参数化建筑建模——BIM的基础

zj1345 · 发表于 2015-3-15 13:26:38

本白皮书简要介绍了参数化建筑建模，提供了多个检验方法用来帮助您确认一个BIM解决方案是否使用了真正的参数化建筑建模器（符合下文描述的特征），同时探讨了为何参数化建筑建模是BIM的关键因素。

什么是参数化建模？以往的CAD引擎使用可见的、基于坐标的几何图形来创建图元。编辑这些“低能图形”非常困难，极易出错。创建文档的方式通常是从模型中提取坐标，然后生成孤立的二维工程图。随着图形引擎技术的成熟，图元被组合在一起用来表示设计元素（墙壁、孔等）。借助软件，模型变得“更加智能”，编辑难度也稍微下降。曲面和实体建模器为元素带来了更多智能特性，并支持创建复杂的造型。

但它仍然是一种可见的（基于坐标）几何模型，这种模型具有固有缺陷，难于编辑并且可能容易导致提取的工程图无法与模型保持同步。之后，就出现了参数化建模引擎，它使用参数（特性数值）来确定图元的行为并定义模型组件之间的关系。例如，“这个孔的直径是1英尺”或“这个孔的中心位于这两个边的中央”。这意味着设计标准或意图可以在建模过程中加以捕捉。模型编辑工作变得更加简单，而且还可以保留原始的设计意图。

这种革命性的特性为数字化设计模型概念赢得了信任。在机械设计领域（走在参数化建模的最前沿），MCAD参数化建模已成为机械设计的事实标准。

那建筑呢？不幸的是，MCAD参数化建模器没有扩展到建筑项目中。它们通常依赖两种基本技术来传播变更：基于历史信息的（它可以回放每次做出设计变更时的设计步骤）或变化的（利用一个变更并行地解决所有条件。）使用这些变更引擎来处理一个很小的建筑项目也会缓慢的让人不敢恭维。

MCAD建模器通常还需要用户加入大量的约束（即关系），以便上文谈到的变更技术可以重新计算结果。

这种“完全约束的”建模适用于机械设计领域，因为产品（利用一块原材料进行制造）必须进行精确定义 — 这不同于建筑，建筑通常是一组预先制造好的组件，这些组件间具有较少的约束，但这种约束对于建筑设计师而言至关重要。

有一种技术可以让参数化建模适用于建筑设计、进而支持参数化建筑建模，它就是面向建筑信息建模的Revit® 平台所使用的环境驱动的变更引擎。

为建筑设计专门构建 Revit使用一个环境驱动的引擎来更新部分约束的模型 — 创建一个建筑元素关系网络（由软件和/或用户推断）然后它使用这个网络来帮助解决随后的变更。当您在绘制草图或者放置组件时，Revit保留元素之间的关系，但是这些关系没有特定顺序。之后，当您修改单个元素时，参数化变更引擎将确认需要更新的剩余元素以及如何进行变更。

借助一流的参数化建筑建模，BIM软件可以协调任何位置出现的变更，包括在准备打印的工程图上，只要有必要：在三维视图和工程图集、日程以及正面、剖面和平面。

这种方法可以扩展到建筑应用软件中，因为它从来不从整个建筑模型着手；它总是从用户接触的几个可见元素着手，然后使用有选择性的变更传播 — 最大程度上减少需要更新的元素数量。它是真正的参数化建筑建模器吗？一个建筑的建筑设计的本质在于可被嵌入建筑模型的关系。创建和控制这些关系基本上就是设计准则。参数化使设计师可以直接访问这些关系，并借助电脑以自然、直观的方式来思考建筑，就像电子表格是用来思考数值的工具或者字处理软件是用来思考文字的工具一样。

但并不是所有的BIM解决方案都是前面所说的那种有效的参数化建筑建模器。下面举例说明了一些基于参数化建筑建模器的BIM解决方案与其他技术的对比。使用这些测试方法来确认一款解决方案是否是真正的参数化建筑建模器。

1)您的软件是否依靠您来协调和管理变更？在基于集合图形的产品中，用户通常需要通过借助“拉伸盒”或相似命令来选择并识别所有受变更影响的几何图形。但是无法选择那些不可见或者已关闭的几何图形，这时就需要手动查找并纠正这类错误。

在Revit等参数化建筑建模器中，只需选择并移动第一个楼层平面的墙壁，就会导致所有相关元素进行自动更新。屋顶将会随墙壁一道移动，同时保留所有出挑关系，其他的外部墙壁将会进行扩展以保持与移动墙壁的关联。这种关联性是真正的建筑信息建模的必备特性。

2)―提取的‖或―生成的‖等术语是否用来描述工程图的创建？如果是，这清晰地表明它是一款参数化建模器。一些软件包括命令库或者根据建筑模型变更来重新生成或更新工程图及日程的实用程序。但这种流程完全是单向的，需要依靠CAD操作人员来确保已经做出了所有更新。与这种操作相似的是，在数据更新后从一个数据库中生成另一套报告；此报告仅仅反映报告生成时的数据状态。

而一流的参数化建筑建模器可以自始至终协调和保持一致性。就像一个电子表格一样。在一处更新模型，所有的视图、工程图和日程都可以即时同步。

3)如果您滑动一个剖面主键穿过一个平面视图，这个剖面是否会即时更新？基于几何图形的传统产品通常无法将图形注释添加到建筑模型中。将绘图注释全面集成到建筑模型本身就非常有助于保持图形交付物和模型之间的关联性。在基于几何图形的产品中，一个标准字符串将仅仅是文本，或者最多在您更新基本集合图形时它可以自动更新。在基于变更引擎的产品中，编辑标注文本将会以相应的方式来变更基本几何图形。

同样，在一个基于几何图形的产品中，剖面视图和剖面主键线通常是分开的、不同的。这个剖面主键线仅仅是一个低能的注释。在一个参数化建筑建模器中，剖面主键线通常用来定义剖面的截面。移动剖面主键线或者翻转剖面主键，剖面视图将会立即进行更新。

4)BIM解决方案是否依赖于―聪明‖或―智能‖对象？基于对象的建模器在今天非常常见。它们包括最低级的符号绘制辅助功能，就像卫浴或家具模板为手工绘制提供跟踪导向。随着行业开始将主键编号或名称等数据与这些符号相关联，它们被冠之“智能”或“聪明”的称号。在一些情况下，高度标注等数据可以影响符号的几何图形，使数据成为“参数”而符号成为“参数化”。在符号间也引入了“主体”等基本关系，允许在墙壁被移动时使一个窗户仍附属在墙壁上。

而缺失的一部分是所有建筑组件之间的关系网络。这正是参数化建筑建模器的优势：记录、展示和管理关系，无论它们出现在建筑中的哪个位置。

一个有效的参数化建筑建模器可以在组件级别管理对象数据，但更重的是支持一个模型中所有组件、视图和注释之间的关系信息。可以使楼梯井的一个门与楼梯踏步保持特定距离，以确保出口间隙；可以使得一个门与一个墙壁保持特定距离，以确保装饰间隙或拉紧端间隙，进而实现出色的可达性。整个模型包含信息，而不仅仅是对象。

为何参数化建模非常重要为何参数化建筑建模对于BIM那么重要？BIM是一种建筑设计方法，其特征为创建和使用一个有关建筑项目的协调、原生一致的可计算信息。可靠的建筑信息是BIM及其数字化设计流程的基本特性。BIM解决方案使用参数化建筑建模器，

提供的建筑信息在协调性、可靠性、质量和一致性方面均胜过专为BIM而重新设计的对象CAD软件。专门构建 Revit等使用参数化建筑建模器的专用BIM应用软件通过这款软件的直观操作提供这种类型的设计信息。在使用一个CAD或一个对象CAD BIM解决方案时，信息的图形化展示（即工程图或效果图）可能与专门构建的参数化建筑建模器的输出相似，但是它们具有协调性、原生的一致性和可靠性吗？

基于CAD的技术很少用于BIM，因为需要花费大量的气力来包含并协调有效的建筑信息，例如日程、成本、设计范围、建筑性能等。更复杂的是，对象CAD系统利用三维建筑图形以逻辑结构来存储一些（非图形化）建筑类信息。当用户从三维图形中提取二维工程图时，用户可以提取这种数据以提供数量和属性信息。但是对象CAD系统仍然以图形为基础。因此需要使用其他工具（和工作）来保持图形化数据和非图形化数据之间的同步 — 以确保对象CAD模型的一致性和协调性，并实现BIM的优势。Solibri Model Checker便是这样一种工具，用来在将数据用作其他目的之前，识别对象CAD模型生成的数据中的矛盾和错误。项目规模越大，就需要花费越大的气力来保持数据的协调性，同时导致矛盾产生的可能性就越大。

参数化建筑模型融合了设计模型（几何图形和数据）和行为模型（变更管理）。整个建筑模型和全套设计文档存储在一个综合数据库中，其中所有内容都是参数化的并且所有内容都是相互关联的。常常可以通过与电子表格做类比来描述参数化建筑建模。电子表格中一处所作变更可以自动更新到任何地方。参数化建筑建模器具有相同特性 — 可以自动协调模型中所有视图的信息。没人会手动更新电子表格。同样，用户不必手动修改参数化建筑建模器中的文档或日程。

双向关联性和即时、全面的变更传播可以实现高质量、一致、可靠的模型输出，这是BIM的关键所在，有助于促进面向设计、分析和建档的数字化流程。

设计的本质:参数化建筑建模可以捕捉真正的设计本质 — 设计师的意图。除了可以使用户更好地利用软件创建建筑外，简化的参数化编辑功能支持用户更彻底地检查设计 — 从而实现更出色的建筑设计。

基于Revit的参数化建筑建模还支持设计优化，允许建筑师利用一个模型并发地开发和研究多个设计备选方案。在进行可视化、量化和假设分析时，可以在模型中开启/关闭设计选项。该系统可以跟踪设计版本中的所有关系，而可以不费力地将变更传播到整个模型以及模型中所有的设计版本。