用參數(shù)化技術(shù)四步優(yōu)化建筑群設(shè)計

張業(yè)星

隨著科學(xué)技術(shù)，特別是信息技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字化設(shè)計的理念日新月異，建筑設(shè)計領(lǐng)域涌現(xiàn)了一大批新型技術(shù)，如BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）、衍生式過程設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計、過程式城市建模等。新的技術(shù)帶來了新的設(shè)計思路和靈感，設(shè)計師以過去無法想象的方式進(jìn)行設(shè)計。

本文試圖探討借助智能化工程設(shè)計軟件Bentley Generative Components（GC）和集成的土木設(shè)計和工程軟件Bentley Geopak結(jié)合起來形成參數(shù)化的建筑布置方案。

第一步：建筑群布局設(shè)計

本部分內(nèi)容以八卦布局為例說明。八卦起源于人文始祖伏羲，八卦表示事物自身變化的陰陽系統(tǒng)。在城市規(guī)劃設(shè)計中，八卦布局常常被應(yīng)用，具有代表性的有新疆特克斯縣八卦城和杭州八卦田。新疆特克斯縣堪稱世界最大、最完整的八卦城，八卦城呈放射狀圓形，街道布局如神奇迷宮般，路路相通、街街相連。杭州八卦田位于杭州西湖風(fēng)景區(qū)東南側(cè)的玉皇山南麓，又稱“八丘田”，上面種著八種不同的莊稼，一年四季，八種莊稼呈現(xiàn)出不同的顏色。在八卦田中心，有個圓圓的土墩，那就是太極圖。

在城市建筑群布局設(shè)計中，首先要應(yīng)用GC創(chuàng)建八卦布局。八卦布局創(chuàng)建過程主要分成四步：第一步，構(gòu)建參數(shù)化同心圓，將圓n1等分，并按對應(yīng)關(guān)系連接各點，n1大小可調(diào)；第二步，將兩圓中間的直線n2等分，n2大小可調(diào)；第三步，按對應(yīng)關(guān)系連接兩圓中間的各個點；第四步，嘗試不同參數(shù)下的組合方案。

對稱是同形、同量的形態(tài)。在建筑區(qū)域設(shè)計中，使用對稱能表達(dá)出秩序、穩(wěn)定與莊重的感覺，并能給人以美感。在八卦平面布局的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建簡單的三維圓柱體示意建筑以占位，設(shè)置干擾因子，隨機(jī)調(diào)整圓柱體大小和位置，嘗試可控隨機(jī)布置方案，在不規(guī)則布局中需找部分對稱布局平衡點，以獲得最佳布置。GC在設(shè)計對象和元素之間建立起強(qiáng)大的邏輯關(guān)系，通過界面圖形操作和腳步編程的混合方法，能夠模擬出各類形態(tài)，并記錄各類對象的創(chuàng)建過程，從而獲得無與倫比的創(chuàng)造性，能夠更加靈活地發(fā)揮主觀能動性進(jìn)行創(chuàng)作。

接下來，形成建筑物示意布置方案。由測繪專業(yè)提供的等高線在Geopak軟件中生成地面模型，將八卦布局設(shè)計應(yīng)用于地面模型中，自動生成開挖與回填需求，以及分析各剖面和開挖回填工程量，優(yōu)化布置方案。Geopak中Site模塊在處理導(dǎo)入三維圖形、開挖回填和放坡方面十分高效，這樣我們可以前期創(chuàng)建任意復(fù)雜的場平圖形，然后導(dǎo)入Geopak自動生成開挖模型。

最后，進(jìn)行場地平整分析。為尋求最佳布置方案，調(diào)整八卦布局方位，重新切出剖面和計算，做好方案對比分析，選擇最佳場地平整方案；在Geopak中設(shè)置好圖形與地面模型關(guān)聯(lián)后，即可實現(xiàn)方案的參數(shù)化調(diào)整。

第二步：單一建筑形體優(yōu)化

參數(shù)化建筑形體創(chuàng)建過程要通過七步來完成：第一步，構(gòu)建參數(shù)化橢圓截面；第二步，以層高N米，在Z方向上遞增復(fù)制多層；第三步，創(chuàng)建一個與橢圓集合對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)集合，并賦予橢圓；第四步，由橢圓集合加厚生成樓板；第五步，由橢圓集合放樣生成外墻輪廓；第六步，對外墻輪廓進(jìn)行曲面劃分；第七步，根據(jù)曲面上的線條特征生成外立面柱。

帶參數(shù)按邏輯創(chuàng)建建筑模型的優(yōu)勢在于整個過程可以記錄，在方案設(shè)計初期階段，將橢圓截面大小、層高、層數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度、外輪廓柱數(shù)量、外輪廓柱直徑設(shè)計為可調(diào)節(jié)參數(shù)。在方案調(diào)整階段，調(diào)節(jié)參數(shù)、模型能迅速響應(yīng)并更新。

第三步：復(fù)雜建筑模型布局

隨著單一建筑形體優(yōu)化工作的不斷深入，會積累越來越多的參數(shù)化方案和復(fù)雜的建筑模型。這些模型可通過參數(shù)化調(diào)整得到不同的造型，為后續(xù)的城市建筑群的形成提供有力的支撐。具體的做法是，先將建筑模型庫應(yīng)用到八卦平面布局中，然后對整個區(qū)域中的某一建筑形體單獨調(diào)整。

第四步：模型整合

將建筑布局場平、城市建筑群模型和周邊建筑模型整合，可以綜合反映建筑群在整個城市規(guī)劃中的位置和相互影響關(guān)系。

此外，還要動態(tài)調(diào)整建筑群的位置。經(jīng)過多次調(diào)整，可以得到更合理的布置方案。有時候甚至可以將多種布置方案疊加到地形圖上來輔助決策。

實現(xiàn)四類參數(shù)化

總而言之，在城市建筑群布局設(shè)計中將GC和Geopak結(jié)合起來應(yīng)用可以實現(xiàn)四類參數(shù)化：

第一， 應(yīng)用GC實現(xiàn)建筑群場地平面布局的參數(shù)化；

第二， 應(yīng)用Geopak平臺中的自動開挖和放坡功能對建筑群場平進(jìn)行動態(tài)調(diào)整分析；

第三， 應(yīng)用GC實現(xiàn)建筑群整體的參數(shù)化；

第四，應(yīng)用GC實現(xiàn)建筑群中所有單體建筑的參數(shù)化。

這四大參數(shù)化有機(jī)結(jié)合起來，形成了一種全新的建筑群布置設(shè)計方法。

科技的進(jìn)步驅(qū)動了部分傳統(tǒng)設(shè)計手段的變革，數(shù)字化設(shè)計給土木工程行業(yè)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。借助新的技術(shù)手段，我們能高效地完成傳統(tǒng)業(yè)務(wù)設(shè)計，積累模板工程知識，提高設(shè)計效率。同時，數(shù)字化設(shè)計能打破傳統(tǒng)設(shè)計理念，創(chuàng)造更適合人類居住和工作的環(huán)境，建造更美好的城市。