摘要：随着复杂曲面的建筑项目越来越多，参数化设计在当前建筑设计领域得到越来越被广泛的应用，而BIM技术也是一项正在被人们逐渐开始认识的新的理念和技术。将二者进行结合，可以更好地服务三维空间设计需求。在国家海洋博物馆项目设计中，从形体，到结构再到表皮，全程都将参数化设计与BIM技术相融合，为了更好地进行建筑设计而服务。
关键词：BIM技术；参数化设计；国家海洋博物馆
The Combination of BIM Technology and Parametric Design
—— Taking the Design of National Maritime Museum as an Example
Machen，Zhangqian
ABSTRACT：With the increasing number of complex surface construction projects，parametric design has been more and more widely used in the field of current architectural design，and BIM technology is also a new concept and technology that people are gradually beginning to understand.Combining them can better serve the needs of three-dimensional space design.In the project design of National Maritime Museum，from shape to structure and to skin，parametric design and BIM technology will be integrated in the whole process，in order to better serve the architectural design.
KEY WORDS：BIM technology，the National Maritime Museum，parametric design
BIM英文全称是Building Information Modeling。住房与城乡建设部工程质量安全监管司对BIM的解释为：BIM技术是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，是工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建设运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础。本文以国家海洋博物馆设计为例，阐述BIM技术是如何既解决非线性建筑设计这个传统技术上的难题，又较好地处理建筑空间、建筑结构、建筑表皮、建筑设备之间关系的。
建筑参数化设计，对应的英文是Parametric Design，是一种建筑设计方法。该方法的核心思想是把建筑设计的全要素都变成某个函数的变量，通过改变函数，或者说改变算法，人们能够获得不同的建筑设计方案。
参数化设计的形体较为复杂，更需要借助BIM技术来进行空间的设计与利用，海洋博物馆这个项目是将BIM与参数化设计相结合的一次实践，以期对参数化设计项目有所借鉴。
1 项目概况
1.1 项目简介
国家海洋博物馆（图1）选址于天津市滨海新区滨海旅游区南湾南侧，是我国首座国家级、综合性、公益性的海洋博物馆。国家海洋博物馆占地面积15公顷，总建筑面积80000平方米，建筑功能包括公众服务区、教育交流区、陈列展览区、文保技术与业务研究区、藏品库房区、业务办公区以及附属配套区，并同步实施室外陆地展场和海上展场，以及海洋文化广场、道路、停车场及园林景观绿化等室外工程。
图1 国家海洋博物馆鸟瞰图
资料来源：天津市建筑设计院
1.2 工程特点和难点
国家海洋博物馆项目的设计灵感来源于“张开的手掌、海星、鱼类、海葵、港口中的船只、白色珊瑚壳”等与江河湖海有着密切联系的事物。建设项目的特点及难点在于建筑拟态的特殊外形以及外表皮的有理化设计，因此采用BIM结合参数化拟解决以下问题：（1）非线性建筑形体内、外空间的结合；（2）非线性建筑形体与结构体系的交互设计；（3）非线性建筑表皮有理化；（4）非线性建筑内部空间与设备管线的集成。
本项目有效利用BIM与参数化技术，基于建筑参数化设计的概念，完成复杂的建筑形体，解决以上难题。
2 BIM与参数化技术应用
2.1 BIM与参数化技术应用的技术路线
通过建筑参数化设计将设计创意转化为建筑形体。通过设定控制参数，按照生成逻辑完成非线性建筑形体，并通过对参数的控制，随意调整形体获得最佳方案。在每一步参数化的设计成果上，将模型导入到revit平台进行分析模拟，并对空间进行验证，配合其他专业共同确定下一步深化设计的方向。
2.2 BIM与参数化技术应用的具体过程
2.2.1分析场地，完成概念设计。首先通过已有地形图获取场地的基础信息，以此为基础建立三维地形模型，并将建筑功能要求、规划条件、经济技术指标以及自然气候信息以数据信息的方式汇总到模型中，结合建筑创意进行方案设计。通过BIM对建筑和场地进行整合，高效提取相应的数据，结合设计灵感形成概念方案。
2.2.2设定参数，生成建筑形体。对模型形体进行分析，得出放样截面转角处的半径变化，通过有理化形体截面，统一截面控制线的转角半径。并以优化后的截面控制线为基础，生成新的建筑形体模型，运用参数化手段，结合初步的结构体系概念将形体截面控制线扇形排布，实现形体曲率的连续并加强非线性元素。同时根据建筑内部功能的要求，对这些截面提出了尺寸的要求，如场馆的展陈位置与高度的结合，场馆的功能需要与截面定位及宽度的联动。为了保证建筑能够顺利建设，组成这些截面的虚线均是通过参数严格控制的，通过科学合理的调整，最终确定了一个符合建筑功能要求的形体。
2.2.3确定嵌板，完成建筑表皮的优化。以提取模型的形体和初步结构体系概念作为模型分析的基础，根据鱼鳞纹理的创意概念集合结构斜撑的走向，在形体的表皮分格方式中，引入参数化理念，实验了菱形和二分之一错缝三角形两种表皮划分形式，对模型快速提取嵌板规格，计算内角差方并分组进行比较。事实证明菱形嵌板的规格远少于二分之一错缝三角形，则确定表皮肌理采用菱形嵌板进行继续深化。在纵向构成上，我们可以观察到建筑整体立面是从等边的六边形逐渐变形为菱形的过程。运用参数化手段对表皮进行拆分，规格化表皮等处理最终将建筑表皮嵌板规格数量控制在可接受的范围之内。同时结合有理化的表皮反过来微调结构斜撑的布置，使结构构成逻辑与表皮龙骨布局保持一致，最大化节省龙骨用量。结合建筑的复杂形体和使用需求，采用了钢、混凝土混合结构形式，为精确合理地进行结构计算分析，通过BIM提取三维定位线，利用插件导入结构分析软件，并对相关图元赋予构件及截面属性，据此搭建结构受力模型。通过各工况下内力分析图、位移形变图、周期阵型图等，判断结构的受力性能，优化支撑体系布置方式，比较含钢量，最终得到最优结构布置方案。
2.3 BIM与参数化技术结合应用的实际效果
国家海洋博物馆项目运用BIM技术参与参数化设计不仅提高了工作效率，直观立体地对建筑内、外部进行表达，同时还对造价、施工、运维等后续程序留出接口。设计师利用BIM技术参与优化了项目的建筑能耗分析、日照分析、声学分析、流体分析等各项模拟分析，同时结合业主方通过BIM可以确定恰当的成本、能源及环境目标，得到更可靠的设计产品；在项目组织方面是通过BIM的可视化效果，业主更多地参与设计过程提高对方案设计的理解和把控能力。
3 小结
目前国内尤其是在建筑设计领域，BIM技术已被从业者广泛接受。基于BIM的全过程设计不仅要求各专业之间配合好，还要求精确、协调、同步。BIM与参数化相结合，更是满足了复杂形体的设计需要。通过此次项目的BIM应用实践，希望能够为BIM技术应用于建筑设计全过程的普及和推广提供参考和借鉴，共同提高设计行业的BIM技术水平。
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论文作者:马辰1,张乾2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/8
标签：建筑论文; 参数论文; 形体论文; 技术论文; 表皮论文; 截面论文; 项目论文; 《基层建设》2019年第23期论文;