【BIM学院】第二十期 建筑黑科技—参数化设计

参数化、BIM、大数据、人工智能、VR等新技术不断涌现，Revit、Rhino、Grasshopper、CATIA等软件的功能不断丰富，城市化进程中的现代建筑结构设计要求不断提高。

建筑师和工程师需要更加智能、方便的工具才能更好的设计与优化建筑模型，实现持续优化设计。接下来就为大家介绍工程软件研发室近年来在参数化建筑设计领域取得的成果。

参数化建模的代表项目

1参数化设计

参数化设计在建筑界已得到广泛应用。参数化就是通过控制个别参数来自动调整建筑的整体模型。

参数化设计软件可根据建筑师对建筑的空间定义，布置相应的结构体系，准确模拟各设计参数之间的关系，快速提供量化、直观的设计成果。

某大型体育场全参数化模型

由于不同层次的参数相互关联，对任何关键参数的调整即可修改整个结构模型，生成一个完全不同的方案。

工程师可以控制不同的参数生成大量建筑结构方案。通过方案比选，寻求理性与艺术俱佳的设计。此外，还可以利用参数化技术，实现装配式建筑的模拟施工。

某空间结构支座方案比选

某体育场装配模拟

2高层建筑参数化

高层建筑的外形、布局，随设计者的构思而异。在风力作用下，其绕流特性各异。当布局不当时，在建筑物外部往往造成较大的风压，对结构受力不利。

我们利用CFD软件，结合参数化建模技术，进行数值风洞模拟，寻找合理的建筑形体。

数值风洞模拟

建筑形体方案比选

超高层建筑设计时，楼层与外形变动频繁，需要考虑不同柱子数量，不同腰桁架布置的影响。

超高层的整个结构模型往往都具有较强的逻辑性，采用参数化设计方法，可以简单的通过修改参数来生成不同的建筑结构方案。

某400米超高层建筑全参数化建模及方案比选

利用参数化技术生成超高层建筑模型，并通过自主开发的接口软件，直接生成结构分析模型，实现快速建模，快速分析。

Rhino与Midas Building的接口软件

3空间结构参数化

大跨度空间结构形式多样、造型自由，被广泛应用于机场航站楼、体育场馆等建筑中。

这类建筑的以往的设计流程为：

在给定的自由曲面上进行网格划分；

根据一定规律在划分得到的网格节点间连接杆件形成单层或多层网格结构模型；

将该模型导入计算软件中赋予截面、施加荷载、添加支座等候进行计算分析。

如建筑表皮发生变化则重复以上流程。

空间结构参数化建模

传统设计方法中，以上流程一般通过手动解决，因而设计效率较低，而参数化设计则可以将结构模型与建筑表皮联动起来，随着建筑表皮的改变而生成新的结构模型。

某异形空间结构参数化设计

利用参数化技术生成空间结构网格模型，并通过自主开发的接口软件，直接生成结构分析模型，实现快速建模，快速分析。

Rhino与Sap2000的接口软件

4空间结构网格优化

自由曲面网格结构设计中,无论是采用人工划分的方式,还是采用自动划分,初始的网格划分方案均较难确保网格的均匀性,往往需要进行进一步的均匀性优化。

某自由曲面网格优化

我们以Rhino+Grasshopper为平台，以杆长方差最小为优化目标，编制自动化网格均匀性优化程序。

该程序采取逐点迭代优化的方式来实现整个网格的优化，还可以根据需要将网格节点分为不同类型并采用不同的算法进行优化处理，并且优化过程中网格节点始终位于目标曲面上，实现结构与建筑的完美统一。

某户外运动中心异形钢屋盖网格优化

5节点参数化设计

建筑结构中的复杂节点需要创建精细化的三维模型，让建筑师及结构工程师间可以及时地交流，更好地实现钢结构的美学要求。

利用创建的三维模型可以自动生成二维图纸，可以显著提高工程师的出图质量和效率。

全参数化三维节点建模

对于构造复杂的节点，设计中需要不断的调整参数以确定节点的最优形式。

节点设计参数化，可以更方便、更快捷的调整节点的参数，并可以实时观察节点参数调整后的通精细化三维模型。

张拉支座节点参数化模型

铸钢节点参数化模型

通过自主研发的钢结构节点参数化设计软件，通过提取结构分析模型的信息，实现所有构件及简单节点的自动生成，手动完成复杂节点（如铸钢节点等）的装配，最终得到完整的BIM可视化模型，实现碰撞检测和漫游功能。

某体育场开合屋盖运动模拟

6虚拟现实助力设计可视化

参数化技术建立了建筑数字化模型，为VR模型的创建奠定了基础。我们以Unity为开发引擎，利用OpenVR API二次开发工具开发了基于虚拟现实技术的辅助建筑设计软件。实现了VR漫游、VR方案展示、VR电子沙盘、VR建筑馆等不同应用。

CSVR虚拟现实交互工具箱

7结语

现代城市化进程中的建筑结构设计更为复杂，空间、造型、功能等设计参数爆增且相互关联。

为了实现最优可持续设计，工程师需要更为智能的工具，准确模拟各设计参数之间的关系，快速提供量化、直观的设计成果。

我们开发的建筑设计集成化智能设计系统未来将满足这些要求，它包括参数化建模、结构优化、数据交互以及可视化工具等，并将在超高层和复杂结构的设计中应用。

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