一、前言
我們以前用CAD畫圖是計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)(computer-Aided Architectural Design,CAAD)，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer-Aided Design，CAD)的重要分支。1960年代起，CAAD在信息領(lǐng)域不斷發(fā)展創(chuàng)新，最開始的復(fù)雜計(jì)算、二維制圖、以及參數(shù)化設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)應(yīng)用、以及有限元分析受力、到有限元熱工分析、以及最新的建筑BIM全生命周期，基本上都是顛覆式的革命。科技改變了生產(chǎn)形式，改變了人為單位的項(xiàng)目構(gòu)架形式。
與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合已從“輔助設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)向三維參數(shù)化設(shè)計(jì)了，我們現(xiàn)在所應(yīng)用的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件主流是rhino+grasshoper以及revit 以及 catia，以及現(xiàn)在幕墻專用的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件athena。
二、三維參數(shù)化設(shè)計(jì)是什么：
我們要了解三位參數(shù)化設(shè)計(jì)首先得了解bim：
BIM-首先是信息化模型，在建筑信息模型(BIM)過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供信息和關(guān)于共享數(shù)字空間中建議的建造資產(chǎn)的數(shù)據(jù)，稱為公共數(shù)據(jù)。提供的數(shù)字信息可以包括規(guī)格、時(shí)間表、性能要求、計(jì)劃、成本計(jì)劃等當(dāng)然還有一些圖紙。然后將它門組合成一個(gè)3D模型，以檢查它們是否在協(xié)調(diào)之前與更廣泛的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)分享。我們之前提供的信息(非圖形信息)鏈接到圖形3D模型。當(dāng)你探索并單擊3D表示的不同部分時(shí)，你將能訪問有關(guān)它的信息。例如：點(diǎn)擊門可能為您提供有關(guān)相關(guān)其建造商、成本、性能水平、交付時(shí)間和時(shí)間信息。這個(gè)事物被稱為信息模型。所以等您聽到人們說建筑時(shí)，信息模型或BIM模型-這就是他們的意思了。
三維參數(shù)化設(shè)計(jì)是通過三維建模手段，和相關(guān)計(jì)算軟件，碰撞分析，施工模擬等輔助設(shè)計(jì)師，達(dá)到快速簡便直觀的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。并同時(shí)完成其三維模型以及二維圖紙出圖以及其他下料工作，是一站式的解決設(shè)計(jì)、計(jì)算、下料、對接生產(chǎn)的技術(shù)形式，同時(shí)生成bim模型，其可以達(dá)到無紙化操作。
三、三維參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟：
第一步建筑幕墻參數(shù)化設(shè)計(jì)
首先，我們需要，從設(shè)計(jì)師那拿到模型資料以及二維圖紙。
第二步，我們需要選擇適合的節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)圖（詞條“節(jié)點(diǎn)圖”由行業(yè)大百科提供）。
第三步，依照材質(zhì)和設(shè)計(jì)師要求，以及材質(zhì)和縫隙結(jié)構(gòu)形式，和形狀進(jìn)行表皮三維分格，并且優(yōu)化。
第四步，依照節(jié)點(diǎn)圖確定桿件以及連接方式以及加強(qiáng)肋等細(xì)部事項(xiàng)，將模型或參數(shù)導(dǎo)入結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行受力分析。來確定最終節(jié)點(diǎn)圖。以及模型完成結(jié)構(gòu)。
第五步，完成模型。
第六步，依照模型，出建筑圖，如若進(jìn)行展板，出下料圖以及下料單。
四、三位參數(shù)化設(shè)計(jì)深度
BIM模型在不斷階段的發(fā)展以及該階段構(gòu)件所應(yīng)該包含的信息定義為五個(gè)級別，分別為LOD100、LOD200、LOD300、LOD400和LOD500。
LOD100：一般為規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)階段。包含建筑項(xiàng)目基本的體量信息(例如長、寬、高、體積、位置等)。可以幫助項(xiàng)目參與方尤其是設(shè)計(jì)與業(yè)主方進(jìn)行總體分析(如容量、建設(shè)方向、每單位面積的成本等)。
LOD200：也是在設(shè)計(jì)階段。一般為設(shè)計(jì)開發(fā)及初步設(shè)計(jì)上。包括建筑物近似的數(shù)量、大小、形狀、位置和方向。同時(shí)還可以進(jìn)行一般性能化的分析。
LOD300：一般為細(xì)部設(shè)計(jì)。這里建立的BIM模型構(gòu)件中包含了精確數(shù)據(jù)(例如尺寸、位置、方向等信息)。可以進(jìn)行較為詳細(xì)的分析及模擬(例如碰撞檢查、施工模擬等)。補(bǔ)充一下，我們常說的LOD350的概念，就是在LOD300基礎(chǔ)之上再加上建筑系統(tǒng)(或組件)間組裝所需之接口(interfaces)信息細(xì)節(jié)。
LOD400：一般為施工及加工制造、組裝。BIM模型包含了完整制造、組裝、細(xì)部施工所需的信息。
LOD500：一般為竣工后的模型。包含了建筑項(xiàng)目在竣工后的數(shù)據(jù)信息，包括實(shí)際尺寸、數(shù)量、位置、方向等。該模型可以直接交給運(yùn)維方作為運(yùn)營維護(hù)的依據(jù)。
五、常用的三維設(shè)計(jì)軟件優(yōu)略。
下面是現(xiàn)在最流行的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件：
1、rhino+grasshoper
很多人都不知道grasshoper是什么，但應(yīng)該很了解rhino。Rhino是異形設(shè)計(jì)軟件，有它的優(yōu)勢以及缺點(diǎn)。首先rhino是基于參得的實(shí)現(xiàn)rhino設(shè)計(jì)，雖然GH(grasshoper簡稱)號稱自己是圖形化編程，你在使用的時(shí)候其實(shí)就是在編程了，只不過你只能做簡單的事情，而且效率會(huì)很低。比如循環(huán)，迭代，遞歸等等算法，使用起來非常不方便，這個(gè)時(shí)候你就用到代碼了。
如下可以看到一個(gè)簡單的GH編程的邏輯關(guān)系。
優(yōu)點(diǎn)：能夠快速建立異形曲面模型，適用于前期方案探討。LOD300之前的建筑外表皮優(yōu)化。
缺點(diǎn)：第一點(diǎn)，從建模上來講，rhino要實(shí)現(xiàn)整個(gè)大樓從頭到腳到細(xì)部的螺絲釘也就是LOD400-LOD500是龐大而不現(xiàn)實(shí)的。
第二點(diǎn)，rhino不像revit和catia和athena有詳盡的建筑生產(chǎn)信息，只能作為一個(gè)3d模型制作，而作為三維參數(shù)化設(shè)計(jì)bim模型來講，信息量是不充分的。就更不用說出圖了。
第三點(diǎn)，rhino制作復(fù)雜的曲面，分格拆板時(shí)，并不如catia有鈑金展開的模塊。可以輸入金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）延展率直接出圖。
第四點(diǎn)，rhino也不能自動(dòng)精細(xì)化下料，畢竟rhino只是一個(gè)建模軟件而已，相關(guān)于很多bim功能是沒有的。
2、Catia
catia是美國達(dá)索公司出品的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，適用于機(jī)械加工、飛機(jī)制造、建筑等多個(gè)領(lǐng)域。Catia不同于rhino，是以零件為單位組成的一個(gè)龐大模型結(jié)構(gòu)。可以建模，出圖并且可以和數(shù)控機(jī)床鏈接。其缺點(diǎn)就是上手比較難，制作模型相對復(fù)雜。所以從建模上來講，catia要實(shí)現(xiàn)整個(gè)大樓從頭到腳到細(xì)部的螺絲釘是龐大而復(fù)雜的。也不能一鍵自動(dòng)下料。
3、Revit
Autodesk Revit是上述三個(gè)產(chǎn)品中，操作最為簡單的一個(gè)產(chǎn)品。其產(chǎn)品線也是最為全面的。Autodesk Navisworks可以實(shí)現(xiàn)模型展示以及施工預(yù)演。也是廣受市場認(rèn)可的一個(gè)產(chǎn)品。但是它的局限性在于不適用于曲面設(shè)計(jì)。也不能自動(dòng)精細(xì)化出下料單。出來的清單只能統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)。
Revit出圖：
4、Athena
Athena是德國卡普蘭公司出品的建筑幕墻設(shè)計(jì)軟件。
模型庫強(qiáng)大：擁有十萬個(gè)幕墻產(chǎn)品相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件庫。
打通產(chǎn)業(yè)鏈：擁有一鍵自動(dòng)出下料清單，精細(xì)到每個(gè)桿件切割的每一刀的細(xì)致截面以及銑孔設(shè)置，下料圖自動(dòng)生成。可以導(dǎo)入自動(dòng)化機(jī)床（詞條“機(jī)床”由行業(yè)大百科提供），直接生產(chǎn)。是打通了整條產(chǎn)業(yè)鏈的bim幕墻設(shè)計(jì)生產(chǎn)軟件。模型可以在直接聯(lián)通數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)化生產(chǎn)，無紙化操作。耶魯?shù)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>設(shè)備可以直接導(dǎo)入，數(shù)控機(jī)床則需要導(dǎo)出成sat格式，而被數(shù)控機(jī)床識(shí)別。并且聯(lián)通了企業(yè)erp系統(tǒng)。
Athena的鈑金加工也是數(shù)一數(shù)二的，可以考慮到折彎（詞條“折彎”由行業(yè)大百科提供）工藝，進(jìn)行自動(dòng)展板，出來的展板圖準(zhǔn)確有效。
還集成有結(jié)構(gòu)計(jì)算、型材的靜力計(jì)算，玻璃等板材的撓度計(jì)算，熱工計(jì)算，噪音計(jì)算，以及二維畫圖輔助功能，以及二維三維一鍵互換功能。并且和autodesk合作，可以一鍵導(dǎo)入revit實(shí)現(xiàn)零損失的信息調(diào)用。
六、案例分享
1、中國尊金屬屋面工程(LOD500)
這個(gè)工程江河委托我們設(shè)計(jì)，輔助康盛偉業(yè)進(jìn)行加工制造。使用了最先進(jìn)的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)行下料展板。這是我通過catia操作的。
以下是工程量：
首先，剛拿到圖紙。先不著急建整個(gè)模型。我們先建立單個(gè)單元體，對其中的安裝的合理性，以及制作的難度進(jìn)行把控。細(xì)化圖紙，并且根據(jù)單個(gè)單元體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（詞條“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”由行業(yè)大百科提供）其加強(qiáng)肋，每個(gè)分板面的背面加強(qiáng)肋，然后設(shè)計(jì)龍骨。然后開會(huì)探討其施工圖工藝，哪里是焊接，哪里用螺釘錨固。由于其板塊全是密拼，所以難度相當(dāng)?shù)拇蟆６胰S扭曲結(jié)構(gòu)，安裝工藝也相當(dāng)精準(zhǔn)才能保證施工質(zhì)量。
經(jīng)過了長期艱苦的工作做了好幾十個(gè)版本的模型，設(shè)計(jì)出了最終版本的節(jié)點(diǎn)，并且工廠做出了成品樣板。
然后就是大批量的模型建立。我們首先先建立出一個(gè)理想中的模型。但是由于土建施工誤差非常大已經(jīng)突破了我們節(jié)點(diǎn)中給予土建誤差量，所以必須測量出土建誤差范圍才能講模型精準(zhǔn)的安裝上去。這是我們需要的儀器，其他卷尺就不寫明了。需要測出所有突破理想模型的位置，然后核準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)，根據(jù)生產(chǎn)情況做釋放的放量。
由于工期緊任務(wù)重，土建完成一點(diǎn)，我們根據(jù)其中的尺寸調(diào)整。隨著土建的完成，我們的模型最終完成了。然后就是大批量的面材下料，面材展板由于折彎有延展量，以及折彎工藝需要對圖紙?jiān)傩薷摹D紙數(shù)量達(dá)到6000多張，龍骨圖紙更多。這就是相當(dāng)大的工作量。由于catia不能對接工程的型材切割的數(shù)控機(jī)床，所以仍然需要圖紙進(jìn)行修改施工，最后完成甲方要求。
2、athena設(shè)計(jì)分享。
設(shè)計(jì)：Athena可以自動(dòng)化設(shè)計(jì)幕墻三維二維模型。通過輸入相關(guān)參數(shù)可以得到一個(gè)大致的分格圖，也可以導(dǎo)入自己的幕墻分格圖。可以選擇分格變成門或者窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）。
可以選擇庫內(nèi)型材，或者自定義型材，蓋板，立柱螺栓等。最后附加到型材而變成一個(gè)三維型材版面。選擇玻璃版面附加到分格的版面上形成玻璃。并選擇門和窗的樣式以及型材和玻璃樣式，最后成為一個(gè)整體。非常簡單，容易。出來的既可以是三維形體也可以二維圖紙(平、立、剖)。
分享：如果需要分享給revit，做后期施工預(yù)演或者上平臺(tái)。內(nèi)部有端口可以無縫轉(zhuǎn)給revit。不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。也可以單獨(dú)把模型轉(zhuǎn)換到revit族里面。同時(shí)完成了所有的相關(guān)此族的工作。同時(shí)通過內(nèi)部erp轉(zhuǎn)換接口，直接上報(bào)到總部，集團(tuán)方面就可以立即看到相關(guān)數(shù)據(jù)。
在雅典娜的設(shè)計(jì)過程中，ERPlus用戶現(xiàn)在可以在選擇ATHENA部件時(shí)(例如)b.規(guī)范部分)在ERPlus物料數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行物料項(xiàng)目，并承擔(dān)物品編號。這樣，數(shù)據(jù)存量就會(huì)被核對，在雅典娜和ER普勒斯總是處于相同的水平。
出圖：自動(dòng)化出圖，下料圖，下料單。點(diǎn)擊后自動(dòng)列出，切割端頭以及方向都在excel表格中明確標(biāo)識(shí)。
下料：數(shù)控機(jī)床相關(guān)耶魯elucad以及兼容nwc的設(shè)備。Sat文件格式對接其他普通數(shù)控機(jī)床設(shè)備。達(dá)到無紙化操作辦公。不會(huì)出幾千張，上萬張圖紙用卡車?yán)皆O(shè)計(jì)院審圖的窘境。
整個(gè)軟件是針對于幕墻設(shè)計(jì)的相關(guān)的軟件。
