹槽部分。

图3 民族建筑“十八斗”构件划分体块结果图

民族建筑“十八斗”构件的各个体块建模步骤如下。

步骤1：对“十八斗”分三层两半去创作，由下往上，即以实心融合办法，绘出底部700 mm×900 mm 融合顶部900 mm×1100 mm 的400 mm 高的斗底。并用对称指令得到模型的大斗底体块。

步骤2：垫栱板也按两个体块创作，以融合方法绘制一个底部200 mm×1300 mm 融合顶部200 mm×1400 mm 的200 mm 高垫栱板于中，一个底部700 mm×1300 mm 融合顶部700 mm×1400 mm 的200 mm 高垫栱板于边，使用对称指令两变四体块得到大垫栱板。

步骤3：包耳，即用拉伸形状绘出900 mm×200 mm×200 mm 的两个矩形体块，用对称指令得到全部包耳模块。完成的建模结果尺寸标注图如图4 所示。

步骤4：根据前面分析的问题进行解决，把需要参数变化的模块分两个体块，首先用融合方法给斗底与垫栱板上下交接不规则处创绘体块以限制参数改变模型方向。最后以原有图纸尺寸基础上拉伸绘出槽口边体块的形状。给最后两体块使用对称指令则得到一个完整的“十八斗”模型。测量尺寸设定参数信息。最后在模型底部完成圆柱体的空心部位开槽，用于与底部的柱体连接。

步骤5：为能够实现将“十八斗”模型进行参数化变化，按照民族建筑构件大小的实际情况，进行整体变化模型尺寸大小，即需要对模型进行参数化处理。根据“十八斗”模型各个体块的外观尺寸的相关信息，建立模型外观尺寸之间的对应关系，将其中体块的部分尺寸设置为自变量，其余尺寸设置为因变量。如需要对图4 模型尺寸进行参数化设置，可将A1、C1 尺寸值作为自变量，其余尺寸值作为因变量。

图4 民族建筑“十八斗”构件正面尺寸详图（单位：mm）

图5 民族建筑“三才升”构件正面尺寸详图（单位：mm）

3 结论

本文研究了民族建筑构件“斗”和“升”的结构特点，对其结构外观进行异同点的总结，并探索出一条适合民族建筑构件参数化建模演变的建模思路和建模方法。以民族建筑构件“十八斗”到“三才升”的演变为例，利用BIM 技术中的参数建模方法，可将同类的建筑构件通过它们相同的特征结合起来，经过这样的加工如果是同类型的建筑构件就可以只用一个模型表示出两个或多个模型，同时还可实现快速建模的目的和减小“族”存储空间。本文提出的建模思路和建模方法有益于提高实景三维中国数据库建设的BIM 模型内容填充效率[10]。