基于Revit 的BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計初期的應用研究

何 祺

建筑設(shè)計是為人們營造各種三維使用空間的學科。相較于傳統(tǒng)的二維圖紙，三維模型能夠更直觀和準確地表達建筑設(shè)計信息，方便專業(yè)人士和業(yè)主之間交流。早在西方文藝復興時期，即現(xiàn)代建筑師執(zhí)業(yè)制度開始形成的時期，當時的建筑師們?nèi)绮斈肆兴够?、米開朗基羅等，已經(jīng)大量使用三維模型向業(yè)主闡述自己的設(shè)計。中國古代也利用信息模型或三維示意圖來表達建造過程和設(shè)計概念。例如：宋代《營造法式》的材分制度，就是建立一種參數(shù)化族類型體系，通過選擇用材的參數(shù)等級來確定各類建筑的規(guī)制；清代專門負責設(shè)計營建皇家建筑的“樣式雷”擅長制作各種微縮版的官式古建模型?“燙樣”，以方便與業(yè)主溝通設(shè)計意圖。在信息化和數(shù)字化的時代背景下，BIM 的應用核心仍然是三維模型和信息。BIM 技術(shù)在建筑工程中的應用涵蓋了從前期概念方案到后期施工管理，甚至是運維回收的全生命周期[1]。本文研究了Revit 軟件在建筑前期設(shè)計過程中的應用，結(jié)合相關(guān)的項目實踐，探究BIM技術(shù)對建筑設(shè)計初期階段的積極意義。

1 BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計階段的應用現(xiàn)狀

Revit 是我國應用廣泛的BIM 軟件之一，這個詞是由Revise Instantly （實時更新）兩個英文單詞合并創(chuàng)造而來，軟件的初衷是希望通過Revit 的內(nèi)置功能模塊和參數(shù)調(diào)節(jié)，快速實現(xiàn)模型與信息的整體聯(lián)動和更迭，從而節(jié)省設(shè)計時間。目前，有一種觀點認為：在項目早期運用Revit 太耗費精力和時間，可以在方案確定后甚至是施工圖繪制完畢后再介入BIM。事實上，將BIM 設(shè)計僅僅應用于項目較后期的階段，不但增加了設(shè)計工作的負擔，而且無法完全發(fā)揮新技術(shù)的價值[2]。

在建筑業(yè)較為成熟和發(fā)達的地區(qū)，越來越多公司和從業(yè)者已經(jīng)成功運用BIM 技術(shù)來革新行業(yè)的工作和管理模式，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型。這種趨勢從側(cè)面印證，新技術(shù)確實可以為建筑行業(yè)帶來經(jīng)濟和管理效益。

本文以若干實際工程為例，從多個方面闡述Revit 在建筑設(shè)計項目初期的應用：有的項目通過軟件內(nèi)置模塊即可快速生成概念方案；有的則通過與其他軟件平臺的整合聯(lián)動實現(xiàn)功能的擴展延伸。項目涵蓋了工業(yè)與民用建筑、住宅與公建等類型，規(guī)模從小到大較為多樣化。這種新的工作流程有一個共同點：所有的設(shè)計過程都是靈活可控的，設(shè)計的成果也不是靜態(tài)固化的，可以隨時依據(jù)需求變化，通過操控一些信息參數(shù)來更迭設(shè)計內(nèi)容，期間還可以按需生成各種圖紙，全方位表達設(shè)計者的意圖。相較于常規(guī)的從二維概念圖紙到三維表現(xiàn)圖，再重繪二維初步設(shè)計圖和施工圖，新的設(shè)計流程可以節(jié)約大量的重復性勞動，很好地保持設(shè)計從概念到施工圖階段的一致性和連貫性。

2 Revit 在建筑設(shè)計初期的應用

2.1 利用Revit快速生成概念方案

2.1.1 某咖啡吧單體建筑概念設(shè)計

本案例為國外某新建住宅小區(qū)的配套咖啡吧，業(yè)主要求功能布局合理，同時滿足經(jīng)濟指標和預算要求。在需求明確后，先用鉛筆畫出草圖，大致勾勒出平面與體塊關(guān)系，再用Revit 軟件生成三維模型，如同步輸出概念圖紙，用時不到2 d。Revit 軟件生成的咖啡吧概念設(shè)計圖紙（圖1）。

圖1 咖啡吧概念設(shè)計圖紙（來源：作者自繪）（單位：mm）

Revit 軟件的內(nèi)置功能，如標高軸網(wǎng)、族、任意剖切和可視化等，可快速生成建筑模型，推敲室內(nèi)外的空間尺度，靈活精準地調(diào)整建筑造型。相較于先用計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）推敲方案，再用三維軟件表達設(shè)計效果的常規(guī)方式，Revit 能有效縮短設(shè)計時間，在短時間內(nèi)較完整地表達設(shè)計概念[3]。

2.1.2 立面和景觀改造概念設(shè)計

該案例為福建省閩東地區(qū)某市老舊城鎮(zhèn)改造項目，基地現(xiàn)狀為1 條舊商業(yè)街，街道中間的空地擬建為口袋公園。通過分析周邊場地的文脈和要素確立設(shè)計意向，將手繪草圖導入Revit 軟件，生成方案模型并進行調(diào)整。

沿街立面改造方案的設(shè)計參考當?shù)氐膫鹘y(tǒng)文化和文字符號，運用軟件中的墻族和門窗族的特性功能，快速生成軟件模型。口袋公園設(shè)計概念借鑒中式園林的移步換景與空間滲透變換的處理手法，使用廊道和片墻等傳統(tǒng)建筑語言，利用軟件的內(nèi)置工具和可調(diào)節(jié)參數(shù)，快速生成長廊和其他景觀要素，營造出既傳統(tǒng)又具有現(xiàn)代感的社區(qū)休閑活動場所，如圖2 所示。

圖2 口袋公園概念方案的軸測圖和空間節(jié)點透視圖（來源：作者自繪）

2.2 Revit與犀牛軟件、人工智能技術(shù)結(jié)合生成概念方案

2.2.1 曲面和參數(shù)化設(shè)計

該水利項目位于福建省沿海地區(qū)，項目工期緊張，業(yè)主要求項目設(shè)計團隊提供多種改建方案進行篩選比對。設(shè)計團隊從魚類鱗片中汲取設(shè)計靈感，為舊的水利建筑設(shè)計新的表皮系統(tǒng)。通過在Rhino Inside Revit 中內(nèi)置犀牛（Rhinoceros，Rhino）軟件，實現(xiàn)2 款三維設(shè)計軟件的聯(lián)動。利用犀牛軟件強大的曲面和造型功能及蚱蜢（Grasshopper，GH）插件的各種參數(shù)化運算器模塊，自由調(diào)節(jié)建筑表皮的形式和漸變干擾紋理的分布，如圖3 所示。Revit 軟件與Rhino 軟件結(jié)合，突破了Revit 軟件在曲面造型方面的局限，強化了其非線性設(shè)計能力。該項目是將犀牛參數(shù)化平臺與Revit 結(jié)合的一次探索性實踐。

圖3 通過Rhino inside Revit（RIR）實現(xiàn) Rhino、GH 與Revit 的聯(lián)動（來源：作者自繪）

2.2.2 人工智能優(yōu)化設(shè)計

該項目為某居住規(guī)劃設(shè)計，要求計容建筑面積約15 萬m2。根據(jù)項目的基礎(chǔ)資料構(gòu)建了居住區(qū)規(guī)劃方案的BIM 模型，同步生成經(jīng)濟指標信息表格，并進行相關(guān)的規(guī)劃調(diào)整，日照分析和戶型優(yōu)化等。同時，借助第三方人工智能（Artificial Intelligence，AI）平臺，通過調(diào)整提示詞，在初始模型的基礎(chǔ)上衍生出若干立面?zhèn)溥x方案，并根據(jù)Revit 戶型單體模型快速生成若干室內(nèi)設(shè)計風格方案進行設(shè)計選項比對，以滿足不同人群的需求，其相較于常規(guī)的設(shè)計推敲流程更加高效和便捷[4]。BIM 技術(shù)和AI 技術(shù)的結(jié)合，使設(shè)計團隊在有限的時間內(nèi)完成了投標方案圖紙，如圖4 所示。

圖4 某居住區(qū)投標方案圖紙（來源：作者自繪）

2.3 利用Revit實現(xiàn)設(shè)計三維聯(lián)動和迭代深化

項目為國外某居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計，包含75 個聯(lián)排住宅單元。一方面，當?shù)匾?guī)劃部門對新建小區(qū)有著嚴格的限制，對居住單元錯層地下室的平均高度、紅線退距和建筑風格等方面都有具體的要求。因此，報建圖紙稍有偏差就會無法通過審核，進而拉長開發(fā)周期，影響項目收益。另一方面，開發(fā)商追求建筑可建空間和面積等經(jīng)濟指標的最大化，堅決排斥浪費空間的做法。這兩方面的要求給居住區(qū)的規(guī)劃設(shè)計帶來了一系列挑戰(zhàn)。

在項目調(diào)整和深化過程中，運用Revit 軟件的優(yōu)勢來協(xié)調(diào)和解決設(shè)計過程中的矛盾，提高設(shè)計效率。例如，按照當?shù)匾?guī)劃部門和開發(fā)商的要求，居住區(qū)要采用歐式風格來呼應場地周邊的傳統(tǒng)文脈。歐式屋頂不但設(shè)計樣式較為復雜，采用常規(guī)的CAD 繪制屋面的平面圖和立面圖是一個較為繁瑣的過程，而且設(shè)計稍有變動就需要重新繪制圖紙。運用Revit 軟件可以輕松解決此問題，三維模型能夠自動生成平面圖和立面圖，規(guī)避了繁瑣的二維繪圖過程，保證了圖紙的準確性。

當?shù)匾?guī)劃部門要求審核所有建筑單元半地下室的平均高度。本項目的地下室為錯層設(shè)計，需要按照面積加權(quán)平均計算高度，如果高度過高，則錯層空間會被認定為獨立的一層，無法通過審核。此外，地下室的凈高要符合當?shù)氐慕ㄖ?guī)范和使用舒適度的要求，地下室的開挖深度也需要綜合考慮土木工程專業(yè)和機電工程專業(yè)的要求。在這些因素的共同作用下，需要不斷調(diào)整和改動設(shè)計方案。如果按照常規(guī)的設(shè)計方法，每次方案調(diào)整都需要修改平面、立面和剖面圖紙以及更新經(jīng)濟技術(shù)指標表等，不僅工作量大而且容易錯漏。采用Revit 軟件可以縮短方案調(diào)整的流程，更加直觀和便捷地展示調(diào)整內(nèi)容，并且能夠自動更新平面、立面和剖面圖紙，無須手動修改，避免了重復性的工作[5]。Revit軟件自動生成的建筑圖紙（圖5）。

項目所有的效果圖、戶型圖和最初設(shè)計的審批圖紙均由同一個模型生成，有效簡化了工作流程。經(jīng)過高效的迭代設(shè)計，項目所有樓棟的規(guī)劃設(shè)計方案均滿足當?shù)匾?guī)劃部門的要求，順利通過審批程序。迭代完成的模型和圖紙可以用于后續(xù)的深化設(shè)計。此外，運用Revit 軟件在其他方面也進行了優(yōu)化設(shè)計，如戶型設(shè)計調(diào)整、跨專業(yè)協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)表格更新等。

3 結(jié)語

本文通過闡述基于Revit 的BIM技術(shù)在設(shè)計初期的應用實踐，探討了BIM 技術(shù)、參數(shù)化技術(shù)和AI 技術(shù)對生成與迭代建筑設(shè)計方案的價值及意義。雖然BIM 技術(shù)在設(shè)計初期的應用存在一些問題，如缺少通用標準建模和審核體系、輸出圖紙的本土化等，但是隨著新軟件的開發(fā)和二次開發(fā)平臺的完善，相信BIM 技術(shù)能夠逐步在項目設(shè)計初期發(fā)揮主導作用。此外，BIM 技術(shù)與地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、AI 技術(shù)和其他參數(shù)化軟件平臺的結(jié)合，可以擴充其功能，進而更好地推動整個建筑行業(yè)的良性發(fā)展和進步。