建筑信息模型( Building Information Modeling，BIM[1])，BIM技术在国内外建筑行业得到广泛关注和应用。非线性建筑设计正由边缘状态逐渐走上主流设计舞台，国内外出现许多外形构造奇特的建筑，建筑曲线、曲面的非线性和不规则性的特点日益突出[2]。

一、概述

（一）Revit平台概述

BIM技术是建筑师在施工前更好地预测竣工后建筑的一种新型工作方式，使设计者们保持竞争优势，Revit平台专为建筑信息模型 (BIM)而构建。Revit是Autodesk收购的软件，用户体验和细节功能还不完善，Revit善于建筑设计推敲和MEP优化。单纯画建筑模型和图纸速度是Sketch upCAD3倍以上。其中Dynamo 可以飞速处理相关数据，前景很好[3]。

（二）曲线和曲面参数化设计应用

BIM技术的发展，非线性建筑逐渐诞生，赋予了建筑新一代美学，但也给设计、施工、加工各方带来了不少的挑战与难题。借助参数化平台进行优化设计，可获得复杂曲线、曲面的最佳模数，在项目的可变参数控制下，快速构建高精度的复杂曲线曲面模型，并为参与方提供有利的数据信息配合项目落地。

（1）曲线、曲面优化设计

非线性建筑外表皮，在建造施工过程中，会产生复杂曲线、曲面几何体，这些几何体虽然可以通过合理数据进行呈现，但仍存在加工难度大、成本高、施工安装难度大等特点。为满足施工要求和项目成本控制等问题，应对项目外表皮进行合理分析优化。参数化设计为复杂曲线、曲面的施工落地带来了可能，在设计阶段基于原始外表皮进行合理优化处理，将优化后的表皮模型按照所需合理角度进行设计，为建筑的落地提供有利基础。

（2）输出加工数据

完成相关参数化设计后，设计可利用参数化平台进行图纸、加工单等相关数据的匹配导出，提高复杂曲线、曲面的加工精度和现场安装精度。利用参数化设计，可以很好提升设计效率和加工速度，进而保障数据传递准确性。

二、工程实例

（一）工程概况

2019年4月28日，成功举办了北京世界园艺博览会（以下简称“世园会”）开幕式的妫汭剧场汇聚了全球的目光。妫汭剧场位于世园会国际馆北侧，是此次世园会“四馆一心”中主场馆中的“心”，总建筑面积6335m2，建筑高度20m，主体钢结构屋面翼展跨度120m×155m，演艺广场主体钢结构由26榀钢桁架构成，主体悬挑最大达到47m[4]。

（二）项目难点

传统的二维设计方式已不能表达项目的设计数据和信息，基于BIM技术的参数化设计方式在其中为项目落地提供有力依据。

（1）建筑内部异形排水天沟在设计阶段需要考虑内部非线性曲线的拟合程度，还需考虑钢结构预制连接方式和施工误差调节方式。

（2）现场施工阶段是对前两个阶段即设计和加工阶段质量的检验，妫汭剧场优雅而复杂的形态最终是由施工结果加以体现。为保证铝合金网模拟出方案中蝴蝶优美曲面，与钢结构进行连接的骨架优化成为了项目落地中难点。

（3）对于骨架优化需要考虑到钢结构本身的安装误差，还需要考虑方案中非线性曲线的曲率平滑度，也要考虑后期铝合金网通过骨架延展开后与设计表皮的匹配程度。

（三）解决方案

（1）读取钢结构设计阶段坐标数据，按照不同钢结构管径进行类型划分，并应用参数化构建钢结构模型，获取相关参照空间数据，依据设计需求进行空间模拟定位和参数化构建最终形成天沟模型。最终基于天沟模型进行连接件设计，并应用腰孔进行误差调节控制，基于参数化方式合理定位摆放连接件，并提供相关连接点位进行结构校核。

（2）为拟合蝴蝶周身曲面的平滑性，模拟蝴蝶优美体态，铝合金钢丝网钢管骨架优化成为重中之重，本次工程优化采用三次参数曲线（Hermite曲线）拟合表皮与钢构向量方向相交的样条曲线，曲线通过两个点控制曲线段的两个端头定位，通过调整两个方向向量控制曲线曲率。根据不同区段按照曲率的连续性进行圆弧拟合，由两点控制弧段的曲线定位，用一个方向向量控制弧形曲率和半径，为后期加工提供方便加工单曲弯弧半径。

（3）所有外皮骨架优化完毕后，根据优化后的半径进行模数化划分、模数化归类拟合，通过最终拟合后的圆管为参照，建立铝合金丝勾花网模型。铝合金丝勾花网有延展性，项目通过Kangaroo2的力学模块进行模拟分析，形成匹配设计表皮曲率的铝合金丝勾花网模型。最终提取相关数据形成Excel数据文件、CAD图纸、编号图等提供给加工厂和施工单位作为材料加工和现场施工的合理数据。

三、结论

针对本文所面临的异形结构拟合优化问题，结合工程实例分析得出如下结论：

Rhino.Inside.Revit插件为Revit软件提高设计精度，为LOD的模型深度提供良好基础。Grasshopper模块的计算速度、开源程度、基于Python的程序运行速度、开源资料要优于其他参数化软件，并减少对软件二次开发依赖程度，灵活的为项目提供设计需求。

在Revit平台中可为每个构件植入设计所需参数信息，为后期加工、施工、运维等提供良好的数据接口，进而各专业之间的协作接口更加灵活。

通过Grasshopper模块程序优化了传统设计方式不能完成的设计任务，提高了设计效率，为BIM技术和非线性建筑设计发展提供了契机。

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