BIM技術在體育館項目中的探索研究
孫亞軍
（北京北緯華元軟件科技有限公司 ，北京，100070）
摘要：BIM全稱為“建筑信息模型”(Building Information Modeling)，它顛覆了基于圖紙和二維空間的傳統設計思維模式，以創新性的三維建模技術將設計方案更加直觀、更加全面地層示在設計者、建造者、經營者及決策者面前?；贐IM技術的應用以及借助計算機輔助設計(CAD)，使得一些復雜的造型設計變為現實。本文通過對某體育館項目在初步設計中應用BIM技術的介紹，以Autodesk 公司的Revit軟件作為信息化建筑模型建立的軟件平臺，探索BIM技術在體育館項目中的應用。
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.
關鍵詞：建筑信息化模型（BIM） Autodesk Revit 計算機輔助設計(CAD)
Keywords: Building Information Model (BIM) Autodesk Revit computer aided design (CAD)
眾所周知，建筑是一種三維空間藝術。但長期以來，建筑師的設計受制于二維的繪圖工具：繪圖板、圓規、三角板和丁字尺。建筑師對三維空間、形式的想象力無論有多豐富，都必須將其設想轉化為二維的圖形信息──即繪制成建筑圖紙，傳遞給建筑構件制造方和建筑施工方，最終建筑才能在三維世界中得以實施。今天，BIM技術為建筑師設計和建造動態、復雜的形式提供了空前強大的技術手段。
一 BIM介紹
信息化建筑模型（BIM）這個詞在建筑設計中已經不再是一個陌生的概念了，建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是近兩年來出現在建筑界中的一個新名詞。其實，它是引領建筑業信息技術走向更高層次的一種新技術，它的全面應用，將為建筑業界的科技進步產生無可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。同時，也為建筑業的發展帶來巨大的效益，使設計乃至整個工程的質量和效率顯著提高，成本降低。
建筑信息模型，是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，是對該工程項目相關信息的詳盡表達。建筑信息模型是數字技術在建筑工程中的直接應用，以解決建筑工程在軟件中的描述問題，使設計人員和工程技術人員能夠對各種建筑信息做出正確的應對，并為協同工作提供堅實的基礎。
建筑信息模型同時又是一種應用于設計、建造、管理的數字化方法，這種方法支持建筑工程的集成管理環境，可以使建筑工程在其整個進程中顯著提高效率和大量減少風險。
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環境，因此建筑信息模型的結構是一個包含有數據模型和行為模型的復合結構。它除了包含與幾何圖形及數據有關的數據模型外，還包含與管理有關的行為模型，兩相結合通過關聯為數據賦予意義，因而可用于模擬真實世界的行為，例如模擬建筑的結構應力狀況、圍護結構的傳熱狀況。當然，行為的模擬與信息的質量是密切相關的。
應用建筑信息模型，可以支持項目各種信息的連續應用及實時應用，這些信息質量高、可靠性強、集成程度高而且完全協調，大大提高設計乃至整個工程的質量和效率，顯著降低成本。
應用建筑信息模型，馬上可以得到的好處就是使建筑工程更快、更省、更精確，各工種配合得更好和減少了圖紙的出錯風險，而長遠得到的好處已經超越了設計和施工的階段，惠及將來的建筑物的運作、維護和設施管理。并導致可持續地節省費用。
目前建筑信息模型的概念已經在學術界和軟件開發商中獲得共識，其中Autodesk[①]公司的Revit軟件作為引領潮流的建筑設計軟件系統，就是應用了建筑信息模型技術開發的，可以支持建筑工程全生命周期的集成管理環境。
二 案例介紹
下面主要針對某體育館項目，探討一下針對造型較復雜建筑的解決方案。設計過程主要以Autodesk Revit軟件作為信息化建筑模型（BIM）建立的軟件平臺，同時在工程中使用一些工業建模軟件進行輔助造型設計。
圖1
本項目是中國某省地區性體育館，舉辦地方級、群眾性運動會。建筑規模：座位數量約4000座（固定看臺1500座、臨時看臺1500座、場地內可設置約1000座活動看臺）。功能定位及內容：多功能地區性體育場館，在滿足地區性體育比賽的前提下，充分考慮了全民健身活動的要求，同時兼顧了文藝演出、集會、展覽的可能。
圖2
體育館功能是以提供多種全民健身項目場地為目標的優化組合，可以適應籃球、排球、羽毛球、網球、乒乓球、手球、舉重、拳擊等多項運動的要求。合理設置輔助用房的規模和位置，為體育館日常的多種經營、群眾健身、休閑娛樂提供便利條件?？紤]增加活動舞臺，使其具備中小型文藝演出的功能。
健身館首層游泳區（可局部設置臨時看臺）、水療區、餐飲服務區，滿足大眾休閑娛樂的多方面需求；二層為球類運動、健身休閑區、會員住宿區；二層夾層為健身休閑區、會員住宿區并可局部設置酒吧、快餐等服務設施。
應該說本項目是一個很富有個性的建筑，獨特的造型讓該方案在眾多的方案設計中勝出。建筑通過一片完整的巨型金屬屋面將體育館和健身館覆蓋其下，中間利用灰空間進行兩館的過渡與聯系?？梢哉f，這個巨型屋面既是本案的一個亮點，更是一個十分突出的難點;另外，本項目的一個特色就是外圍護結構為大面積全玻璃幕墻系統，由于整個平面呈一個橢圓形而且上下兩個橢圓雖然同中心，但長軸方向的長度并不相同；所以整個幕墻類似一個橢圓臺，這對進行幕墻分隔帶來了很多的不便。下面分別敘述在實際過程中解決這兩個主要難題的一些心得，同大家探討類似復雜建筑造型的BIM解決方案。
(一) 巨型金屬屋面解決方案
初步設計期間，對屋面進行分解，找到了分模線的位置，因為像這種自由曲面的造型是不可能只有幾個命令就能塑造出來的。通過分析，屋面其實是由兩個掃略曲面和一個過渡曲面組合而成，下圖為得到的屋面線輪廓（圖3所示）：
圖3
首先先利用工業建模軟件進行造型，將建好的模型輸出為sat1格式文件（圖4所示）：
圖4
在Revit三維建筑設計軟件中，支持將從其他應用程序軟件輸出的sat[②]格式文件導入到Revit軟件中來。首先創建一個體量族文件（圖5所示），然后導入之前導出的屋面sat文件（圖6所示）。
圖5
圖6
通過sat數據格式，很容易實現不同三維設計平臺的對接。通過上面已創建的屋面體量族模型，接下來通過為巨型屋面添加幕墻系統并進行網格細分，最終得到滿足要求的屋面（如圖7、圖8所示）。應用Revit這樣一個BIM技術工具，設計師很容易將單一曲面模型的三維數字信息轉化為具有建筑實體信息的模型。
圖7
圖8
(二) 館外玻璃幕墻解決方案
由于兩館幕墻系統的特殊性，即上下不同橢圓截面的橢圓形臺體。大的思路同屋面基本上類似，即首先通過一個體量作為幕墻整體的模型控制（圖9、圖10所示），然后利用Revit的面幕墻系統對體量進行分割；針對幕墻主體是一個變截面的橢圓臺，因此給幕墻表面的分割帶來困難，而且橢圓的形式對于柱網以及今后施工放線都不是很方便。而通過將橢圓分解成四段圓弧的方法解決了這一難題：這樣在一組單體中就有了4個圓弧軸網，它們之間大小相等互相對稱，這無疑對幕墻的分割帶來了極大的便利。將每一組的圓弧面（共四組）進行等分后，計算機根據上下不同圓弧長度進行等分計算出豎梃的軸線位置，做出幕墻（圖11所示）。
圖9
圖10
圖11
而且通過Revit信息化模型的特點，幕墻分割大小以及幕墻橫、豎梃形式都可以根據建筑造型的需要方便更改，這一點充分體現了BIM的強大與便捷。值得一提的是，在后來的深化設計中通過修改體量族的大小，幕墻系統也跟著實時更新，包括所有的平面圖、剖面圖、立面圖等都完全跟著變更?？梢哉f，設計師從始至終一直關注的是設計本身，圖12所示為體育館建筑模型實例。
圖12
(三) 體育館項目其他方面的一些解決方案
體育館項目位于山地，原始場地地形極其復雜，這給設計小組帶來了極大的不便；因此，數字化地表模型的建立更加顯示其重要性。Civil 3D軟件實現了設計小組所提的要求，通過已有的地表等高線快速的建立出直觀的數字化地表模型。建筑師在討論方案時更加的感性化，使方案設計更加合理。最終，通過對地形的仔細分析與推敲，完成場地及景觀的設計。并且，在施工圖階段，數字化地表模型的使用更加突出，使豎向設計以及道路的設計更加方便快捷。
看臺是體育建筑的特色，在比賽大廳占了很大的空間，所以必須要真實反映看臺的具體形式。通過Revit的體量建模系統，進行看臺、斜梁、及邊梁的建模，將體量再轉成建筑信息化模型，通過Revit直接生成剖面圖，如此可以直觀的進行看臺下樓梯的設計，使其滿足規范對凈高的要求。
三 結束語
Revit軟件在該體育館項目中的成功應用，使設計師對建筑信息化模型的概念有了更加深刻的認識；本文提供的方法對于今后體育館項目的三維設計，提供了一個很好的參考；相信借助三維設計軟件功能的不斷完善，BIM技術一定會給大家帶來更大的便捷。
在本工程實踐過程中，得到了北京市建筑設計研究院信息部、建筑師趙娜冬和潘輝、以及北京北緯華元軟件科技有限公司技術經理秦軍的大力支持，這里一并感謝。
參考文獻
1. 朱濤 《計算推進建筑革命》《新地產》2004年第2期
2. http://www.autodesk.com.cn Autodesk中國官方網站
[①] Autodesk，Inc. 美國電腦軟件公司，是二維、三維數字化設計軟件的世界領導者。
[②]標準 ACIS 文本。ACIS 的文件格式，它是一種許多·CAD·應用程序都支持的實體建模技術。
