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一、前言
我們以前用CAD（詞條“CAD”由行業(yè)大百科提供）畫圖是計算機輔助建筑設(shè)計(computer-Aided Architectural Design,CAAD)，是計算機輔助設(shè)計(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)雜計算、二維制圖、以及參數(shù)化設(shè)計、三維設(shè)計應(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目構(gòu)架形式。
與此同時，計算機與建筑設(shè)計結(jié)合已從“輔助設(shè)計”轉(zhuǎn)向三維參數(shù)化設(shè)計了，我們現(xiàn)在所應(yīng)用的三維參數(shù)化設(shè)計軟件主流是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)計軟件athena。
二、三維參數(shù)化設(shè)計是什么：
我們要了解三位參數(shù)化設(shè)計首先得了解bim：
BIM-首先是信息化模型，在建筑信息模型(BIM)過程中，項目團隊提供信息和關(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、時間表、性能要求、計劃、成本計劃等當(dāng)然還有一些圖紙。然后將它門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）組合成一個3D模型，以檢查它們是否在協(xié)調(diào)之前與更廣泛的項目團隊分享。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，你將能訪問有關(guān)它的信息。例如：點擊門可能為您提供有關(guān)相關(guān)其建造商、成本、性能水平、交付時間和時間信息。這個事物被稱為信息模型。所以等您聽到人們說建筑時，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)計是通過三維建模手段，和相關(guān)計算軟件，碰撞分析，施工模擬等輔助設(shè)計師，達到快速簡便直觀的設(shè)計師設(shè)計節(jié)點結(jié)構(gòu)。并同時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、計算、下料、對接生產(chǎn)的技術(shù)形式，同時生成bim模型，其可以達到無紙化操作。
三、三維參數(shù)化設(shè)計步驟：
第一步建筑幕墻參數(shù)化設(shè)計
首先，我們需要，從設(shè)計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，設(shè)計節(jié)點圖。
第三步，依照材質(zhì)和設(shè)計師要求，以及材質(zhì)和縫隙結(jié)構(gòu)形式，和形狀進行表皮三維分格，并且優(yōu)化。
第四步，依照節(jié)點圖確定桿件以及連接方式以及加強肋等細部事項，將模型或參數(shù)導(dǎo)入結(jié)構(gòu)計算軟件進行受力分析。來確定最終節(jié)點圖。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，如若進行展板，出下料圖以及下料單。
四、三位參數(shù)化設(shè)計深度
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級別，分別為LOD100、LOD200、LOD300、LOD400和LOD500。
LOD100：一般為規(guī)劃、概念設(shè)計階段。包含建筑項目基本的體量信息(例如長、寬、高、體積、位置等)。可以幫助項目參與方尤其是設(shè)計與業(yè)主方進行總體分析(如容量、建設(shè)方向、每單位面積的成本等)。
LOD200：也是在設(shè)計階段。一般為設(shè)計開發(fā)及初步設(shè)計上。包括建筑物近似的數(shù)量、大小、形狀、位置和方向。同時還可以進行一般性能化的分析。
LOD300：一般為細部設(shè)計。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)。可以進行較為詳細的分析及模擬(例如碰撞檢查、施工模擬等)。補充一下，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、細部施工所需的信息。
LOD500：一般為竣工后的模型。包含了建筑項目在竣工后的數(shù)據(jù)信息，包括實際尺寸（詞條“實際尺寸”由行業(yè)大百科提供）、數(shù)量、位置、方向等。該模型可以直接交給運維方作為運營維護的依據(jù)。
五、常用的三維設(shè)計軟件優(yōu)略。
下面是現(xiàn)在最流行的三維參數(shù)化設(shè)計軟件：
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)計軟件，有它的優(yōu)勢以及缺點。首先rhino是基于參得的實現(xiàn)rhino設(shè)計，雖然GH(grasshoper簡稱)號稱自己是圖形化編程，你在使用的時候其實就是在編程了，只不過你只能做簡單的事情，而且效率會很低。比如循環(huán)，迭代，遞歸等等算法，使用起來非常不方便，這個時候你就用到代碼了。
如下可以看到一個簡單的GH編程的邏輯關(guān)系。
優(yōu)點：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：第一點，從建模上來講，rhino要實現(xiàn)整個大樓從頭到腳到細部的螺絲釘也就是LOD400-LOD500是龐大而不現(xiàn)實的。
第二點，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3d模型制作，而作為三維參數(shù)化設(shè)計bim模型來講，信息量是不充分的。就更不用說出圖了。
第三點，rhino制作復(fù)雜的曲面，分格拆板時，并不如catia有鈑金展開的模塊。可以輸入金屬延展率直接出圖。
第四點，rhino也不能自動精細化下料，畢竟rhino只是一個建模軟件而已，相關(guān)于很多bim功能是沒有的。
2、Catia
catia是美國達索公司出品的三維參數(shù)化設(shè)計軟件，適用于機械加工、飛機制造、建筑等多個領(lǐng)域。Catia不同于rhino，是以零件為單位組成的一個龐大模型結(jié)構(gòu)。可以建模，出圖并且可以和數(shù)控機床鏈接。其缺點就是上手比較難，制作模型相對復(fù)雜。所以從建模上來講，catia要實現(xiàn)整個大樓從頭到腳到細部的螺絲釘是龐大而復(fù)雜的。也不能一鍵自動下料。
3、Revit
Autodesk Revit是上述三個產(chǎn)品中，操作最為簡單的一個產(chǎn)品。其產(chǎn)品線也是最為全面的。Autodesk Navisworks可以實現(xiàn)模型展示以及施工預(yù)演。也是廣受市場認可的一個產(chǎn)品。但是它的局限性在于不適用于曲面設(shè)計。也不能自動精細化出下料單。出來的清單只能統(tǒng)計個數(shù)。
Revit出圖：
4、Athena
Athena是德國卡普蘭公司出品的建筑幕墻設(shè)計軟件。
模型庫強大：擁有十萬個幕墻產(chǎn)品相關(guān)的標準件庫。
打通產(chǎn)業(yè)鏈：擁有一鍵自動出下料清單，精細到每個桿件切割的每一刀的細致截面以及銑孔設(shè)置，下料圖自動生成。可以導(dǎo)入自動化機床，直接生產(chǎn)。是打通了整條產(chǎn)業(yè)鏈的bim幕墻設(shè)計生產(chǎn)軟件。模型可以在直接聯(lián)通數(shù)控機（詞條“數(shù)控機”由行業(yè)大百科提供）床，自動化生產(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)控機床則需要導(dǎo)出成sat格式，而被數(shù)控機床識別。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，可以考慮到折彎工藝，進行自動展板，出來的展板圖準確有效。
還集成有結(jié)構(gòu)計算、型材的靜力計算，玻璃等板材的撓度計算，熱工計算，噪音計算，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)
這個工程江河委托我們設(shè)計，輔助康盛偉業(yè)進行加工制造。使用了最先進的三維參數(shù)化設(shè)計進行進行下料展板。這是我通過catia操作的。
以下是工程量：
首先，剛拿到圖紙。先不著急建整個模型。我們先建立單個單元體，對其中的安裝的合理性，以及制作的難度進行把控。細化圖紙，并且根據(jù)單個單元體的結(jié)構(gòu)設(shè)計其加強肋，每個分板面的背面加強肋，然后設(shè)計龍骨。然后開會探討其施工圖工藝，哪里是焊接，哪里用螺釘（詞條“螺釘”由行業(yè)大百科提供）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版本的模型，設(shè)計出了最終版本的節(jié)點，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，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再修改。圖紙數(shù)量達到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)控機床，所以仍然需要圖紙進行修改施工，最后完成甲方要求。
2、athena設(shè)計分享。
設(shè)計：Athena可以自動化設(shè)計幕墻三維二維模型。通過輸入相關(guān)參數(shù)可以得到一個大致的分格圖，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。
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。內(nèi)部有端口可以無縫轉(zhuǎn)給revit。不會丟失數(shù)據(jù)。也可以單獨把模型轉(zhuǎn)換到revit族里面。同時完成了所有的相關(guān)此族的工作。同時通過內(nèi)部erp轉(zhuǎn)換接口，直接上報到總部，集團方面就可以立即看到相關(guān)數(shù)據(jù)。
在雅典娜的設(shè)計過程中，ERPlus用戶現(xiàn)在可以在選擇ATHENA部件時(例如)b.規(guī)范部分)在ERPlus物料數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行物料項目，并承擔(dān)物品編號。這樣，數(shù)據(jù)存量就會被核對，在雅典娜和ER普勒斯總是處于相同的水平。
出圖：自動化出圖，下料圖，下料單。點擊后自動列出，切割端頭以及方向都在excel表格中明確標識。
下料：數(shù)控機床相關(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)控機床設(shè)備。達到無紙化操作辦公。不會出幾千張，上萬張圖紙用卡車拉到設(shè)計院審圖的窘境。
整個軟件是針對于幕墻設(shè)計的相關(guān)的軟件。
