淺談“概念體量”設(shè)計

◎ Autodesk軟件公司

建筑信息模型，又稱為BIM，是在項目建造之前以數(shù)字化方式對其關(guān)鍵物理特性和功能特性進行探索的綜合過程，可以幫助提高項目交付速度、減少成本，并降低環(huán)境影響。借助BIM，設(shè)計人員可在整個過程中使用協(xié)調(diào)一致的信息設(shè)計出新項目，可以更準確地查看并模擬項目在現(xiàn)實世界中的外觀、性能和成本，還可以創(chuàng)建出更準確的施工圖紙。

人類總喜歡打破常規(guī)，創(chuàng)造新奇，人類設(shè)計和建造的“現(xiàn)代建筑”也不例外。眾所周知，自由形狀的建筑越來越多，例如鳥巢、水立方、上海塔、阿聯(lián)酋迪拜布吉大樓等等。為了幫助建筑師創(chuàng)建各種自由形狀的建筑體量，Autodesk軟件從2011版本起引入了概念設(shè)計環(huán)境，在這個環(huán)境里面建筑師可以根據(jù)對建筑外輪廓的靈活要求，去創(chuàng)建比較自由的三維建筑形狀和輪廓，而且可以進行比較強大的形狀編輯功能。除此之外，Revit Architecture還有表面有理化工具，對創(chuàng)建好的三維形狀表面可以做一些復(fù)雜的處理，來實現(xiàn)形狀表面肌理多樣化。

一、概念體量環(huán)境介紹

概念體量設(shè)計環(huán)境是在Autodesk Revit Architecture軟件中為了創(chuàng)建概念體量而開發(fā)的一個操作界面，在這個界面用戶可以專門用來創(chuàng)建概念體量。

概念設(shè)計環(huán)境其實是一種族編輯器，在該環(huán)境中，可以使用內(nèi)建和可載入的體量族圖元來創(chuàng)建概念設(shè)計。

圖1為Autodesk Revit概念體量環(huán)境：

在概念體量設(shè)計環(huán)境中，建筑師可以進行下列操作：

（1）創(chuàng)建自由形狀。

（2）編輯創(chuàng)建的形狀。

（3）形狀表面有理化處理。

圖1

二、名詞解釋

在概念設(shè)計環(huán)境中，我們常常會遇到一些名詞，例如三維控件、三維標高、三維參照平面、三維工作平面、形狀、放樣、輪廓等，在這里筆者講分別對這些名詞進行一個簡單的介紹，便于讀者更好的了解概念設(shè)計環(huán)境。

（1）三維控件

在選擇形狀的表面、邊或頂點后出現(xiàn)的操縱控件，該控件也可以顯示在選定的點上。如圖2所示：

對于不受約束的形狀中的每個參照點、表面、邊、頂點或點，在被選中后都會顯示三維控件。通過該控件，可以沿局部或全局坐標系所定義的軸或平面進行拖曳，從而直接操縱形狀。通過三維控件可以：

· 在局部坐標和全局坐標之間切換。

· 直接操縱形狀。

可以拖曳三維控制箭頭來將形狀拖曳到合適的尺寸或位置。箭頭相對于所選形狀而定向，但使用者也可以通過按空格鍵在全局 XYZ 和局部坐標系之間切換其方向。形狀的全局坐標系基于ViewCube 的北、東、南、西四個坐標。當形狀發(fā)生重定向并且與全局坐標系有不同的關(guān)系時，形狀位于局部坐標系中。如果形狀由局部坐標系定義，三維形狀控件會以橙色顯示。只有轉(zhuǎn)換為局部坐標系的坐標才會以橙色顯示。例如，如果將一個立方體旋轉(zhuǎn) 15 度，X 和Y 箭頭將以橙色顯示，但由于全局 Z 坐標值保持不變，因此 Z 箭頭仍以藍色顯示。下表是使用控件和拖拽對象位置對照表：

圖2

?

（2）三維標高

一個有限的水平平面，充當以標高為主體的形狀和點的參照。當光標移動到繪圖區(qū)域中三維標高的上方時，三維標高會顯示在概念設(shè)計環(huán)境中。這些參照平面可以設(shè)置為工作平面。需要說明的是，三維標高僅存在概念體量環(huán)境中，在Revit項目環(huán)境中創(chuàng)建概念體量不會存在，請讀者注意。三維標高顯示如圖3所示：

（3）三維參照平面

一個三維平面，用于繪制將創(chuàng)建形狀的線。三維參照平面顯示在概念設(shè)計環(huán)境中。這些參照平面可以設(shè)置為工作平面。如圖4所示：

（4）三維工作平面

一個二維平面，用于繪制將創(chuàng)建形狀的線。三維標高和三維參照平面都可以設(shè)置為工作平面。當光標移動到繪圖區(qū)域中三維工作平面的上方時，三維工作平面會自動顯示在概念設(shè)計環(huán)境中。

（5）形狀

我們可以通過“生成形狀”工具創(chuàng)建的三維或二維表面/實體。通過創(chuàng)建各種幾何形狀（拉伸、掃略，旋轉(zhuǎn)和放樣）來開始研究建筑概念。形狀始終是通過這樣的過程創(chuàng)建的：繪制線，選擇線，然后單擊“創(chuàng)建形狀”，選擇可選用的創(chuàng)建方式。使用該工具創(chuàng)建表面、三維實心或空心形狀，然后通過三維形狀操縱控件直接進行操縱。

（6）放樣

由平行或非平行工作平面上繪制的多條線（單個段、鏈或環(huán)）而產(chǎn)生的形狀。

圖3

圖4

（7）輪廓

單條曲線或一組端點相連的曲線，可以單獨或組合使用，以利用支持的幾何圖形構(gòu)造技術(shù)（拉伸、放樣、掃略、旋轉(zhuǎn)、曲面）來構(gòu)造形狀圖元幾何圖形。

三、概念設(shè)計工作流程介紹

在介紹流程之前，先介紹兩個概念，一個叫體量，另外一個叫形狀。在Revit里面，體量的概念是指在建筑模型的初始設(shè)計中使用的三維形狀，整個建筑是由多個形狀拼起來的，這里所說的形狀僅僅只是一個單獨的幾何體，它有可能是立方體、球體或者圓柱體、不規(guī)則體等，體量是由一個或多個形狀拼接和連接組成的。

下面筆者就概念設(shè)計的工作流程做一個簡單的介紹。第一步：繪制形狀輪廓。進入到概念體量的環(huán)境當中，前面也介紹了該環(huán)境，它跟項目環(huán)境和族環(huán)境是不一樣的，是一個獨立的環(huán)境。在這個環(huán)境當中首先通過各種創(chuàng)建曲線的工具，可以創(chuàng)建一個矩形或者一個圓或者橢圓或者樣條曲線都可以。

第二步：創(chuàng)建形狀。創(chuàng)建好作為建筑形狀的輪廓或者路徑之后，我們選擇創(chuàng)建好的輪廓和路徑，使用“創(chuàng)建形狀”命令，點擊之后，Revit軟件會根據(jù)我們選擇的輪廓和路徑會去自動的判斷它有可能創(chuàng)建出的一些形狀，比如一些拉伸的形狀，或者是旋轉(zhuǎn)的或者是沿著一個路徑掃略創(chuàng)建出的形狀。軟件會列出所有可能創(chuàng)建的形狀選項讓你去選擇，用戶根據(jù)這些選項選擇自己需要的形狀，選擇好之后，一個三維形狀就創(chuàng)建好了。

第三步：編輯形狀。創(chuàng)建好的形狀有可能不是我們需要的，比如我們剛才創(chuàng)建的形狀有可能是立方體，我們在實際建筑中大部分的情況是，比如下面截面會大一點，上面截面小一點，這時候我們可以進行編輯形狀，借助三維控件工具，可以拖拽頂點或者輪廓線，使它改變成想要的尺寸，這是對形狀的編輯。

第四步：有理化處理表面。有理化主要是處理建筑的表面形式，例如國家游泳中心水立方外層ETFE膜結(jié)構(gòu)中有一些六邊形，而且它是重復(fù)的，我們可以把每幾個小方格里放一個六邊形的形狀放進去，這樣整個建筑的造型就非常漂亮了。

有理化處理表面的具體流程本文第四部分將會做詳細介紹。

第五步：體量研究。您可以將概念設(shè)計體量模型引用到 Revit Architecture項目文件中，并繼續(xù)對其進行修改。將體量導(dǎo)入到Revit Architecture的項目環(huán)境當中后，在項目環(huán)境里面，我們可以選取我們剛才做成的一些曲面、斜面生成幕墻系統(tǒng)、墻、樓板、屋頂?shù)龋豢梢陨审w量樓層，然后對體量模型樓層面積、外表面積、體積和周長分析，可將這些值統(tǒng)計在明細表中去。

值得一提的是，如果發(fā)現(xiàn)在項目環(huán)境里這個體量可能不是您想要的形狀，這時可以在項目環(huán)境里選中體量，回到概念設(shè)計環(huán)境里對概念體量進行編輯，編輯好之后再加載到項目環(huán)境里去，使用“更新到面”工具可以讓已創(chuàng)建的墻和樓板自動匹配修改后的體量形狀。

除了概念設(shè)計環(huán)境之外，Revit Architecture軟件在項目環(huán)境里還提供了另外一種比較快捷的概念設(shè)計的環(huán)境，我們稱之為內(nèi)建體量的環(huán)境，內(nèi)建體量的環(huán)境，它的操作界面跟本文前面提的概念設(shè)計環(huán)境是基本一致的，可以在里面創(chuàng)建各種各樣的形狀和體量，對它進行編輯以及有理化。功能上基本沒有什么區(qū)別，唯一的區(qū)別在于我們用在位體量創(chuàng)建的體量，它只能夠應(yīng)用在當前的項目環(huán)境當中，沒有辦法獨立存成另外一個文件，在其他的工程當中去應(yīng)用。

圖5

圖6

四、有理化處理表面流程介紹

（1）分割表面。

選中需要進行有理化的表面，然后應(yīng)用“分割表面”命令。表面可以通過UV 網(wǎng)格（表面的自然網(wǎng)格分割）進行分割，分割好之后會發(fā)現(xiàn)選擇的表面會被分割成多個均勻的小方格，如圖5所示。在表面中填充圖案時，UV 網(wǎng)格可充當指導(dǎo)。UV 網(wǎng)格用在概念設(shè)計環(huán)境中，相當于 XY 網(wǎng)格。表面的默認分割數(shù)為：12x12（英制單位）和 10x10（公制單位）。用戶可根據(jù)需要自定義分隔數(shù)或者分隔線間距。

在最新發(fā)布的Revit 2011系列軟件中，可以根據(jù)標高、參照平面、模型線分割表面。

（2）在表面中填充圖案。

分割表面后，可以為其填充圖案。這一階段仍屬于項目的概念設(shè)計階段，可以快速預(yù)覽并編輯填充圖案的表面。類型選擇器中提供了一個填充圖案集，可以應(yīng)用到所選分割表面上。 如圖6所示，左側(cè)為分割的表面，右側(cè)為應(yīng)用的六邊形填充圖案。

應(yīng)用填充圖案后，這些填充圖案成為表面的一部分，并需要特定數(shù)量的表面單元，具體數(shù)量取決于填充圖案的形狀。在規(guī)劃構(gòu)件設(shè)計的分割數(shù)和填充圖案時，這一點是重要的考慮因素。需要說明的是，在應(yīng)用填充圖案后，分割表面處于隱藏狀態(tài)，可以通過“表面顯示”來打開。

（3）應(yīng)用填充圖案構(gòu)件族。

可以使用“基于公制幕墻嵌板填充圖案”族樣板（Curtain Panel Pattern Based.rft)，來創(chuàng)建靈活的參數(shù)化構(gòu)件，如圖7、8所示。這些參數(shù)化構(gòu)件可載入概念體量族中，并應(yīng)用到已分割和已填充圖案的表面，如圖9所示。

圖7

圖8

圖9

五、案例分享

（1）實際工程案例：敦煌研究院莫高窟游客服務(wù)設(shè)施項目。Revit Architecture局部模型，圖中天井造型使用Revit Architecture概念設(shè)計環(huán)境中的分割面功能，然后使用三維填充圖案構(gòu)件實現(xiàn)表面有理化。

（2）用戶通過API函數(shù)對概念體量進行表面有理化。

（圖片來源：http://buildz.blogspot.com/）

（3）在Revit Architecture概念體量中，自定義不均勻分隔線（上密下疏），然后使用三維構(gòu)建進行表面有理化。

（4）在Revit Architecture概念體量中創(chuàng)建自定義形狀，用戶可以自定義形狀控制點位置，并對控制點位置進行任意修改。

六、結(jié)束語

Revit Architecture軟件的概念體量設(shè)計是一個很強大的功能，概念設(shè)計環(huán)境里面也提供非常強大的二次開發(fā)的功能，讀者可以通過Revit Architecture軟件的API程序，去創(chuàng)造非常復(fù)雜的高階的曲線。Revit Architecture 2011軟件已經(jīng)發(fā)布，其中增強的概念設(shè)計功能相信會讓我們耳目一新，由于篇幅有限，筆者不能一一列舉所有功能，更多功能需要讀者在實際的設(shè)計過程中去應(yīng)用和體會。