BIM技术在体育馆项目中的探索研究
孙亚军
（北京北纬华元软件科技有限公司 ，北京，100070）
摘要：BIM全称为“建筑信息模型”(Building Information Modeling)，它颠覆了基于图纸和二维空间的传统设计思维模式，以创新性的三维建模技术将设计方案更加直观、更加全面地层示在设计者、建造者、经营者及决策者面前。基于BIM技术的应用以及借助计算机辅助设计(CAD)，使得一些复杂的造型设计变为现实。本文通过对某体育馆项目在初步设计中应用BIM技术的介绍，以Autodesk 公司的Revit软件作为信息化建筑模型建立的软件平台，探索BIM技术在体育馆项目中的应用。
Abstract: The BIM full named as Building Information Modeling. It has overthrowed the traditional designing pattern which based on the drawings and planar space ，and shows the blue print to the designer, builders , operator and decision maker more intuitionistic and roundly through the innovative three-dimensional molding technology. based on the application of BIM technology and computer-aided design (CAD) ，it makes a number of complex sculpting design into reality. Ground on the software platform molding by Revit software from Autodesk, this thesis aims to explore the application of BIM technology in the Gymnasium Project by the introduction on the BIM technology using in the preliminary design of some Gymnasium Project.
关键词：建筑信息化模型（BIM） Autodesk Revit 计算机辅助设计(CAD)
Keywords: Building Information Model (BIM) Autodesk Revit computer aided design (CAD)
众所周知，建筑是一种三维空间艺术。但长期以来，建筑师的设计受制于二维的绘图工具：绘图板、圆规、三角板和丁字尺。建筑师对三维空间、形式的想象力无论有多丰富，都必须将其设想转化为二维的图形信息──即绘制成建筑图纸，传递给建筑构件制造方和建筑施工方，最终建筑才能在三维世界中得以实施。今天，BIM技术为建筑师设计和建造动态、复杂的形式提供了空前强大的技术手段。
一 BIM介绍
信息化建筑模型（BIM）这个词在建筑设计中已经不再是一个陌生的概念了，建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是近两年来出现在建筑界中的一个新名词。其实，它是引领建筑业信息技术走向更高层次的一种新技术，它的全面应用，将为建筑业界的科技进步产生无可估量的影响，大大提高建筑工程的集成化程度。同时，也为建筑业的发展带来巨大的效益，使设计乃至整个工程的质量和效率显著提高，成本降低。
建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达。建筑信息模型是数字技术在建筑工程中的直接应用，以解决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，并为协同工作提供坚实的基础。
建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。
由于建筑信息模型需要支持建筑工程全生命周期的集成管理环境，因此建筑信息模型的结构是一个包含有数据模型和行为模型的复合结构。它除了包含与几何图形及数据有关的数据模型外，还包含与管理有关的行为模型，两相结合通过关联为数据赋予意义，因而可用于模拟真实世界的行为，例如模拟建筑的结构应力状况、围护结构的传热状况。当然，行为的模拟与信息的质量是密切相关的。
应用建筑信息模型，可以支持项目各种信息的连续应用及实时应用，这些信息质量高、可靠性强、集成程度高而且完全协调，大大提高设计乃至整个工程的质量和效率，显著降低成本。
应用建筑信息模型，马上可以得到的好处就是使建筑工程更快、更省、更精确，各工种配合得更好和减少了图纸的出错风险，而长远得到的好处已经超越了设计和施工的阶段，惠及将来的建筑物的运作、维护和设施管理。并导致可持续地节省费用。
目前建筑信息模型的概念已经在学术界和软件开发商中获得共识，其中Autodesk[①]公司的Revit软件作为引领潮流的建筑设计软件系统，就是应用了建筑信息模型技术开发的，可以支持建筑工程全生命周期的集成管理环境。
二 案例介绍
下面主要针对某体育馆项目，探讨一下针对造型较复杂建筑的解决方案。设计过程主要以Autodesk Revit软件作为信息化建筑模型（BIM）建立的软件平台，同时在工程中使用一些工业建模软件进行辅助造型设计。
图1
本项目是中国某省地区性体育馆，举办地方级、群众性运动会。建筑规模：座位数量约4000座（固定看台1500座、临时看台1500座、场地内可设置约1000座活动看台）。功能定位及内容：多功能地区性体育场馆，在满足地区性体育比赛的前提下，充分考虑了全民健身活动的要求，同时兼顾了文艺演出、集会、展览的可能。
图2
体育馆功能是以提供多种全民健身项目场地为目标的优化组合，可以适应篮球、排球、羽毛球、网球、乒乓球、手球、举重、拳击等多项运动的要求。合理设置辅助用房的规模和位置，为体育馆日常的多种经营、群众健身、休闲娱乐提供便利条件。考虑增加活动舞台，使其具备中小型文艺演出的功能。
健身馆首层游泳区（可局部设置临时看台）、水疗区、餐饮服务区，满足大众休闲娱乐的多方面需求；二层为球类运动、健身休闲区、会员住宿区；二层夹层为健身休闲区、会员住宿区并可局部设置酒吧、快餐等服务设施。
应该说本项目是一个很富有个性的建筑，独特的造型让该方案在众多的方案设计中胜出。建筑通过一片完整的巨型金属屋面将体育馆和健身馆覆盖其下，中间利用灰空间进行两馆的过渡与联系。可以说，这个巨型屋面既是本案的一个亮点，更是一个十分突出的难点;另外，本项目的一个特色就是外围护结构为大面积全玻璃幕墙系统，由于整个平面呈一个椭圆形而且上下两个椭圆虽然同中心，但长轴方向的长度并不相同；所以整个幕墙类似一个椭圆台，这对进行幕墙分隔带来了很多的不便。下面分别叙述在实际过程中解决这两个主要难题的一些心得，同大家探讨类似复杂建筑造型的BIM解决方案。
(一) 巨型金属屋面解决方案
初步设计期间，对屋面进行分解，找到了分模线的位置，因为像这种自由曲面的造型是不可能只有几个命令就能塑造出来的。通过分析，屋面其实是由两个扫略曲面和一个过渡曲面组合而成，下图为得到的屋面线轮廓（图3所示）：
图3
首先先利用工业建模软件进行造型，将建好的模型输出为sat1格式文件（图4所示）：
图4
在Revit三维建筑设计软件中，支持将从其他应用程序软件输出的sat[②]格式文件导入到Revit软件中来。首先创建一个体量族文件（图5所示），然后导入之前导出的屋面sat文件（图6所示）。
图5
图6
通过sat数据格式，很容易实现不同三维设计平台的对接。通过上面已创建的屋面体量族模型，接下来通过为巨型屋面添加幕墙系统并进行网格细分，最终得到满足要求的屋面（如图7、图8所示）。应用Revit这样一个BIM技术工具，设计师很容易将单一曲面模型的三维数字信息转化为具有建筑实体信息的模型。
图7
图8
(二) 馆外玻璃幕墙解决方案
由于两馆幕墙系统的特殊性，即上下不同椭圆截面的椭圆形台体。大的思路同屋面基本上类似，即首先通过一个体量作为幕墙整体的模型控制（图9、图10所示），然后利用Revit的面幕墙系统对体量进行分割；针对幕墙主体是一个变截面的椭圆台，因此给幕墙表面的分割带来困难，而且椭圆的形式对于柱网以及今后施工放线都不是很方便。而通过将椭圆分解成四段圆弧的方法解决了这一难题：这样在一组单体中就有了4个圆弧轴网，它们之间大小相等互相对称，这无疑对幕墙的分割带来了极大的便利。将每一组的圆弧面（共四组）进行等分后，计算机根据上下不同圆弧长度进行等分计算出竖梃的轴线位置，做出幕墙（图11所示）。
图9
图10
图11
而且通过Revit信息化模型的特点，幕墙分割大小以及幕墙横、竖梃形式都可以根据建筑造型的需要方便更改，这一点充分体现了BIM的强大与便捷。值得一提的是，在后来的深化设计中通过修改体量族的大小，幕墙系统也跟着实时更新，包括所有的平面图、剖面图、立面图等都完全跟着变更。可以说，设计师从始至终一直关注的是设计本身，图12所示为体育馆建筑模型实例。
图12
(三) 体育馆项目其他方面的一些解决方案
体育馆项目位于山地，原始场地地形极其复杂，这给设计小组带来了极大的不便；因此，数字化地表模型的建立更加显示其重要性。Civil 3D软件实现了设计小组所提的要求，通过已有的地表等高线快速的建立出直观的数字化地表模型。建筑师在讨论方案时更加的感性化，使方案设计更加合理。最终，通过对地形的仔细分析与推敲，完成场地及景观的设计。并且，在施工图阶段，数字化地表模型的使用更加突出，使竖向设计以及道路的设计更加方便快捷。
看台是体育建筑的特色，在比赛大厅占了很大的空间，所以必须要真实反映看台的具体形式。通过Revit的体量建模系统，进行看台、斜梁、及边梁的建模，将体量再转成建筑信息化模型，通过Revit直接生成剖面图，如此可以直观的进行看台下楼梯的设计，使其满足规范对净高的要求。
三 结束语
Revit软件在该体育馆项目中的成功应用，使设计师对建筑信息化模型的概念有了更加深刻的认识；本文提供的方法对于今后体育馆项目的三维设计，提供了一个很好的参考；相信借助三维设计软件功能的不断完善，BIM技术一定会给大家带来更大的便捷。
在本工程实践过程中，得到了北京市建筑设计研究院信息部、建筑师赵娜冬和潘辉、以及北京北纬华元软件科技有限公司技术经理秦军的大力支持，这里一并感谢。
参考文献
1. 朱涛 《计算推进建筑革命》《新地产》2004年第2期
2. http://www.autodesk.com.cn Autodesk中国官方网站
[①] Autodesk，Inc. 美国电脑软件公司，是二维、三维数字化设计软件的世界领导者。
[②]标准 ACIS 文本。ACIS 的文件格式，它是一种许多·CAD·应用程序都支持的实体建模技术。
