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BIM与相关技术方法(四) - BIM和参数化建模
        

前段时间,网友水绿如蓝问笔者能不能讲一讲BIM和参数化之间的关系,这篇博文算是一种回答,不知道是否能入法眼?同时需要说明的是,正是水绿如蓝网友的这个问题,让我萌发了写“BIM与相关技术方法”系列的想法,谨在此表示感谢!

现在书归正传。

参数化建模的英文是Parametric Modeling,我们从以下几个方面来看看BIM和参数化建模的关系。

一、什么不是参数化建模

•一般的CAD系统,确定图形元素尺寸和定位的是坐标,这不是参数化;

•为了提高绘图效率,在上述功能基础上可以定义规则来自动生成一些图形,例如复制、阵列、垂直、平行等,这也不是参数化。道理很简单,这样生成的两条垂直的线,其关系是不会被系统自动维护的,用户编辑其中的一条线,另外一条不会随之变化;

•在CAD系统基础上,开发对于特殊工程项目(例如水池)的参数化自动设计应用程序,用户只要输入几个参数(例如直径、高度等),程序就可以自动生成这个项目的所有施工图、材料表等,这还不是参数化。讲两点原因:其一,这个过程是单向的,生成的图形和表格已经完全没有智能(这个时候如果修改某个图形,其他相关的图形和表格不会自动更新);其二,这种程序对能处理的项目限制极其严格,也就是说,嵌入其中的专业知识极其有限。

•为了使通用的CAD系统更好地服务于某个行业或专业,定义和开发面向对象的图形实体(被称之为“智能对象”),然后在这些实体中存放非几何的专业信息(例如墙厚、墙高等),这些专业信息可用于后续的统计分析报表等工作,这仍然不是参数化。

理由如下:

  • 用户自己不能定义对象(例如一种新的门),这个工作必须通过API编程才能实现;

  • 用户不能定义对象之间的关系(例如把两个对象组装起来变成一个新的对象);

  • 非几何信息附着在图形实体(智能对象)上,几何信息和非几何信息本质上是分离的,因此需要专门的工作或工具来检查几何信息和非几何信息的一致性和同步,当模型大到一定程度以后,这个工作慢慢变成实际上的不可能。

二、什么是参数化建模

图形由坐标确定,这些坐标可以通过若干参数来确定。例如要确定一扇窗的位置,我们可以简单地输入窗户的定位坐标,也可以通过几个参数来定位:例如放在某段墙的中间、窗台高度900、内开,这样这扇窗在这个项目的生命周期中就跟这段墙发生了永恒的关系,除非被重新定义。而系统则把这种永恒的关系记录了下来。

参数化建模是用专业知识和规则(而不是几何规则,用几何规则确定的是一种图形生成方法,例如两个形体相交得到一个新的形体等)来确定几何参数和约束的一套建模方法,宏观层面我们可以总结出参数化建模的如下几个特点:

•参数化对象是有专业性或行业性的,例如门、窗、墙等,而不是纯粹的几何图元;(因此基于几何元素的CAD系统可以为所有行业所用,而参数化系统只能为某个专业或行业所用);

•这些参数化对象(在这里就是建筑对象)的参数是由行业知识(Dimain Knowledge)来驱动的,例如,门窗必须放在墙里面,钢筋必须放在混凝土里面,梁必须要有支撑等;

•行业知识表现为建筑对象的行为,即建筑对象对内部或外部刺激的反应,例如层高变化楼梯的踏步数量自动变化等;

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•参数化对象对行业知识广度和深度的反应模仿能力决定了参数化对象的智能化程度,也就是参数化建模系统的参数化程度。

微观层面,美国乔治亚理工学院的Ghang Lee等人认为参数化模型系统应该具备下列特点:

1.可以通过用户界面(而不是像传统CAD系统那样必须通过API编程接口)创建形体,以及对几何对象定义和附加参数关系和约束,创建的形体可以通过改变用户定义的参数值和参数关系进行处理;

2.用户可以在系统中对不同的参数化对象(例如一堵墙和一扇窗)之间施加约束;

3.对象中的参数是显式的,这样某个对象中的一个参数可以用来推导其他空间上相关的对象的参数;

4.施加的约束能够被系统自动维护(例如两墙相交,一墙移动时,另一墙体需自动缩短或增长以保持与之相交)。

5.应该是3D实体模型;

6.应该是同时基于对象和特征的。

三、BIM和参数化建模

BIM是一个创建和管理建筑信息的过程,而这个信息是可以互用和重复使用的。BIM系统应该具有以下几个特点:

•基于对象的

•使用三维实体几何造型

•具有基于专业知识的规则和程序

•使用一个集成和中央的数据仓库

   从理论上说,BIM和参数化并没有必然联系,不用参数化建模也可以实现BIM,但从系统实现的复杂性、操作的易用性、处理速度的可行性、软硬件技术的支持性等几个角度综合考虑,就目前的技术水平和能力来看,参数化建模是BIM得以真正成为生产力的不可或缺的基础。

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