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關鍵詞:核化工;科學實驗建筑;流線設計
研究背景
隨著核電市場前景看好,相應的核化工后處理領域也會隨之產生大量需求,很多科研課題尤其是實驗性的科研課題有待開展,因此,對核化工類的科學實驗建筑的需求必然會逐步增多、求好、趨精。
由于核工業體系的功能特殊性,核化工建筑一般都要滿足輻射防護、消防疏散、安全保衛等基本要求,由此帶來的防護分區和衛生出入口問題再加上特殊的功能需求導致了復雜的流線問題,往往因這類建筑的流線問題成為工程項目設計的難點、重點、焦點,所以應當給予細致的研究并采取相應的對策。
設計研究
工藝布置的基本條件和需求是建筑方案設計的出發點,由這些出發點可以歸納出人員、物料的基本流線需求,此外由于核工業對輻射防護方面的要求和防火疏散的要求,我們可以發現這類科學實驗建筑設計的難點和主要矛盾就在于怎樣組織各個不同的類型的流線需求,以達到人員、實驗物料流線清晰、不交叉影響且滿足輻射防護和疏散的要求。
本案例的研究就是基于上面的這一思考流程展開的,下面就加以詳細分析。
1、工藝布置的基本條件和需求
工藝工種根據實驗用房的需求和以往的布置經驗提出了布置條件圖和相應的一些要求,從中可以歸納出各個不同功能類型的用房及需求特點。
1.1 功能構成及各部分功能的房間的需求特點
由圖分析可以歸納出如下幾類用房,結合工藝需求可以簡要分析出其相應的一些需求特點。
1)實驗用房部分(主要是綠區用房):
a各實驗用房:即此次設計任務的主要需求,各個用房相對獨立、相互之間基本無影響,共同點是均為綠區用房,多數房間需要通過專用的集中管線排放廢物,從這個特點出發,這些房間宜相對集中布置,故從建筑設計的角度宜沿用工藝布置的思路采用單內廊的形式布置。
b實驗樣品入口、樣品預處理:由于實驗樣品具有放射性,其入口應當單獨設置,不能與主要人員出入口共用,宜靠建筑物一側布置,并布置專用電梯通至每層,樣品預處理間宜靠近每層電梯、疏散口。
c相應的辦公室、資料室:實驗用房的輔助房間,宜安排在相對安靜的位置集中布置。
2)衛生出入口(實驗人員由白區進入綠區的過渡用房):
主要有家庭服更換、劑量檢測、淋浴、工作服更換、綠區值班(劑量儀收發)。這些房間需要按照輻射防護的要求以一定的次序組織起來。使實驗人員的進、出流線具有明確的次序、檢查流程,從而達到控制放射性污染物外泄的目的。
3)輔助用房及管理用房(主要是白區用房):
包括水、暖、電、信等管線設備的引入用房,和白區的值班、辦公、會議等用房。
4)廢物收集、運出和排放用房(主要是綠區用房):
化工類試驗用房可能會產生一定的廢料、廢液,而且過程中產生的廢水廢氣由于可能存在放射性也需要處理。所以用房有兩類一是實驗廢料廢液的最終收集運出用房,二是實驗產生的廢氣廢水的收集排放用房。
1.2 輻射防護的要求
對于這類分析檢測中心的實驗樓放射性程度不高,本方案輻射防護分區只有白區、綠區兩個分區,核工業建筑在輻射防護分區方面有以下要求:
白區和綠區之間要有衛生出入口
每個防護分區至少要有一個疏散口和疏散樓梯
2、各個基本流線的歸納和分析
2.1 實驗工作人員流線
1)實驗工作人員流線
可示意為:主入口白區——衛生出入口——實驗區,其設計難點主要在衛生出入口的處理。
2)衛生出入口流線
流線具有次序性,即房間的排布要具有一定的次序,實驗人員進入實驗區和離開實驗區都要按照一定的次序經過這些安排好的房間,完成進、出的輻射防護管理程序。這也是本設計的重點和難點之一。
從輻射防護檢測監控的角度講,綠區值班室(兼劑量儀收發室)應能夠對實驗人員進、出實驗區的流線直接監控,以杜絕放射性污染物的外泄。以此出發,本方案設計了如下流線簡圖(圖1),在此基礎上經多方案比較后,確定了最終的布置方案。
2.2 實驗材料進入流線(見圖2)
可示意為:
實驗材料入口——電梯——各層樣品預處理間——各實驗用房
2.3 配套輔助流線(見圖2)
可示意為:主入口白區門廳——白區配套輔助用房——次入口
2.4 廢物收集排放流線(見圖2)
可示意為:
實驗殘余廢料廢液——管線、電梯——一層廢物、殘液收集——廢物轉運
實驗廢水廢氣——管線、風管(風道)——廢水、排風處理
3、防火疏散流線設計
按防火規范的要求,本方案須設兩部樓梯,結合輻射防護的要求考慮,防護分區不宜跨越防火分區,分區內至少一個疏散口和疏散樓梯,以上述流線布置方案來看,用方案布置的手段很難同時滿足各方面要求,故最終采用構造的手法,在不同防護分區之間以應急門(平時不開啟)或固定窗(平時不開啟)分隔,置太平斧,發生火災急需疏散時,可砸破玻璃作為備用疏散口(樓梯)。從而滿足防火疏散口數量的要求。
相關經驗總結
核化工類科學實驗建筑設計難點在于其流線設計,宜從歸納其人員、物料的基本流線需求入手進行考慮,結合輻射防護的要求,我們可以總結出其四種基本流線:實驗工作人員流線、實驗材料進入流線、配套輔助流線、廢物收集排放流線,這四種流線結合輻射防護要求可以運用方案布置的手段予以合理解決。
對于此類建筑中的防火疏散流線可以用構造手法,采用應急門或固定窗布置在不同防護分區間,以備用疏散口的形式同時滿足輻射防護要求和防火疏散口數量的要求。
參考文獻
[1]《科學實驗建筑設計規范》JGJ91-93
關鍵詞:城市園林景觀 普查數據 三維可視化
中圖分類號:P2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)04(c)-0015-02
隨著計算機信息技術和網絡技術的飛速發展,傳統的二維數據可視化和查詢分析功能已不能滿足園林從業人員對城市園林景觀的規劃、設計、管理等工作需求。
目前,園林景觀可視化技術逐漸從平面的手繪透視圖、效果圖合成照片向三維立體的景觀動畫、仿真表現發展,本文研究的是仿真應用為目的,基于CAD設計施工圖和現狀普查GIS數據的城市園林景觀三維可視化技術。
三維可視化技術的應用,使得城市園林景觀設計和管理統籌突破了二維平面和純粹展示的限制,在仿真平臺上能快速全方位多角度的表現出園林設計對現狀城市景觀的影響,能根據查詢到的現狀園林景觀信息進行城市園林工作的管理統籌,提高規劃設計工作的效率和園林管理決策工作的科學性。
1 研究背景
浙江省某市林業和園林局2010年啟動了“數字綠化”管理平臺建設,旨在建設精細化、可視化、智能化和一體化的綠化管理平臺,提高管理設計工作的效率和科學性。該市林業和園林局三維實景展示項目是其子項目,為“數字綠化”提供直觀的城市園林景觀三維基礎數據庫,具體內容為:(1)城市重點園林景觀工程模型數據。(2)行道樹及綠地附屬綠地、古樹名木、公園綠地模型數據。基于該數據庫,使用者能迅速在綠化管理系統上查看到城市園林景觀建設現狀及植物種類、樹高、胸徑、種植面積、管理責任單位等相關信息。
2 基于仿真應用的城市園林景觀三維可視化
2.1 數據準備和數據源分析
由于城市公園內既有現狀建成的園林景觀,也包含正在施工或待建區區域,因而其對應的數據源是現狀普查GIS數據庫和CAD設計施工圖。
CAD設計施工圖表達了城市園林景觀設計者的設計理念和設計意向,包括地形地貌平面和豎向規劃、園林建筑小品平面位置整飾鋪裝以及綠化植被分布等形態,如圖1所示。
現狀建成數據來源于現狀地形圖和普查獲取的城市園林景觀GIS數據。其中,普查GIS數據按照綠化分類,分成包括大樹名木在內的3份點數據、包括公園綠地在內的11份面狀數據和對應的4份綠地屬性關聯子表(公園綠地關聯子表、居住區及單位綠地關聯子表、道路綠地關聯子表和道路附屬綠地關聯子表),通過“綠地細斑代碼”屬性字段進行關聯,如圖2所示。
2.2 技術流程和方法
為了滿足客戶需求,城市園林景觀的三維可視化仿真要素包括:地形地貌、園林建筑小品和綠化植被。
其可視化的主要技術路線有兩點:(1)地形地貌、園林建筑小品基于CAD施工設計圖和現狀地形圖,利用3dsmax軟件進行多邊形建模,結合現場實拍照片進行紋理映射,統一光影和色調烘焙后,通過數據格式轉換加載到仿真平臺上,利用該平臺實時驅動完成三維可視化。(2)對于設計施工階段的綠化植被,可視化基礎來源于CAD設計施工圖,在3dsmax中利用ForestPackPro插件進行植被布置,映射符合設計意向的植被紋理;而對于現狀建成階段的綠化植被,則根據普查GIS數據中的公園斑塊文件自動生成點位數據,在仿真平臺上直接關聯植被符號,達到逼真的可視化效果。
其技術流程按照三維可視化仿真要素分述如下。
(1)地形地貌要素的構建,是整個可視化流程的基礎,所有園林建筑、小品以及綠化植被都必須無縫接合在地形地貌上。在地形圖上提取出等高線和高程點,使用EPS軟件生成具有真實高程變化的5米DEM網格,輸出VRML格式文件導入到3dsmax中,繼而進行人行道等鋪地細分,并將經過Photoshop軟件處理后的真實環境照片帖圖映射到模型上,建成模擬真實的地形地貌模型。
(2)園林建筑小品等要素,按照傳統的3dsmax建模方法進行。考慮到局部園林景觀的布局需要在人視低點角度進行瀏覽查詢,因此大于1米的建筑構件結構必須通過多邊形模型來表現,使建筑模型更貼近真實性。
(3)綠化植被要素,則根據設計施工階段和現狀建成階段的不同分別進行。設計施工階段以CAD設計施工圖為依據,把設計圖布置好的植被通過Photoshop軟件處理成一個個白色像素點,形成一張黑底白點的植被分布圖。通過3dsmax插件ForestPack Pro關聯分布圖自動生成跟隨地形的綠化植被,紋理映射比例通過插件參數控制,從而快速地進行植被布局;對于現狀建成階段,為了確保植被模型的真實性,以普查GIS數據作為基礎數據進行景觀三維可視化。由于記載有詳細屬性數據的公園斑塊文件是二維面狀數據,必須以斑塊范圍內的總植物棵數作為依據,通過編程讓程序自動生成對應數量且不帶屬性的二維點狀數據,然后在EXCEL中通過VBA編程將植物屬性字段列表自動關聯到點狀數據上。在3dsmax中獲取該點狀數據對應位置的地形高度值后,根據點對應的植物名稱在仿真平臺上通過關聯植被符號來實現三維可視化。
整個可視化流程如圖3所示。
2.3 成果技術指標
不同的城市園林景觀三維可視化仿真要素,其主要成果技術指標如表1所示。
2.4 效果截圖(如圖4)
3 結語
本文敘述了以仿真應用為目的城市園林景觀設計施工階段和現狀建成階段的三維可視化技術方法和流程。通過該技術建立的城市園林景觀三維基礎數據成果,成功集成到“數字綠化”管理平臺上,實現在三維可視化環境下的設計、管理和決策工作,直觀真實、有據可依,帶來了顯著的社會效益和經濟效益,對同類項目實施具有一定的借鑒作用。
本文提出的技術方法和流程有效解決了園林景觀的三維建庫、三維可視化的技術問題,對推進三維仿真技術在林業和園林領域的應用具有現實意義。相信隨著我國林業和園林管理理念的發展,林業和園林管理工作推向精細化、可視化、智能化和一體化,三維仿真、可視化技術將為林業和園林的設計管理統籌帶來質的飛躍。
參考文獻
[1] 毛瓊,羅傳文,單瑤瑤.結合GIS創建三維可視化園林景觀[J].黑龍江生態工程職業學院學報,2007,9,20(5):21-22.
關鍵詞:無線定位技術;事故預警;建筑信息模型;無線傳感網絡
建筑工人高處墜落事故和觸電事故是施工安全的頭威脅。目前,該類事故在危險源評估及預測方面已經取得一定進展[1]。同時,信號預警、統計預警、指標預警和模型預警等預警方式已經在建筑安全事故的預警中成功應用[2]。并且,BIM與RFID在施工安全管理中的運用可行性已經被證實[3],但是,這些研究在預警針對性、識別主動性、成本控制、可操性、可視化分析能力等方面還存在一些不足,為此,本文構建基于BIM和CSS寬帶無線定位技術的智能預警系統,實現施工安全管理的信息化、智能化、可視化。
1、系統需求分析
施工現場現有安全監控技術相對落后,項目部不能實時、全面、形象地掌握施工現場情況[4],更無法實現事故預警。所以,系統必須滿足如下功能要求:(1)建筑工人位置信息實時采集。(2)建筑工人高處墜落和高壓電危險區域可視化分析。(3)事故預防全員參與。建筑施工項目管理過程復雜,涉及人員眾多,所以預警對象及參與人員為所有進入施工現場的人員。
2、系統構建
2.1系統框架構建
智能預警系統利用先進的技術平臺,能夠對現場工作人員和外來參觀人員做到事先劃定作業區域,實時監控記錄活動情況,分析活動規律和趨勢,遇有危險活動及時預警,事后統計分析,在防范安全事故發生的同時,大幅度提高整個施工現場的工作效率和管理水平。
該系統由四部分組成:①基于寬帶無線射頻定位技術CSS的無線傳感網絡。RFID、WIFI、ZIGBEE等傳統定位技術的精度不能令人滿意,有的則價格太高不適合施工現場應用。而應用CSS技術,通過信號到達時間測距和測角度,采用到達時間差(TDOA)進行定位,可以實現最優性價比的高精度定位[5]。②基于波形探測感應技術的檢測報警設備。采用波形探測感應技術,可以有效杜絕一般工作人員或外來人員誤闖危險帶電區域、造成停電或人員傷亡事故的現象。③與傳感網絡、檢測設備協同互動的高分辨率、可動態調節跟蹤的視頻設備。④后臺計算機管理系統。系統結構如圖1所示。
圖1系統架構示意圖
系統結合了寬帶無線射頻定位、安全檢測與預警報警、視頻同步記錄監視、及BIM建筑信息系統模型領域的最新科技成果,具有傳統安全作業管理無法比擬的優勢。其主要特點如下:①人員及移動物體的實時定位與監控。②實時探測。③高定位精度。④全程視頻圖像跟蹤監視。⑤定位穩定。⑥良好的抗多路徑效應。⑦組網靈活。⑧節能設計。⑨強大的作業安全管理功能。
2.2系統的工作模式
系統具有現場需要的多種工作模式,如巡視模式、參觀模式、檢修模式、操作模式和探測模式等,不同模式下的監控側重點有所不同。同時,也可以根據新的運行管理模式需求,擴充新的工作模式。
2.3系統初始化設置
系統平臺構建完成后,需要對系統進行初始化設置,定義相關規則及屬性。根據功能需求分析及該預警系統架構,結合施工現場安全管理的實際需要,進行如下初始化工作,并將相關設置輸入預警系統。
(1)危險區域定義。
根據施工現場的實際情況,將施工現場劃分為Ⅰ~Ⅳ共4個危險等級。
(2)BIM模型建立。
本系統在實施前必須根據傳統的二維圖紙建立BIM模型,以此實現將二維視圖向三維視圖的轉化。BIM模型也是本系統可視化的載體,現場的所有實時信息以及預警信息均將在BIM模型中體現[6]。
(3)主要工作流程:
首先在后臺監控計算機上對需要對現場工作人員和進入施工現場的其他工作人員進行身份注冊,驗證信息后設定他要領取的移動終端的編號,并根據工作人員需要執行的操作設定對應的工作路線、工作時間、工作區域、危險區域等;工作人員進入施工現場后通過寬頻無線定位網絡,將定位數據傳遞給前置機,前置機按照定位算法通過計算確定工作人員的當前位置,一方面根據已設定的危險間隔判斷當前位置是否合法,不合法則向工作人員發送相應的報警信息;另一方面將工作人員的當前位置信息發送給后臺監控系統,在施工現場平面圖上將工作人員的位置坐標顯示出來,便于后臺監控人員的觀察。同時,施工現場內工作人員的行進路線等信息將保存在數據庫中,日后可以通過動態方式重新查看其工作路線,實現了對施工現場工作人員的有效監督[7]。
4結語
本文建立的智能預警系統集成了BIM與WSN技術,可實現實時定位及智能預警。將CCS無線定位技術應用于施工現場的作業安全管理,用技術手段替代人工管理,對于施工現場的安全運行具有開創性的意義。
參考文獻
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[2]吳煒巍.施工現場安全危險源實時監控與安全風險預測方法研究[D].南京:東南大學,2009
[3]郭紅領,于言滔,劉文平,等.BIM和RFID在施工安全管理中的集成應用研究[J].工程管理學報,2014,28(4):87-92.
[4]仲青,蘇振民,王先華.基于RFID與BIM的集成施工現場安全監控關鍵技術研究[J].建筑科學,2015,31(4):123-128.
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關鍵詞:施工安全;可視化技術;應用;
1 引言
在以往工程項目建設的過程中,項目的參與各方都是以口頭或者紙質文件的形式對信息實現溝通與交流,而在信息具體傳遞的過程中,卻往往由于傳遞信息所存在的模糊與不足而使項目參與者不能夠以正確、迅速的方式作出決定。為了能夠在原有基礎上以更為準確、及時的方式作出工程決策,項目的參與各方就急需能夠從視覺基礎上對建筑活動信息進行建立、理解,而這也對施工的可視化技術應用提出了具體的要求。
在現今的設備、材料以及人員的建筑場地信息收集方面,一般是由人工記錄與監控的方式進行的,這項工作對于工程師自身的技術水平以及工作經驗也具有著非常高的要求。同時,由于該項工作開展耗時較長、且往往會受到記錄人員主觀性的影響,無論信息記錄人員的經驗如何豐富也會不可避免的出現差錯。這種情況的存在,則使得在具體工程項目施工中,當工作要求能夠以準確、快速的方式作出決策時,往往存在著較大的不足與滯后。在這種情況下,虛擬現實技術的出現為我們提供了一個較好的解決方案,通過該項技術對于施工現場的真實模擬以及強烈現場感的提供,目前已經被較為廣泛的應用到了工程施工過程中。
2 可視化技術
通過建模技術以及激光掃描技術的應用,則能夠對現場施工環境進行準確的創建,如場地地形以及場地布局等。而通過實時位置跟蹤傳感器的應用,則能夠在施工現場對相關數據進行收集的同時將這部分數據集成到虛擬現實環境之中。
2.1 可視化虛擬現實環境
對于虛擬現實環境來說,其是由很多個能夠對真實環境進行代表的屬性與實體所組成,其基本元素包括有光、對象、屬性、場景以及對象間的相互關系等。對于場景靜態對象以及表面來說,通過激光掃描的方式則能夠準確的獲得,且通過掃描方式的應用,則能夠每次都獲得一個獨特的坐標系統,對此,我們在開展具體掃描時就需要能夠將結果都統一集成到一個坐標系統之中。同時,照明也是該環境所具有的一個特點,雖然在我們所處的現實世界中,光線并不是無時無刻存在,而在模擬環境中,光則能夠起到一個重要的定向作用。
同時,在該環節中,我們也通過CAD軟件的應用對對象進行創建,并通過虛擬相機的應用從不同的視角對場景進行定義。而對于關系來說,其則代表特定場景中不同實體之間的聯系,能夠對不同元素間的相關性進行代表,如兩個物體間的距離。而當我們從傳感器中對實時數據進行接收、再傳送到數據服務器之后,則能夠對動態對象的屬性起到較好的更新作用。
2.2 實時數據分布
為了能夠對工程管理者具體施工過程的信息需求進行滿足,在系統獲取信息之后,不僅需要將其傳輸到本地服務器之中,還需要將其傳輸到遠程3D查看器中。這種情況的存在,就需要該可視化系統能夠具有數據的與訂購功能,且需要信息能夠通過局域網或者互聯網實現訪問共享。
對于該虛擬現實環境來說,其應當包括有較為復雜的動態對象以及靜態結構,如設備、人員、建筑物以及材料等,以此幫助人們能夠對建筑活動產生理解與感知。而當實施傳感器數據同虛擬環境元素實現連接之后,通過當地數據處理器的應用則能夠以較為及時的方式對傳感器中的數據進行更新。而其中查詢、機制的存在,則允許數據收集器能夠對虛擬現實環境信息進行同步更新,而用戶借助局域網與互聯網的訪問則能夠對系統所的實時數據進行查詢,以此幫助管理者能夠以更為正確、快速的方式作出決策。
3 模擬試驗
3.1 臨近施工人員危害的模擬
在該場景模擬中,首先要在系統中構建場景表面,并根據所需模擬的現場對3D對象模型以及對象之間的關系進行創建,之后,則將其運用到系統虛擬現實環境之中。在場景中,我們主要設定了5個對象,即工人、推土機、建筑物、起重機以及裝載機,而通過空間測量設備的應用,則能夠對施工現場場景進行生成。
首先,我們需要將所需要模擬的空間數據傳輸到服務器之中,并將處理生成后的信息發表到3D查看器中。之后,我們以綠色圓圈對場景中的危險區域進行標記,如果其臨近區域變為紅色,則說明在該場景中具有著非常嚴重的安全風險。而如果現場設備、工人處于接近危險的狀態,系統則能夠對其在標記之后立即發出警告,并完成相關數據的記錄。在系統中,對塔式起重機進行模擬也是非常重要的一項技術,起重機是現今施工中應用較多的一項技術,其具有兩個自由度,即升降負載以及起重機臂。由于定位傳感器數據僅僅能夠對絕對空間信息進行提供,在具體應用中則需要具有很多的傳感器,根據這種特征,我們則將其分解為4個組件,即吊桿、地基、小車與負載。
3.2 現場施工活動可視化
通過位置跟蹤與激光掃描技術的應用,則能夠幫助我們對工程施工現場數據進行收集。一般來說,工程施工現場的主要對象有匝道車輛、施工人員出入口、鋼筋混凝土結構、施工材料以及安全保護設備等。而當對現場施工環境模擬完成之后,則可以通過UWB技術的應用對施工現場動態對象如起重機、工人以及車輛等進行跟蹤。對于每個工人,都需要對其至少配備一個UWB,通過將UWB所收集到的數據發送到服務器之中,服務器則能夠對其速度、位置等參數進行計算。而在起重機方面,則需要將其安裝6個UWB,其中4 個安裝在支架上,1個安裝在起重機艙室,1個安裝在起重機吊鉤上。通過模擬整個施工現場,對所有元素作標記,這些元素在任何給定時間的位置已知。當沒有警告時,起重機的鄰近區域是黃色的。當工人進入到起重機的鄰近區域時,黃色變成紅色,表明工人有危險。起重機的鄰近區域可以由用戶定義以避免無用的警報。此外,根據起重機操作員在駕駛室的視野。當起重機必須把建筑材料放置在一個竣工的建筑物后面時,起重機操作員可以通過虛擬現實環境“看見”所應放置的位置,對于實際施工起到了積極的作用。
3.3 工人培訓可視化
通過將可視化技術應用于工人的培訓環境,能更有效地促進他們學習技術。在某公司,進行了一個試驗,目的是測試可視化系統對提高培訓師和學員工作及學習效率的可行性。基本元素包括學員、起重機和材料。其中,對本次培訓的教師與工人都配備了UWB,經過培訓之后,通過可視化分析方式的應用則能夠使參與培訓的工人更為明確的認識到錯誤是如何發生的、如何對這部分錯誤進行避免,以此起到了提升施工安全性的作用。
4 結束語
在上文中,我們對施工安全的可視化技術及應用進行了一定的分析與研究,可以看到,該項技術對實際工程施工的安全、順利開展具有非常積極的意義,需要在今后工程施工中對其更好的推廣、利用。
參考文獻
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關鍵詞:BIM技術 建筑設計 信息化
中圖分類號:TU2 文獻標識碼: A
1.BIM技術概述
BIM(Building Information Model,建筑信息模型)技術,核心是通過在計算機中建立虛擬的建筑工程三維模型,同時利用數字化技術,為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構件的幾何信息、專業屬性及狀態信息,還包含了非構件對象(例如空間、運動行為)的狀態信息。借助這個富含建筑工程信息的三維模型,建筑工程的信息集成化程度大大提高,不僅可以用于建筑設計,還可以用于結構設計、設備管理、工程量統計、成本計算、物業管理等,可以在整個建筑業中發揮作用,管理建筑生命周期的全部信息。
2.BIM技術原理
BIM技術,是一種專門面向建筑設計的基于對象的 CAD 技術,用于對建筑進行數字描述。利用 BIM 技術可以在一個電子模型中存儲完整的建筑信息,這種方法被稱贊為一種最新的變革。
在 BIM 應用系統中,建筑構件被對象化,數字化的對象通過編碼去描述和代表真實的建筑構件。一個對象需要有一系列參數來描述其屬性。這個對象的代碼必須包含這些參數。參數通常是預先定義好的,或者遵守某些制定好的規則。這些參數信息就構成了建筑的屬性。例如,一個墻對象是一個具有墻的所有屬性的對象,不僅包括幾何尺寸信息如長、寬、高,還包含了墻體材料、保溫隔熱性能、表面處理、墻體規格、造價等等。而在一般的 CAD 繪圖軟件中,墻體是通過兩條平行線的二維方式來表達,線條之間沒有任何關聯。
3.BIM技術工作概念
正如眾所周知的“虛擬建筑”或是“建筑模擬”:圖形, 建筑視圖, 表現, 計算與工程量清單都會自動的從3D模型中得到。具體可概括為如下幾點:
1)單一文件概念:完整的建筑項目模型和其所有的文檔都包括在虛擬建筑文件里面。
2)模型是由真實建筑構件組成的。
3)模型與文檔相互關聯。
4)自動化文件工作流程管理。
5)建筑內容(圖庫)。
6)建筑信息數據庫與建筑構件相連。
7)額外內容(渲染, 動畫, 數量計算, 清單) 。
4.BIM技術在建筑設計中的優勢
4.1可視化的虛擬建筑設計體驗
運用 BIM 技術,建筑師可以創造“所見所想即所得”的虛擬建筑模型。建筑師可以隨時看到設計的效果,身臨其境的感受建筑內部的空間效果,確認設計思路、比較各種材料、顏色及不同的體量造型是否和諧以及所創造的空間是否與環境相融。基于 BIM 技術的虛擬建筑設計極大地解放了建筑師的想象力和創造力,將建筑師從圖紙中解放出來。
通過 BIM 可以將專業、抽象的二維建筑描述通俗化、三維直觀化,直觀生動的三維模型使得建筑師可以自由地與他人交流、溝通,使得業主等非專業人員對項目功能性的判斷更為明確、高效,決策更為準確,從而使設計方案能夠進行預演,方便業主和設計方進行場地分析、建筑性能預測和成本估算,對不合理或不健全的方案進行及時的更新和補充。
4.2高效智能的設計評估
運用 BIM 技術創建的虛擬建筑模型中包含著豐富的非圖形數據信息,提取模型中的數據,導入分析模擬軟件中,即可進行面積分析、體形系數分析、可視度分析、日照軌跡分析、建筑疏散分析、結構分析、熱工性能分析、管道沖突檢驗、防火安全檢驗,以及能量分析、規范檢驗等。通過分析可以及時準確的反映設計方案的可靠性和可行性,給方案的合理化設計提供了準確的數據。這大大降低了性能化分析的周期,提高了設計質量,同時也使設計公司能夠為業主提供更專業的技能和服務。
4.3便捷的圖形文檔輸出與修改
只要虛擬建筑模型建立起來,無論是在任何一個設計階段,都可以自由的生成所有相關的建筑圖紙、文檔、圖表。平面圖、立面圖、剖面圖、3D 視圖甚至大樣圖,以及材料統計、面積計算、造價計算等等都從建筑模型中自動生成。不僅僅在于充分利用計算機的高速性和智能性,大大提高建筑設計的質量,還保證了圖紙的準確性,減少了錯誤,提高了工作效率,降低了工作強度。所有圖紙直接從模型中生成,所有的修改和變更都會自動反映到整個項目的全部文件中,實時更新。利用 BIM 技術,在虛擬建筑中工作,建筑師可以把大部分時間花在設計上,從繁重的繪圖工作中解放出來。
4.4協同工作
隨著建筑工程復雜性的不斷增加,學科的交叉與合作成為建筑設計的發展趨勢,這就需要協同設計。基于 BIM 技術,可以使建筑、結構、給排水、暖通空調、電氣等各專業在同一個模型基礎上進行工作。從而使設計信息得到及時更新和傳遞,提高建
筑設計的質量和效率,實現真正意義上的協同設計。此外,利用BIM技術,可以使分布在不同地理位置的不同專業的設計人員通過網絡的協同展開設計工作。協同設計是在建筑業環境發生深刻變化、建筑的傳統設計方式必須得到改變的背景下出現的,也是數字化建筑設計技術與快速發展的網絡技術相結合的產物。
5.BIM技術在建筑設計中的應用
由于以上強大優勢,BIM技術在建筑設計領域中得到了很好的應用,不只是充當畫圖的工具,而是已成為一種設計理念,為設計師想象力的發揮提供極大的空間。在建筑設計中,BIM 技術主要應用在以下方面:
1)場地分析:通過BIM結合地理信息系統(Geographic Information System,簡稱GIS),對場地及擬建的建筑物空間數據進行建模,幫助項目在規劃階段評估場地的使用條件和特點,從而做出新建項目最理想的場地規劃、交通流線組織關系、建筑布局等關鍵決策。
2)建筑策劃
BIM能夠幫助項目團隊在建筑規劃階段,通過對空間進行分析來理解復雜空間的標準和法規,從而節省時間,提供對團隊更多增值活動的可能。
3)方案論證
通過BIM來評估所設計的空間,可以獲得較高的互動效應,以便從使用者和業主處獲得積極的反饋。在BIM平臺下,項目各方關注的焦點問題比較容易得到直觀的展現并迅速達成共識,相應的需要決策的時間也會比以往減少。
4)可視化設計
BIM使得設計師不僅擁有了三維可視化的設計工具,所見即所得,使設計師能使用三維的思考方式來完成建筑設計,同時也使業主及最終用戶真正擺脫了技術壁壘的限制,隨時知道自己的投資能獲得什么。
5)協同設計
借助BIM的技術優勢,協同的范疇也從單純的設計階段擴展到建筑全生命周期,需要規劃、設計、施工、運營等各方的集體參與,因此具備了更廣泛的意義,從而帶來綜合效益的大幅提升。
6)性能化分析
利用BIM技術,將建筑師在設計過程中創建的虛擬建筑模型導入相關的性能化分析軟件,就可以得到相應的分析結果,可提高設計服務質量和工作效率。
6.結語
BIM技術在建筑設計中具有強大的優勢,也是未來建筑設計、施工與運營管理的必然發展趨勢,并且可應用于建筑全生命期管理,提高建筑行業規劃、設計、施工和運營的科學技術水平。本文僅作拋磚引玉,希望能和業內專家學者一起共同探討BIM技術在建筑設計中更為廣闊的應用和更好的發展。
參考文獻:
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