古建BIM的应用

来源：同仁设计   作者：陆永乐 如有侵权，请联系删除

对于仿古建筑设计。通过利用ArchiCAD 内置GDL语言的开发，逐渐积累了一系列参数化GDL古建部件，建立详细模型，进行可视化推敲建筑形体，以及出成果图，形成了一套国内特有的古建设计解决方案和理论系统。

本文简单介绍 “ARCHICAD + 古建GDL构件”的开发，以及应用案例，以飨同行。

先从古建的特点说起

1、中国古建具备参数化特质

   中国古建筑严格按照模数制

《营造法式》：“各以其材之广，分为十五分，以十分为其厚。凡屋宇之高深，名物之短长，曲直举折之势，规矩绳墨之宜，皆以所用材之分，以为制度焉。”

简单来说是以斗栱中栱的截面——“材”作为模数的基本单位。

《营造法式》对材规定了八等(即八种实际尺寸)，供不同性质、规模的建筑选用。每等材的份值、材广(高)和应用范围如表。

这简直是大宋的国家规范和标准图集

综上述，这完全符合参数化设计、拼装式建筑的特点！

再说说ARCHICAD

ARCHICAD即“Architecture + CAD ” 顾名思义是”建筑CAD软件“，它是GRAPHISOFT公司的旗舰产品，诞生于1987年（比很多建筑师年龄还大），全球首款BIM软件，只是当时叫3D- Virtual Building（三维虚拟建造）。

关于ARCHICAD特点，能百度到的就不赘述了。这里需要提的是：

   开放协同、灵活精益的BIM软件

   符合建筑师思维的构建方式

   优美的图面效果、丰富的表达方式

   内置的GDL开发语言

这是笔者一直喜欢的建筑设计软件。

什么是GDL？

GDL = Geometric Description Language (几何描述语言)，它是ArchiCAD的内置的参数化编程语言。 GDL的语法类似于BASIC，这是各种CAD软件内置脚本语言相比较是一种比较易学的语言，笔者认为比AutoCAD内置的AutoLisp语言容易。

GDL语言句法实例，和编辑器界面

GDL是：建筑师在业余时间也能掌握的一种编程语言。大胆尝试使用GDL编写智能部件的ArchiCAD ，会惊奇的发现在学校里学习的数学、几何知识终于有了实际应用，会带来无穷乐趣。

对于GDL编程来说，语法不是最难的，难的是逻辑思维、立体几何、算法框架、以及持之以恒的耐心。

当古建遇到ARCHICAD 时 

把古建的模数化特征、ARCHICAD的更大功能、GDL的参数化编程结合起来，开发参数化的古建图库，这是古建走向BIM的必需的基础工作。

按照构件材份等级设定GDL参数变量，通过编程制作，按照《营造法式》的原则搭建古建大木作铺作。在小木作方面增加门窗，在砖瓦作方面，增加砖、瓦、石方面的细节。这就是开发GDL古建图库的思路。如下图所示。

(古建图库开发思路)

难点一：斗拱的制作、尺度组合解决方案首先解决

主要的基本部件：拱、翘、昂、斗、升

宋式斗栱铺作示例1：

各种定制的，按照《营造法式》的铺作。

(对照《营造法式》制作的斗拱组件)

不同类型的斗，其细部尺寸均不同，分别设定，以达到BIM参数化的要求。设定参数后，用GDL语言编写3D形状、2D符号、材质、线形颜色等属性。

(GDL构件用户设置界面)

(GDL构件用户设置界面)

难点二：屋架及翼角GDL部件解决方案

大思路与斗拱制作原理相似：按照古建屋面的空间形式，用GDL对其空间描述，并参数化，进而增加用户界面。

(古建屋顶GDL设置界面)

屋面的算法复杂程度大大超过斗拱，既要符合古建的尺度关系，又要用立体几何三角函数来计算描述。充分利用描述好的数据，可以把檩、椽、望板、瓦都写在一个GDL部件里，设定显示的选择项。部分代码如下所示：

在实际设计使用中，个体建筑千差万别，甚至允许不完全按照古法尺度来做设计，必须留给设计师一定的自由度，以及便利性。在这个屋顶GDL部件里设定了许多的热点，即HOTSPOT。方便设计师拉拉扯扯的就设定想要的建筑形体，需要指出的是这种“拉拉扯扯”与一般理解的Block不同，比如屋顶拉长后不是把椽也拉宽了，而是保持椽距不变自动增加椽数量。

(撒网椽与戗梁)

难点三：栏杆的解决方案

式样丰富的栏杆，是古建的重要的近人构件，丰富了建筑横向的立面，材质有木、有石材。

栏杆系统预设了多种常用。古建栏杆和立柱，通过“中国古建栏杆系统”GDL智能部件来进行栏杆制作。

（栏杆系统丰富的构件选项）

（栏杆布置好后可以随时改变风格）

栏杆系统用到了两个独创的关键算法：

一是：拉伸热点，线段自动增加节点。

二是：栏板单元在线段内自动匹配。

这些都是在GDL里计算完成，真正达到智能化部件的目标。

门窗

“门窗是建筑的眼睛”，可见其重要性。

古建的长窗由夹堂板、心仔、裙板组成，而且框料截面有多种。这个长窗部件，整合了各12种的夹堂板、心仔、裙板样式和6种框料截面，相互组合可以做出多种不同风格的长窗。

( 长窗的构件组合)

应用案例

运用了古建GDL构件的作品有：甘肃骊靬影视城、浙江诸暨大雄寺、开化某宗祠等宗教和文化性建筑等。

仿唐式七开间大殿

庑殿举折平缓舒展，出檐深远。 斗拱硕大，宏伟。在ARCHICAD里C4D渲染引擎，白模渲染，静谧安详的氛围。

有了详细的模型，图纸只是副产品，可以任意切割出剖面、平面，以及图层显示的组合，表达出不同侧重点的内容。选择好视图后，排版发布成dwg、PDF等格式。

( 剖、透视，直观表达内部结构)

甘肃骊靬影视城

这是个规模比较宏大的仿宋建筑群体。

有了GDL古建图库后，可以比较快速的设计、建模同时进行。因是参数化的模型，设计过程中也便于调整。

建筑屋顶更加多样化，有庑殿重檐、歇山重檐、十字歇山、悬山、长廊等。

因模型数据量大，设计时可关闭屋顶的瓦片显示，加快运算速度。

在BIM正向设计中，2D图纸只是副产品，从模型中用视图设置的办法得的。下图的斗拱仰视图、剖面图均直接从模型得到，图面风格可以是线图、也可以是矢量的色块填充图，甚至可以带阴影。