建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的BIM建模應(yīng)用研究

黃維彥，吳 昊

(1.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210037；2.蘇州金螳螂建筑裝飾股份有限公司上海設(shè)計(jì)公司，上海 200035）

建筑信息模型(Building Information Modeling)簡(jiǎn)稱BIM，在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展歷程后，已經(jīng)成為建筑業(yè)的新興力量，不僅是眾多大型復(fù)雜建筑項(xiàng)目的主要技術(shù)支持，更推動(dòng)著行業(yè)向更加自由多樣的設(shè)計(jì)形態(tài)語更加高效的協(xié)同合作和更加完整的全生命周期方向發(fā)展。BIM的早期實(shí)踐從芬蘭、新加坡等國(guó)家開始，隨后在美國(guó)展開更多的探索，目前已成為美國(guó)等歐美國(guó)家的主流力量，也深刻影響到包括中國(guó)在內(nèi)的其他國(guó)家的建筑建設(shè)?，F(xiàn)階段BIM因其“工程信息連續(xù)化”“節(jié)能分析虛擬化”“建造過程可視化”等特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外各類建筑工程建設(shè)中都占據(jù)著及其重要的地位[1]。作為建筑項(xiàng)目的完善和補(bǔ)充，室內(nèi)裝飾裝修工程不可避免的也受到BIM技術(shù)的影響和輻射，尤其體現(xiàn)在以BIM為主導(dǎo)的建筑項(xiàng)目中。隨著BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)大型工程項(xiàng)目的不斷普及和應(yīng)用，建筑內(nèi)裝項(xiàng)目在BIM應(yīng)用上的實(shí)踐機(jī)會(huì)也越來越多，各大設(shè)計(jì)院因此積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，不僅掌握了各種先進(jìn)的BIM軟件，且正在從根本上改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，成立專門的BIM項(xiàng)目組來協(xié)同各部門之間的工作，逐步適應(yīng)并更加有效發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了行業(yè)的升級(jí)換代。本文將從BIM軟件在方案設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用和BIM建模技術(shù)對(duì)施工環(huán)節(jié)的主要輔助作用等幾方面分析和探討其在室內(nèi)裝飾裝修工程中的應(yīng)用價(jià)值，為未來行業(yè)發(fā)展提供更多有價(jià)值的指導(dǎo)。

1 BIM軟件在建筑內(nèi)裝項(xiàng)目方案階段的應(yīng)用

與以往的二維繪圖軟件相比，BIM繪圖軟件采用的是三維模型的創(chuàng)建方式，并搭載了大量信息數(shù)據(jù)，是一個(gè)可以為整個(gè)項(xiàng)目所有環(huán)節(jié)提供所需數(shù)據(jù)的平臺(tái)。淘汰了以點(diǎn)、線、圓等二維圖形來代表建筑構(gòu)件進(jìn)行圖紙的繪制模式，BIM軟件支持設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中通過放置墻體、柱、梁以及門窗等構(gòu)件單元，在電腦中直接建立由構(gòu)件組成的信息化模型。在設(shè)計(jì)過程中，不斷增加的各種構(gòu)件以及攜帶的完整數(shù)據(jù)，便可在系統(tǒng)中建立起一個(gè)越來越龐大的構(gòu)件庫(kù)。由于模型中存儲(chǔ)了大量這樣的信息數(shù)據(jù)，因此當(dāng)模型建成后，軟件可以隨時(shí)自動(dòng)生成任意所需的各類圖紙，不管是二維輸出還是三維效果都毫無障礙，且準(zhǔn)確可靠。不僅為每個(gè)階段提供各類圖紙，通過BIM模型還能直接統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的工程用料用量，獲得準(zhǔn)確的工作量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從而極大的提升了工作效率和出圖質(zhì)量（見圖1）。此外，由于所有圖紙是基于統(tǒng)一的模型基礎(chǔ)輸出的，因此任何一處的修改都能夠在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，所有相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)會(huì)隨之修正，從根本上避免了傳統(tǒng)軟件單純依靠繪圖者手動(dòng)修改而帶來的疏漏[2]。

在整個(gè)方案設(shè)計(jì)階段，除了精準(zhǔn)出圖以外，如何生成一個(gè)各方都滿意的設(shè)計(jì)方案是至關(guān)重要的。BIM軟件所具備參數(shù)化設(shè)計(jì)和可視化分析等能力在方案優(yōu)化及決策過程中都體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。包括業(yè)主方在內(nèi)的各部門人員都可以調(diào)取信息模型，通過直觀的圖像和數(shù)據(jù)分析結(jié)果來幫助形成最終的決策[3]。

BIM的參數(shù)化軟件包括Rhinoceros、Revit、DP（Digital Project）、CATIA、Grasshopper等，目前均被廣泛運(yùn)用在方案設(shè)計(jì)的建模階段和優(yōu)化調(diào)整中。這些軟件中的曲面建模、參數(shù)化設(shè)計(jì)等功能特別適應(yīng)于復(fù)雜空間的設(shè)計(jì)優(yōu)化，不僅能和原有建筑結(jié)構(gòu)模型無縫銜接，在處理特殊異形結(jié)構(gòu)體時(shí)也能夠精準(zhǔn)高效的還原所需的模型，為方案推敲和后期施工解決后顧之憂[4]。

金螳螂上海設(shè)計(jì)公司承擔(dān)的上海中心大廈底層辦公大堂的室內(nèi)空間深化設(shè)計(jì)，原設(shè)計(jì)方案中頂部天花呈現(xiàn)出自然的有機(jī)形態(tài)，從其平面形態(tài)上看所有的板塊都呈現(xiàn)三角形且處于同心圓的關(guān)系中，從立面形態(tài)上看則是一個(gè)盆狀的結(jié)構(gòu)。如此錯(cuò)綜復(fù)雜的空間形態(tài)關(guān)系在傳統(tǒng)軟件中是難以表現(xiàn)出來的。在建模環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首先在上海中心大廈的BIM數(shù)據(jù)共享平臺(tái)上下載其他各專業(yè)的BIM模型，以確保尺寸的精確性，并開始進(jìn)行詳細(xì)的分塊建模。由于所有三角形板塊的位置都具有極強(qiáng)的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，因此特別適合使用Rhinoceros+Grasshopper參數(shù)化建模的方式來實(shí)現(xiàn)。參數(shù)化建模不但節(jié)約了建模時(shí)間，由于板塊間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系的建立，使每一個(gè)局部的參數(shù)變化所帶來的全局變動(dòng)都能由電腦自動(dòng)完成，極大的提高了后期設(shè)計(jì)的修改效率（圖2）[5]。同時(shí)，Grasshopper的模型進(jìn)入Rhinoceros軟件之后再導(dǎo)入Revit中與其他模型進(jìn)行整合，使每一個(gè)板塊都得以在施工圖中精確表達(dá)（圖3）。這樣的輸出方式不僅解決了構(gòu)件的加工和安裝問題，同時(shí)也因其精準(zhǔn)的位置表達(dá)而避免了與其他各種機(jī)電定位的沖突，大大提高了施工過程中與其他專業(yè)之間的溝通效率。

圖1 BIM軟件所生成的模型攜帶著大量準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息

圖2 Rhinoceros+Grasshopper參數(shù)化建模

圖3 Revitr導(dǎo)出圖紙

圖4 參數(shù)化軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)感造型的設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖5 參數(shù)化軟件實(shí)現(xiàn)三維空間中燈具排布的設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖6 BIM軟件對(duì)規(guī)則天花和不規(guī)則天花的區(qū)分處理

圖7 各專業(yè)間的碰撞檢測(cè)

BIM的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件在上海中心大廈裙樓的多功能廳室內(nèi)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中也發(fā)揮了極大的作用。設(shè)計(jì)方案中需要通過三組特殊的三維曲線圓管來實(shí)現(xiàn)類似漣漪的動(dòng)感空間效果。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)最初打算用簡(jiǎn)化多維曲線的方式來解決精度問題。但是通過BIM軟件的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，降維后的曲線造型加工安裝難度雖然降低了，可是原先方案中富有的律動(dòng)感與活力的空間感卻消失了，造型過于單調(diào)和生硬。于是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用Rhino + Grasshopper的方法在每組圓管的首尾之間設(shè)置了一組200mm高差的等差數(shù)列，通過有層次的視覺變化讓整組造型重新?lián)碛新蓜?dòng)感，最大程度還原了設(shè)計(jì)的構(gòu)想，并以最低的施工成本和更高的精度呈現(xiàn)動(dòng)感的空間效果（見圖4）。

完成空間造型之后，如何在每一根圓管中合理布置LED燈以達(dá)到群星璀璨的視覺效果成為困擾設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的新難題。首先，豐富多樣的動(dòng)感空間效果使每一根圓管都成為一個(gè)密閉的立體空間，在常規(guī)的裝飾手段下，難以在軟件中模擬出燈光位置，只能通過鉆眼去一一嘗試。這樣做既耽誤工期又很容易報(bào)廢原有的圓管造型。其次，業(yè)主已經(jīng)提前采購(gòu)好了燈具，總數(shù)已定，幾乎沒有可以變動(dòng)的空間了。此時(shí)如果用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維來解決，燈具排布的難度非常大。如燈具數(shù)量超量了，就需要重新訂貨，連同運(yùn)輸和安裝，將會(huì)造成整個(gè)工期的滯后。但使用了BIM參數(shù)化軟件就能很輕松的解決這個(gè)難題。由于與排布相關(guān)的變量只有兩個(gè)，一是燈具的數(shù)量，二是間距。既然數(shù)量是確定的，那么唯一要考慮的變量就只有間距了。間距的變化只有等數(shù)排列或等距排列這兩種形式。在參數(shù)化軟件Grasshopper中，只需要采用最簡(jiǎn)單的劃分命令就可以快速解決這個(gè)問題。最終設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用Grasshopper建立了參數(shù)化模型，通過參數(shù)驅(qū)動(dòng)，有效控制燈具的排布方式與排布數(shù)量，進(jìn)行預(yù)先的排布模擬，準(zhǔn)確定位每盞LED燈在圓管內(nèi)的尺寸和間距，按模型所提供的的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施后，一次性便成功完成所有燈具的安裝（見圖5）。

在可視化分析方面，BIM設(shè)計(jì)軟件建模生成的模型中攜帶諸多重要的數(shù)據(jù)信息，并具有“所見即所得”的特點(diǎn)[6]。各種分析軟件可以非常便捷的為相關(guān)人員呈現(xiàn)決策所需的分析結(jié)果。設(shè)計(jì)方案完成后，設(shè)計(jì)方能夠?yàn)闃I(yè)主、運(yùn)營(yíng)公司等各個(gè)部門全方位展現(xiàn)每一個(gè)細(xì)節(jié)，各方經(jīng)過對(duì)空間利用、審美、流線、采光、材料成本、聲學(xué)、消防疏散等方面的分析研究之后，能夠直觀的發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行討論，大大提高了決策的效率，高效的實(shí)現(xiàn)各部門之間的協(xié)同合作。

2 BIM在建筑內(nèi)裝項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)的應(yīng)用

BIM的建模應(yīng)用不僅在設(shè)計(jì)階段體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，在施工模擬和現(xiàn)場(chǎng)施工中也表現(xiàn)出極強(qiáng)的優(yōu)越性。

可視化的BIM模型可以實(shí)現(xiàn)施工之前的模擬，精準(zhǔn)確定每個(gè)構(gòu)件的尺寸與位置乃至分縫的大小。對(duì)于不規(guī)則形體的構(gòu)件，利用BIM軟件的參數(shù)化特點(diǎn)，對(duì)每個(gè)異形模塊進(jìn)行編號(hào)，并在BIM平臺(tái)上結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)尺寸進(jìn)行預(yù)拼裝，利用Revit繪制并導(dǎo)出數(shù)據(jù)，交給工廠進(jìn)行加工，在施工之前就把可能出現(xiàn)的問題提前解決，既確保施工的準(zhǔn)確性和高效性，又減少材料的浪費(fèi)和返工，實(shí)現(xiàn)真正的綠色施工（如圖6）。

建立在BIM平臺(tái)上的內(nèi)裝項(xiàng)目在施工之前都可以很方便進(jìn)行碰撞檢測(cè)。檢測(cè)的價(jià)值主要體現(xiàn)在通過碰撞信息發(fā)現(xiàn)裝飾設(shè)計(jì)與其他專業(yè)如結(jié)構(gòu)、機(jī)電管線等之間是否存在沖突，所有檢測(cè)結(jié)果都會(huì)反饋到模型數(shù)據(jù)平臺(tái)上，與各個(gè)團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)共享，共同商議處理方案，為施工落地提前做好準(zhǔn)備，保證了方案的最優(yōu)解決方案（見圖7）。

現(xiàn)場(chǎng)施工階段，依靠BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以在信息模型的基礎(chǔ)上結(jié)合全站儀、三維掃描儀等精密設(shè)備對(duì)安裝進(jìn)行精確的把控，高效且有質(zhì)量的保證大型甚至異形空間中各種造型的順利落地[7]。例如在南京青奧中心室內(nèi)設(shè)計(jì)施工過程中，室內(nèi)空間造型復(fù)雜且自由曲面空間體量巨大。其中GRG曲面造型正是結(jié)合BIM技術(shù)，借助數(shù)字化施工技術(shù)完成最后的施工過程的。整個(gè)過程包括：三維掃描→點(diǎn)云建?！Ｐ捅葘?duì)→調(diào)整模型→模型分?！考＞咧谱鳌S掃描部件模具→GRG部件加工→GRG部件掃描→GRG部件安裝→GRG分區(qū)域掃描。負(fù)責(zé)深化設(shè)計(jì)及施工的金螳螂上海設(shè)計(jì)公司使用數(shù)字儀器和參數(shù)化建模，最終精確完成內(nèi)裝的所有部分。BIM技術(shù)再一次在此類建筑內(nèi)裝項(xiàng)目中展現(xiàn)出其強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

BIM技術(shù)的出現(xiàn)促使整個(gè)建筑行業(yè)高速發(fā)展，也快速改變著傳統(tǒng)的室內(nèi)裝飾裝修設(shè)計(jì)模式。通過上述的分析和案例展示，BIM不是簡(jiǎn)單的二維繪圖工具，而是成為了大量信息數(shù)據(jù)的集成化載體，并貫穿和服務(wù)于建筑的全生命周期[8]。因此，設(shè)計(jì)師不再是負(fù)重前行的繪圖員，掌握數(shù)字化技術(shù)并學(xué)會(huì)利用各種分析軟件來提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量才是未來設(shè)計(jì)師需要關(guān)注的方向。這個(gè)時(shí)代為我們提供了一個(gè)前所未有的機(jī)遇，BIM技術(shù)所打開的是一扇新的大門，在建造技術(shù)迅猛發(fā)展的今日，適應(yīng)和掌握新技術(shù)，轉(zhuǎn)變思維模式是必然的趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)的從業(yè)人員也必須認(rèn)清這一點(diǎn)，才能在新的變革中獲得更好的機(jī)會(huì)。