一种基于BIM流程的建筑设计方法

394一种基于BIM流程的建筑设计方法：鄂尔多斯动物园恐龙馆建筑、室内和景观设计AWAyofArchitecturAlDesignontheBAsisofBiM:Architecture,interiorAnDlAnDscApeDesignofDinosAurexhiBitioncenterinorDosZoo崔山张斌陈建辉/CuiShan,ZhangBin,ChenJianhui摘要：鄂尔多斯动物园恐龙展览馆建筑形式的灵感来源于当地的特殊地貌景观、恐龙的生存文化历史、以及现代的建筑技术条件的提示。以不规则随机空间形式的恐龙馆建筑实施方案与鄂尔多斯地质变迁的环境形成“同构体”（isomorph）。恐龙馆建筑设计和实施过程中准确实现随机复杂的空间造型，得益于三维建筑信息模型（BIM）的应用。在恐龙馆的结构形态、幕墙设计、景观设计和室内设计上，均使用犀牛软件（Rhino）及其相关插件程序操作。依托Rhino平台对复杂建筑构件进行有理化细分，在较短的有限时间内配合生成千余张幕墙施工图。由于基于保角映射的正投影三视图不能拓扑地描述实际的空间尺寸范围，我们不得不把这种基于BIM流程的设计方法当作一种恰当的途径，从而相对圆满地解决了建筑设计和实施过程中的三维定位及造型量化问题。关键词：BIM　Rhino　建筑设计方法　恐龙馆　同构　复杂随机Abstract:TheinspirationforthearchitecturalshapeoftheDinosaurExhibitionCenterinOrdosZoocomesfromthecharacteristiclocallandscape,thedinosaurlivingconditions,andadvancedmoderntechnology.TheconceptfortheDinosaurExhibitionCenterwith1395项目概述2009年秋，中国农业大学建筑设计院（北京东方畅想建筑设计有限公司）承担鄂尔多斯动物园恐龙展览馆建筑、室内和景观设计。该展馆用地1hm2，建筑面积5300m2，为寓教于乐的场所。鄂尔多斯动物园方圆9km2内，除了零星几栋民房以外，其余皆为荒芜之地（图1、2）。恐龙馆计划高度20余米，长度100余米，如果处理不当，那么在空旷的场地上将显得格外的突兀，势必割断动物园原始连续的自然景观。设计师的任务是通过简单的规则，创造出复杂的和适应性的产物——建筑及其景观。我们致力于建筑局部与动物园景观各片段之间的有机联系与共生。恐龙馆以开放空间的同构化设计，保证作为个体不至于破坏动物园的整体性和连续性。物质形态的连续源于动物园内的地面、洪沟、绿地等界面与山体、植被、建筑等形体的连续设置。专案组的建筑师、室内设计师、景观设计师和恐龙展示管理专家、恐龙展示设计制作师一起研究景观环境、单体建筑和室内展示方案，通过多方案比较，确定以不规则随机空间形式作为实施建筑方案。这一形式与鄂尔多斯地质变迁的环境形成“同构体”（isomorph）。为了恐龙馆复杂随机空间和形体苛求三维信息的准确表达，在结构形态、幕墙设计、景观设计和室内设计上，我们选择了犀牛软件（Rhino）及其插件程序运算的设计方法。这种基于建筑信息模型（BIM）流程的建筑设计，解决了用普通三视图方法难以解决的三维定位及诸多造型量化的问题。同构思想促生恐龙馆的复杂随机形1.自然复杂随机古生物学家在内蒙古鄂尔多斯市境内多次发现大片恐龙足迹遗迹，恐龙漫长而丰富的历史，以及大多数恐龙那强悍的运动型体态，无不激发当今的人们去想象与认同体块感所构成的自由造型。历经两亿年之久的恐龙世界展示了它的繁复多样21动物园恐龙馆区位图SitelocationoftheDinosaurExhibitionCenterinOrdosZoo2恐龙馆选址（摄影崔山）LocationoftheDinosaurExhibitionCenter(PhotobyCuiShan)complexandrandomspaceisakindofisomorphswithitsfollowingthegeologyanditssurfaceappearanceinOrdos.TogetabetterunderstandingforthespecialrelationsweusetheBuildingInformationModeling(BIM),itinsurestheaccuraterealizingofthespacebeingdesignedandconstructed.WeuseRhinoanditsrelatedsoftwareforcalculationandconstructionaldrawings,curtainwall,interiorandlandscapedesign.Afterhavingrationalizedcomplexstructureofthebuilding,wemademorethanonethousandpiecesofblueprintsofcurtainwallconstructionwithinveryshortandlimitedtime.Aconformalmappingwouldnotdepicttheactualdimensionssotopologically,wehadtoshifttoBIMasanappropriatemethodfordesignandconstruction.Keywords:BIM;Rhino;wayofarchitecturaldesign;dinosaurexhibitioncenter;isomorphic;complexandrandom中图分类号：TU17文献标识码：A文章编号：1004-8537（2012）08/09-0394-14396性，人类是已知宇宙中最复杂的生物体，与恐龙类存在着多元的公共领域。恐龙馆设计力求抓住这个领域，在形式上建立起人与恐龙的同构（isomorphic）关系。鄂尔多斯自然条件尤其是地貌复杂多样，境内丘陵沟壑、坡状高原、素沙和草原等地质齐全，自然景观异彩纷呈，地形地貌绚丽多姿，复杂多样。恐龙馆建筑外观单元的不相等形，寓意复杂随机多样（图3、4）。2.展示复杂多样恐龙馆的主要服务对象是小学生及其家长。在传统恐龙公园的概念上，融入现代青少年科学中心的多种方法和手段——作为一种全方位立体展示的服务性文化产品，力争在突出娱乐性的同时,使其具备科学的品格、教育的品质和艺术的品位，使展示空间真正变成寓教于乐的、宣传最基本的科学文明的熏陶场所。恐龙馆的设计宗旨不仅停留在普及专项学科知识上，也涉及科学的方法与过程和科技对人类社会的全面影响，更关注潜移默化地从好奇心培养入手，通过建筑设计、室内设计和展示设计手段，全面提升观众的科学和人文的综合素质。建筑方案首先遵循恐龙展示内容的线索，一切以功能为前提开展室内外建筑造型设计。在实物标本或模型选取和基本科学概念选例时，突出内蒙古地区的地域特色。通过深入鄂尔多斯市鄂托克恐龙发掘现场，索取地质地貌形象资料，试图在恐龙馆建筑上再现土质断层、被时间磨砺过的大地原貌，使建筑本身就是一件不亚于完整恐龙化石的珍品。恐龙馆室内建筑空间对应展示内容，由背景、主题和延伸三部分构成。建筑室内展示设计主要营造内蒙古恐龙文化特色，高科技融合之3D数字时空漫游、背景和延伸性教育的内容设计。背景展示内容以机械传动穿越时空的四维动态数字呈现给观众。主题展示围绕恐龙展开，多角度认知恐龙，展品分布于建筑的各个楼层，观看透视呈数个方向灭点的变化。建筑室内空间虚实开合，多维穿插，复杂随机。延伸内容展示主要通过数字化手段，布置于垂直交通空间和游客服务中心，进一步增加竖向空间的复杂效果。3.空间随机变幻恐龙馆所营造的空间属于典型的民用建筑公共空间，它要满足多种类型的使用需求和共同的审美需求。体现在结构和围护面上，它是开放、多义和复杂的。在功能方面，追求恐龙馆的公共空间艺术形态和功能的复杂与丰富，使动物园景观空间与恐龙馆建筑空间融合成一体。在形态方面，恐龙馆的内部空间与动物园的自然山体空间的构成要素相连，使恐龙馆之内外观具有连续性质的界面和形体，形成动物园核心空间的骨骼与性格。恐龙馆建筑公共空间的主要功能是为人们活动创造场所，参观者的互动又强化了场所感。由于参观流线而形成随机连续性空间构成，使人们的运动出现延伸、婉转和停顿。恐龙馆的主入口处为交通转换空间，与动物园室外空间发生重叠、交叉、渗透，模糊了建筑室内外界限，建筑外立面与广场相互映射，室内外空间相互转化。34397103鄂托克恐龙发掘现场地貌（摄影崔山）LandformofthedinosaurdiggingsiteinEtuoke(PhotobyCuiShan)4鄂托克恐龙脚印（摄影崔山）DinosaurfootprintinEtuoke(PhotobyCuiShan)5~10恐龙馆外景（摄影崔山）ExteriorofDinosaurExhibitionCenter(PhotobyCuiShan)59786恐龙馆的建筑界面伴随建筑空间存在于同一时空，支撑结构分离于维护结构，使恐龙馆建筑界面丰富自如。恐龙馆的室内外的底界面、顶界面和侧界面属于连续性设计，形成了恐龙馆建筑界面与动物园原始景观空间的同构，恐龙馆建筑自身空间界面的同构。恐龙馆是动物园公共空间职能里比较重要的实体支撑，它应该具备动物园的空间尺度。恐龙馆以三角形为主的建筑底界面、顶界面、侧界面与动物园山体形成了有机的同构关系，柔性界面的建筑成为广场和园景山形的延伸。设计中注意建筑自身39811131239914151611基因运算器Genecalculator12随机值Randomvalue13立面算式Facadeformula14幕墙生成Curtainwallgeneration15运算生成的建筑立面lElevationgeneratedbycalculation,116运算生成的建筑立面2Elevationgeneratedbycalculation,2一体化的同构处理，不仅底、顶、侧界面形式一体，室内复合墙、吊顶、坡道栏杆、展示背景皆呈现连续性、非线性、一体性、复杂性和随机性特征（图5〜10）。恐龙馆建筑内外复杂随机形的转译亿万年地质变迁的复杂性不言而喻，我们在建筑、室内以及景观设计中试图表达这种复杂性。那些无以言表的复杂性过程、复杂性科学以及非线性科学的发展，揭示了对过程的近似描述。混沌与分型问题是最直接的证明。如果将地球系统、人类社会及建筑看作为复杂系统的各个层级下的子复杂系统（事实上亦是如此），系统中混沌的存在使得复杂系统的可预测性变得困难甚至是不可能的，我们所能呈现出的答案其实仅能作为一个伪随机的结果。伪随机即逻辑斯蒂映射（logisticmap）与量子力学一起，摧毁了19世纪以来的乐观心态——认为牛顿式宇宙模型就像钟表一样沿着可预测的路径运行。逻辑斯蒂映射在现代计算机中有许多应用来生成伪随机数（pseudorandomnumbers）,为我们利用计算机软件表达设计意图提供了便捷的手段。1.方案设计前期在进行建筑、室内与景观设计之前，对场地信息与建筑信息的整理显得尤为重要。对设计软件的选择主要考虑到软件的可操作性与协同性。在恐龙馆设计过程中表达“随机性”这一意图一直作为我们设计的出发点，以传统的计算机辅助建模方式显然已经难以满足我们对随机性的设计要求。运用Rhino插件Grasshopper的编程功能配合Rhino自身的建模功能为前期的方案设计提供了巨大的帮助。立面构件依附于建筑结构设计，依据结构图纸的结构模型的建立有助于设计的进一步深化。在Rhino中导入AutoCAD的结构专业图纸，将导入的各层平面图纸在各层标高处对齐，在竖向上连接即得到柱中线。运用Grasshopper编写结构生成逻辑算法，在Rhino中选取梁柱轴线批量生成建筑结构梁、板、柱等三维可视化模型。2.方案设计过程恐龙馆建筑、室内与景观设计过程，