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基于参数化智能技术的建筑信息模型(一)

发布时间:2010年04月22日 21:11 来源:互联网
摘要:

基于参数化智能技术的建筑信息模型‘曾旭东,谭洁(重庆大学建筑城规学院,重庆400030)摘要:为了推进建筑业信息化进程和可持续发展的建筑设计,以提高中国建筑业竞争力,对基于参数化智能模型技术的建筑信息模型(

 

基于参数化智能技术的建筑信息模型‘
曾 旭 东 ,谭洁
(重庆大学建筑城规学院,重庆400030)
要 : 为了推进建筑业信息化进程和可持续发展的建筑设计,以提高中国建筑业竞争力,对基于参数化智能模型技术的建筑信息模型(BIM)进行了研究.建筑信息模型( BIM)是计算机辅助建筑设计领域的新技术,它不仅包含几何数据,还包含建筑生命周期中的大童工程数据.并还将其与二维CAD技术进行了比较,表明了参数化智能模型技术的特点和优势,以参数化智能模型技术为基础的建筑信息模型必将取代传统的计算机辅助建筑设计手段,成为信息时代推动中国建筑业的新动力.
关键词:参数化;建筑信息模型;生命周期
中图分类号:TU201.4 文献标识码;A
1建筑业信息化趋势
          建筑 业 是 中国国民经济的支柱产业,而它长期以来属于一个劳动密集、粗放经营的行业.中国“九五”期间,全社会固定投资总额138 736亿元,其中由建筑业直接完成的建筑安装工程总额87 104亿元,占投资总额的62.8%.可见建筑业的发展对国民经济的影响甚大,而且中国加人WTO以后,面临建筑市场的全球化竞争,提高中国建筑业竞争力的问题迫在眉睫,关键在于必须充分利用新技术进行建筑业信息化研究,否则,建筑业将严重影响整个国民经济和社会信息化的发展.事实上,随着信息时代的到来与发展,制造业、农业、金融业等行业早已利用信息技术的新方法提高了生产效率和竞争力,而建筑业在利用信息技术方面却进展缓慢.10年前,信息技术已经在汽车业、航空业、电子业和消费品制造业开始应用,从而使它们由传统的基于图纸的设计流程转化为基于信息模型的设计流程川,在整个流程中,通过模型所携带的数据进行工程分析、明细表生成、成本估算、生产计划、产品供应链集成,以及最后在工厂实现由计算机控制的制造.建筑业也开始吸收来自于制造业的经验,研究信息技术在建筑设计上的应用方法并提出了建筑信息模型(Building Information Model,简称BIM)的概念.
2 建筑信息模型(BIM)与IFC标准
       建筑 信 息 模型是一种全新的建筑设计、施工、管理的方法,它将规划、设计、建造、营运等各阶段的数据资料,全部包含在3D模型之中,让建筑物整个生命周期中任何阶段的工作人员在使用该模型时,都能拥有精确完整的数据,帮助项目设计师提升决策的效率与正
确性.理想的建筑信息模型本身应包含的信息有从规划部门提供的GIS模型中获取的规划条件信息,从市政、勘察部门提供的数字化模型中获取的地理环境现状信息,从建筑师的建筑造型与空间设计中获取的几何形体信息,从结构师的结构计算中获取的结构尺寸与受力等信息,从电气、暖通工程师的设计中获取的电气与暖通管道布置等信息,从建筑相关厂商提供的数字化模型中获取的建筑材料与构造信息,所有这些信息均包含于3D模型中[2),总之,任何在实际建筑工程中遇到的情况,都在建筑信息模型中有相应的描述.根据 其 概 念,建筑信息模型中的建筑构件是对象化的数字物体用来描述和表现真实世界的建筑构件.
       因此建筑信息模型中的三维模型与那些用于表现效果的三维模型,或在平面的基础上靠拉伸实现三维的2.5维模型有着本质区别.普通模型只有建筑几何数据,而建筑信息模型除了几何数据外,更有大量的工程数据.如图1所示[31,建筑信息模型中除了有长、宽、高等几何属性外,还有墙体类型、材料成分、制造商、价格等信息,另外由于它还包含一些行为属性,因此在很大程度上是智能的.如当墙体为复合材料时,墙体交接处可自动识别对应的材料并与之连接等.
 
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        由于 信 息 建筑模型包含的信息应该满足整个建筑生命周期,模型必须非常精细,包含相当多的建筑元素,才能适应所有各阶段的需要.那么建筑信息模型的系统实现方法有两种,一种是超级复杂的综合模型.从计算机的角度看,是共享一个中央数据库,不仅包含建筑模块,还包含结构分析模块、预算模块、能量分析等评估模块、以及一些辅助决策模块等.该系统要为不同的设计者提供共享信息,为建筑师、工程师、预算员提供专业用户接口,这样一个高度集成的系统需要耗费大量的资源进行维护,特别是在管理大型项目其数据分散,管理风险增加,可行性不强.另外一种是分类模型,使用的是联合数据库,让各种专业通过一个模型进行交流.如图2所示,从设计咨询到初步设计再到施工图设计等各阶段,专业人士通过基本模型获取所需的信息用专业工具做他们自己的那部分,然后把他们的成果通过IFC格式交换反馈到信息模型当中,传递到下一个阶段以供使用和参考,这种系统可行性强,而且模型在整个生命周期中可以充分利用.他们之间的数据交换是目前建筑业事实上的交换与共享标准—IFC标准[a),它是由IAI( In tenrationalA liancefo rIn -teroperability)开发的一套数据模型,其系统既是一套数据呈现标准,也是一套档案格式,其原则是将建筑
3D模型视为真实世界的物体,目的是让CAD使用者在不同的软件间交换设计数据.
3 参数化模型技术
建筑 信 息 模型只是一种方法,并非技术,它需要与之相配的技术支持才能有效实施.这些技术包括CAD,面向对象的CAD,参数化建筑模型.据研究表明以这三种技术为平台实现建筑信息模型的效果如图3所示.CAD技术是基于图形的,在设计过程中CAD技术非常有效的支持自动绘图,大大减少了人力和财力.
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建筑业使用此类软件大约十多年了,如AutoCAD等.它利用图层分类而且需要对建筑设计附加一些额外的信息,通过使用软件开发包可以扩充CAD包的应用范围,如概预算等.但是即使使用软件开发包,最终的图纸中也只包括实际建造一个项目所需的图形信息,大量的其它信息并没有成为图纸的一部分,而且人工调整这些图纸和设计数据对于大型项目来说是令人望而生畏的.因此,CAD技术几乎无法用于实现建筑信息模型的方法.
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        更进 一 步 发展的面向对象CAD系统,这种系统以“对象”为特征〔’],即以门、窗、墙等为特征,它们除了存储3D建筑图形外还存储了建筑逻辑结构的非图形数据.用户可以提取这些数据来综合使用数量和属性等信息.此系统不仅支持3D建筑模型,而且可以从3D模型中生成2D图纸,使那些费力的绘图工作自动化,因此,此系统对提高图纸绘制的效率很有效.这种面向对象的工作环境与基于CAD技术的类似,本质上都是依靠图形文件来存储和管理数据.正因为面向对象的CAD系统仍然保持其对图形的依靠,因此它无法完全优化对建筑信息的创建和管理,部分图形和非图形信息仍然需要人工调整来维持一致性.当设计变更时,如添加一个窗,只对当前工作界面的视图有影响,在其它对应的视图包括立面图、剖面图、门窗表的自动调整却需要所提供的工具来实现.特别是在大型项目中,设计变更所需付出的劳动相当大,那么图纸的不一致的可能性也越大.因此,当面向对象的CAD系统用于建筑信息模型时,他们常常用于提高图纸绘制的效率.参数 化 建 筑模型的解决方法用一个关系数据库和一个行为模型来动态捕捉和表现所需的建筑信息,如3D视图、2D图纸、或表格,所有这些生动表达建筑的图纸都是基于同一个数据库的管理〔63.由于使用参数化技术的建筑模型具有其在真实世界的行为和属性,那么参数化模型“知道”所有构件的特征以及它们之间的相互作用的规则,因此对模型操作时它会保持构件在真实世界的相互关系.比如,在参数化建筑模型中,如果屋顶倾角改变了,墙会自动追踪屋顶线.由于所有操作都是在同一个数据库上进行的,因此所有建筑的表现形式都直接与数据库关联,无论视图(平面图、立面图、剖面图等)还是表格(构件类别、门窗表、预算报表等),都维持与模型的各种视图相联系.举例说明,当以图形编辑修改一个构件时,其修改的数据直接反馈到模型数据库中,而与模型数据库相关联的表格中对应的数据则会自动更新;同理,如果构件是在表格中编辑修改的,那么图形视图则自动更新.参数化建筑模型的一个另外重要特征是在管理建筑构件之间的联系时可保持最初设计意图的智能性.例如,在一个面向对象的CAD系统中,门“懂得”它只能存在于墙里,如果墙删除,门也自动删除.这虽然也是智能,但它只是对物体属性的智能的延伸,这种智能无法与参数化建筑模型的智能化相比.例如,用参数化建筑模型技术,设计者可以指定门在墙中并且与窗相距3英尺,当修改设计时,系统自动保留这种门、墙、窗的联系.因此,参数化建筑模型的本质用是用计算机以构件在真实世界的行为和属性来建模,用它来实现建筑信息模型的方法最能体现信息技术的优势.
        综上 所 述 ,从基于CAD技术的环境转移到面向对象的工作环境可以认为是功能的延伸和增强,而如果转移到参数化建筑模型的工作环境则需要将所有的工程信息赋给建筑信息模型,沿用传统的辅助绘图模式来使用这种新技术是完全行不通的,这是工作模式的转变,是使用新的建筑设计方法来提高效率和燕得竞争力的.
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