参数化设计(BIM)技术的发展趋势

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摘要：本文从技术层面对参数化设计（bim）进行了探讨，对其发展过程做了研究。从其应用方面阐述了该技术的优势，综合说明BIM可以带来建筑设计技术的创新乃至生活方式的变革。

关键词：参数化设计；BIM的发展及应用

Abstract: This article from the technical level to parametric design (BIM) is discussed, the research on its development process. The advantage of this technology is discussed from the aspects of its application, the general description of BIM can bring the change of architectural design and technology innovation and the way of life.

Key words: parametric design; development and application of BIM

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

前言

技术手段的变革最终都会带来工作方式和生活方式的变革，因为技术手段延伸了人的手和脑。

1 发展：参数化设计的前世今生

人类文明的历史长河中，总共发生过三次参数化浪潮。第一次是度量衡的确定和统一。第二次是用图纸（二维）来进行设计。第三次则是软件工具（三维）的使用。说到度量衡，秦始皇的功劳簿里面，就有“统一度量衡”一说。这本身就是确定参数的活动，这本身就是基本物理单位的参数化。同时代的希腊也有类似的活动。参考一下历史的发展我们就会知道，从公元前6世纪到公元后2世纪，世界上同时出现了强盛的文明，而建筑设计的第一次参数化的浪潮，就发生在这个时期。从秦始皇的兵马俑，到古希腊古罗马的建筑成就，尺度的控制都是非常精确的，可以窥见当时参数化浪潮的巨大影响力。西方的十世纪以后，中国的宋朝前后，发明了用图纸来标示建筑尺度的方法。宋代《营造法式》里面就有大量图纸，是用毛笔画的，叫做“界画”。清朝宫廷的建筑师“样式雷”留下了大量的建筑模型，叫做“烫样”。从世界范围来看，画图，标尺寸，做模型，这就是第二次参数化浪潮。西方人先进的地方在于，文艺复兴后期，他们掌握了透视的秘密，一下子使建筑图纸的力量大大增强。到了德国的包豪斯以后，轴测图战内行，效果图打外行，简直是一时间技压群雄，无人能敌。 计算机软件辅助下的参数化，是第三次参数化浪潮。这次“进化”出来的东西，许多东西已经超出普通人能理解的范围了。现在也仅仅是个开端，二十年之后再回头，看到的是什么图景，根本就预测不了。重要的是，在这个参数化设计大发展的时代中，大家都有机会，都可以去尝试。参数化设计并不是什么值得大惊小怪的东西，它贯通了古今中外人类文明发展的过程。

2 普及：从举步维艰到水到渠成

现如今BIM、参数化设计、绿色建筑等等已然成为建筑设计领域的潮流关键词。作为设计人员的我们说出口感觉无比给力，听上去又让人心潮澎湃，血脉贲张。

但是虽然很多人心里口口声声说着参数化参数化，但是自己却无法解释BIM的关键词，无法理解参数化设计的定义，绿色设计更多的成了口号，没有翻阅过《中国绿色建筑评价标准》的经历，一见到异形建筑就说是参数化设计的产物，对自己不了解的东西就妄加评论，我们经常会遇到这种情况。

要说清楚什么是参数化设计还要把其他几个名词搬出来，分别是数字化设计、建筑信息模型（BIM）、非线性设计，这几个都是比较抽象的概念，我们可以通过对比来让大家更好地认识参数化设计。

数字化设计，将许多复杂多变的信息转变成可以度量的数字、数据，引入计算机内部进行统一处理后建立数字化模型。数字计算机的一切运算和功能都是用数字来完成的。其实说来说去就一句话，只要在设计的任何一个环节用了计算机，都可以说是数字化设计。

非线性设计，这个也属于设计人员耳熟能详的概念，非线性设计多指不按比例不成直线的关系，代表不规则的运动和突变，建筑中使用一般指的就是异形建筑了，一方面是指设计的过程，另一方面指设计成果的最终形态。

BIM，建筑信息模型，这个最早其实不是revit整出来的，是achicad，不过是revit

率先用BIM的理念发扬过大，简单说就是用数字技术集成了建筑工程项目各种相关的工程数据模型，在BIM中一切都是无相关联的，修改任何一处，平立剖各种明细表都会跟着变动，这一点相信很多人都已经亲身体会了，不多讲。

那么参数化设计呢？参数化指建立特定的关系，当这种关系的某个基本元素发生变化，

其他的元素也随之变化，简单概括参数化的重点是彼此元素之间的关联性。但是转化成参数化思维是一件灰常复杂的事情，但是好处也是显而易见的，那就是可控性，随着某一元素比如建筑形体的变化，所有的元素，也就是所有部位的遮阳构件都会自动更新，因为彼此之间是互相关联的。

可以说，参数化只是拓宽了人的思路，不用参数化可以做出好建筑，但是参数化会给设计带来更多的可能性，就好像电脑可以让设计更轻松一样。真正重要的始终在于设计者的思维，这才是真正可以创造出好设计的源泉。

3 实例：参数化BIM的实际应用

在F·盖里的事务所中，他们用先进的BIM技术模拟软件进行整体环境设计和模型制作，他们的施工图数据完全是从已完成的数字模型中获得的。

他的毕尔巴鄂古根海姆博物馆的整个结构技术参数和图纸绘制都是在这种计算机的辅助下建立模型完成的。这个博物馆的外观钛金属板，是利用CNC刨槽机铣出来聚苯乙烯板模型，然后送到捷克制造工厂里，制作出钢模子，再将这些模子被运到瑞典，将4mm厚的不锈钢板加热到1815℃，用一个1500t的压力压到钢模子里形成复合曲面的形态。他在设计时，先作出纸模型，然后使用三维空间数字化仪(3D digitizer)将曲面的坐标输入电脑，用CATIA 软件制作建筑信息模型（BIM）。CATIA是利用参数驱动来设计模型的。这是一种约束几何的参数化，用一组参数约束该几何图形的一组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计结果是包含设计信息的模型。

盖里的建筑信息模型不仅应用于建造工人的施工过程，在设计阶段也应用与结构和材料的分析，使得表面复杂的面板得到解决。

4 协同：BIM建筑设计技术的特点及优势

尽管协同设计的理念已经深入到建筑师和工程师的脑海中了,然而对于协同设计的涵义及内容,以及它的未来发展,人们的认识却并不统一。一般认为，二维图纸只能满足对建筑关系进行表达，已无法进行施工指导，而通过建立参数化模型，既可以进行现场施工指导，通过实际测量，进行精度控制；通过三维做标的输出，提供建筑信息，现场根据设计提供数据进行精确定位；通过程序进行数据控制，进行数据输出；通过数字化模型，进行放样指导，进行加工。

BIM(建筑信息化模型)的出现,则从另一角度带来了设计方法的革命,其变化主要体现在以下几个方面:从二维(以下简称2D)设计转向三维(以下简称3D)设计;从线条绘图转向构件布置;从单纯几何表现转向全信息模型集成;从各工种单独完成项目转向各工种协同完成项目;从离散的分步设计转向基于同一模型的全过程整体设计;从单一设计交付转向建筑全生命周期支持。

因此,未来的协同设计,将不再是单纯意义上的设计交流、组织及管理手段,它将与BIM融合,成为设计手段本身的一部分。借助于BIM的技术优势,协同的范畴也将从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期,需要设计、施工、运营、维护等各方的集体参与,因此具备了更广泛的意义,从而带来综合效率的大幅提升。

5 结语

复杂形体（包括常规形体）的参数化设计，软件是重要的工具（DP、GC、scripting），但是对于设计与加工施工人员来说，更重要的是在复杂软件出现后设计思路、理念和方法的更新换代。软件会有专门的人员和行业（catia原来是用来设计飞机的）来推动，作为建筑领域的设计人员，我们不能被动的在建筑师拿出一个复杂形体的方案之后，再像计算机一样去尽量精确的实现其完全感性的曲线，而是应该在第一设计阶段就加入到设计过程之中，这样结构、软件工具、建筑形体、表面维护甚至施工应该在最早的阶段就进入（在欧洲，参数化设计主要是由结构工程师而不是建筑师推动的，建筑师在设计这类建筑时会和结构及设备工程师一起确定前期方案），基本方向和策略如果能在这样综合考虑的前提上形成，建筑的设计和建造、维护过程就会发生意想不到的变化。。。。这个过程无疑是令人激动的。

技术的进步使得传统的建造方式已经不能适应当今建筑的发展，图纸作为传统建造方式最直观的表达显得苍白无力。新的营造方式，新的设计方式，新的表达方式会在未来出现，新的建筑标准也会随之到来。而新的标准反过来又可以促进BIM的推广和使用。另外，BIM作为设计技术的第二次革命，它与以前技术最大的不同在于思维方式。必须将原来的二维化思维方式转向三维化。这样才能提高设计价值，让建筑业发展的更好。

参考文献：

[1] 方海. 弗兰克·盖里，毕尔巴鄂古根海姆博物馆[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003

[2] 琳达·格鲁特(美), 大卫·王. 建筑学研究方法[M]. 王晓梅译. 北京:机械工业出版社, 2004.