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利用 BIM 整合参数化设计及绿色分析应用

近些年,在建筑设计领域,BIM 体系将参数化设计、绿色建筑分析融为一体,通过可视化的三维模型进行全方位的研究。

近些年,在建筑设计领域,BIM、参数化设计、绿色建筑已然成为最潮流的关键词。这些技术被用来解决项目设计中协同设计、异形体设计、建筑分析、可视化、精细化等二维设计中面临的困难,并通过 BIM 体系将参数化设计、绿色建筑分析融为一体。

BIM 带来的高度协同化

太仓规划馆位于江苏省苏州市南郊新城的核心区,建筑外观采用了可调节的空间菱形铝板幕墙系统。远观为致密的金属鳞片,近视为凹凸效果明显的空间三角形铝板幕墙,并结合了“双鱼”的建筑造型。

淮安生态新城低碳体验馆位于江苏省淮安市生态新城山阳湖景区。项目建设将满足低碳技术展示、淮安文化风俗展示、山阳湖景区接待管理等需求。项目基地 位于山阳湖北岸,围绕“地形建筑”的原规划概念展开,建筑造型长而低, 与周边自然环境紧密结合,达到设计和运营三星级绿建标准。

太仓规划馆为合作项目,淮安生态新城低碳体验馆为原创项目,两个项目从方案阶段开始即进行建筑信息模型( BIM )的搭建,并按绿色建筑分析的需求导出不同模型格式,在多种分析软件里进行项目的分析。这样实现在 BIM 体系下对参数化设计、绿色分析在设计阶段的整合运用。

1.BIM 在招标控制中的应用

在招标控制环节,准确和全面的工程量清单是核心关键。而工程量计算是招投标阶段耗费时间和精力最多的重要工作。BIM 是一个富含工程信息的数据库,可以真实地提供工程量计算所需要的物理和空间信息。借助这些信息, 计算机可以快速对各种构件进行统计分析,从而大大减少根据图纸统计工程量带来的繁琐的人工操作和潜在错误,在效率和准确性上得到显著提高。

在 BIM 的体系下,参与项目的建筑、结构、水、暖、电、绿建、景观、幕墙、内装等专业都在同一个模型下进行工作。

这样的系统下,每件事情只需做一遍。比如:CAD 设计出图时,建筑的图纸需要绘制结构的梁、柱、板等结构信息,而在 BIM 的协助体系下,建筑直接引用结构专业的模型信息即可,无需重复绘制。

同样,在原二维设计体系下,进行绿色分析的模型需要绿建工程师独立搭建,而在 BIM 体系下,绿建工程师可直接引用多专业的整合模型进行分析应用。这样高度协同化的工作将带来两个巨大的好处:一是避免重复劳动,从而提高工作效率,缩短整体项目时间;二是每件事情都有专人负责,而且只做一次可以避免专业间交接出现的错误,从而极大地提高设计质量。

参数化设计

参数化设计是目前新兴的设计方法的抽象描述,它包括生成设计、算法几何、关联性模型等核心概念。很多当代的建筑都面临对建筑几何进行理性表述的难题。和大部分的“方盒子”形建筑相比,这些充满创新的设计其形体往往非常复杂,涉及很多自由曲面的变化,仅仅借助于传统的工作流程, 很难高效准确地完成设计图纸。现在,借助新的数字设计平台,可以对这些复杂的几何变化进行理性的分析和设定,包括从几何学的角度对建筑的平面及三维空间生成进行准确的定义和呈现。 在太仓规划馆、淮安生态新城低碳体验馆项目中,参数化设计方法应用在方案设计的各个阶段,从定义建筑基本形体到建立高度关联的复杂建筑表皮,借助参数化软件建立逻辑模型,设计师可以定义项目的复杂几何关系,这些都为后面延续的施工图设计提供基础模型及数据。

太仓规划馆项目双鱼形外表皮设计中,因为概念方案设计师仅提供了一个 3D MAX 的 3D 模型及一、二层楼层平面图,没有相应的二维定位图纸及外壳定位坐标,采用普通的二维设计软件无法实现外壳的空间定位及搭建,唯有运用 BIM 技术才有可能完成方案深化及施工图设计工作,并以此指导施工放样与定位。

基于 BIM 算量可以大大提高工程量计算的效率。基于 BIM 的自动化算量方法将人们从手工繁琐的劳动中解放出来,节省更多时间和精力用于更有价值的工作,如询价、评估风险等,并可以利用节约的时间编制更精确的预算。

基于 BIM 算量提高了工程量计算的准确性。工程量计算是编制工程预算的基础,但计算过程非常繁琐,造价工程师容易因各种人为原因而导致很多的计算错误。BIM 模型是一个存储项目构件信息的数据库,可以为造价人员提供造价编制所需的项目构件信息,从而大大减少根据图纸人工识别构件信息的工作量以及由此引起的潜在错误。因此,BIM 的自动化算量功能可以使工程量计算工作摆脱人为因素影响,得到更加客观的数据。

绿色设计分析

 

绿色建筑分析是绿色建筑设计中的重要一环,而当前的建筑模拟软件主要分为风环境、光环境、能耗和声环境等。如此多的软件,其建模方式不一样,工程师对于同一 个项目要建立多个模型,浪费了大量宝贵的时间。随着软件技术的不断发展,现在多种绿色分析软件提供了多种兼容其它格式的接口。而 BIM 技术的出现,为只建立一个模型同时提供给多种软件进行分析成为可能,从而大大减少工程师的工作量。

淮安生态新城低碳体验馆作为低碳技术的展示建筑,本身就需要达到国内绿建最高要求的设计三星及运营三星。方案设计引入主动及被动的绿色建筑设计手法,考虑朝向、采光、通风、景观等重要因素,将公共空间配于南面,非日照方向功能房间藏于景观地形下,减少了冷风渗透,消弭冬天不利的西北寒风。同时,设置了多个采光井,尽可能地增加室内的自然采光。

规划要求的建筑长约 250 多米,通过初步模拟计算,条形建筑容易导致建筑周边风速的突变和局部死区,不利于形成良好的室外风环境。如结合地形,对建筑形体进行优化,采用曲面形式,能改善室外行人区的空气流场,提高了人员室外活动的舒适度。

太仓规划馆、淮安生态新城低碳体验馆的规划设计及方案设计可以看出,通过 BIM 技术整合参数化及绿色分析应用,可使建筑方案的创作获得更大的发挥空间。参数化设计让建筑师对各类项目都能找到理性化的表达, 通过可视化的三维模型进行全方位的研究。同时,在绿色分析应用的基础上,项目的节能、采光、通风等功能性方面将获得数据支撑及优化方案,最终实现美学与功能的完美统一。

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