建筑信息模型及其在建筑信息技術(shù)中的應(yīng)用

1 從三維建模到信息建模
模型，從本義上講，是原型(研究對(duì)象)的替代物，是用類比、抽象或簡化的方法對(duì)客觀事物及其規(guī)律的描述。由于表達(dá)方式的不同，就產(chǎn)生不同類型的模型。例如，數(shù)學(xué)模型，是運(yùn)用符號(hào)或數(shù)學(xué)公式，對(duì)原型予以模擬表述；圖形模型，是運(yùn)用曲線、柱狀圖、餅圖等反映事物的變化規(guī)律；實(shí)體模型，參照實(shí)物制作，從形狀和尺寸上應(yīng)當(dāng)符合幾何相似的要求。模型的概念被廣泛應(yīng)用于包括自然科學(xué)、工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)等不同的領(lǐng)域。模型所反映的客觀規(guī)律越接近、表達(dá)原型附帶的信息越詳盡，則模型的應(yīng)用水平就越高。
在建筑設(shè)計(jì)中，制作實(shí)體模型也是經(jīng)常使用的建筑表現(xiàn)手段。應(yīng)用計(jì)算機(jī)后，設(shè)計(jì)人員一直在探索如何使用軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行三維建模。***早實(shí)現(xiàn)的是用三維線框圖去表現(xiàn)所設(shè)計(jì)的建筑物，但這種模型過于簡化，僅僅是滿足了幾何形狀和尺寸相似的要求。后來出現(xiàn)了諸如3DStudio VIZ、FormZ這類專門用于建筑三維建模和渲染的軟件，可以給建筑物表面賦予不同的顏色以代表不同的材質(zhì)，再配上光學(xué)效果，可以生成具有照片效果的建筑效果圖。但是這種建立在計(jì)算機(jī)環(huán)境中的建筑三維模型，僅僅是建筑物的一個(gè)表面模型，沒有建筑物內(nèi)部空間的劃分，更沒有包含附屬在建筑物上的各種信息，造成很多設(shè)計(jì)信息缺失。建筑物的表面模型，只能用來推敲設(shè)計(jì)的體量、造型、立面和外部空間，并不能用于施工。對(duì)于一個(gè)可以應(yīng)用于施工的設(shè)計(jì)來說，附屬在建筑物上的信息是非常多的，以墻體為例，設(shè)計(jì)人員除了需要確定墻體的幾何尺寸、所用的材料外，還需要確定墻體的重量、施工工藝、傳熱系數(shù)、……等很多信息。如果不確定這些信息，建筑概預(yù)算、建筑施工等很多后續(xù)的工作就無法進(jìn)行。而原有的建筑物三維表面模型，是無法做到在模型上附加這么多信息的。
學(xué)術(shù)界早就察覺到原有三維建模方法的局限性，一直在探討在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)中如何進(jìn)行信息建模。在上個(gè)世紀(jì)九十年代，正在蓬勃發(fā)展的面向?qū)ο蠓椒ū灰氲浇ㄖO(shè)計(jì)軟件的開發(fā)中，出現(xiàn)了ADT、天正建筑等用面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行二次開發(fā)的建筑設(shè)計(jì)軟件。這些軟件把建筑上的各種構(gòu)件(墻、柱、梁、門、窗、設(shè)備等)定義為不同的對(duì)象，把與建筑設(shè)計(jì)有關(guān)的數(shù)據(jù)與操作封裝在建筑對(duì)象中。這樣，在計(jì)算機(jī)上完成的設(shè)計(jì)圖不再是由線段、弧線、圓等基本圖元構(gòu)成的幾何圖形來合成，而是由具有屬性的建筑構(gòu)件對(duì)象構(gòu)成。由于應(yīng)用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，使得三維建模與平面圖可以同步完成，實(shí)現(xiàn)了三維模型和平面圖雙向聯(lián)動(dòng)，修改平面圖(三維模型)時(shí)，三維模型(平面圖)上的對(duì)應(yīng)構(gòu)件也同時(shí)被修改。此外，還可以實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)構(gòu)件的智能聯(lián)動(dòng)、視算一體化、……等。如果更進(jìn)一步，還可以在建筑對(duì)象中封裝更多的屬性數(shù)據(jù)，例如建筑材料及其密度、導(dǎo)熱系數(shù)等物理參數(shù)等，這就為同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、節(jié)能計(jì)算等創(chuàng)造了條件，使系統(tǒng)具有為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供實(shí)時(shí)計(jì)算分析的能力。
這樣，通過應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了信息建模。
實(shí)踐表明，光是在建筑設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)信息建模是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。雖然，前面提及的ADT、天正建筑這類建筑設(shè)計(jì)軟件的具有一定的信息建模能力，但由于它們是以諸如AutoCAD這樣的計(jì)算機(jī)繪圖軟件為平臺(tái)開發(fā)的，由于繪圖軟件所用技術(shù)的局限性，因此無法確保能獲取高質(zhì)、可靠、集成和完全協(xié)調(diào)的信息，更無法支持建筑工程全生命周期的管理。
隨著建筑工程規(guī)模越來越大，附加在建筑工程項(xiàng)目上的信息量也越來越大。當(dāng)代社會(huì)對(duì)信息的日益重視，使人們認(rèn)識(shí)到與建筑工程項(xiàng)目的有關(guān)信息會(huì)對(duì)整個(gè)建筑工程周期乃至整個(gè)建筑物生命周期都會(huì)產(chǎn)生重要的影響。例如，建筑物用地的地質(zhì)資料、所用的建筑材料以及材料的各種數(shù)據(jù)對(duì)項(xiàng)目的施工方式、生產(chǎn)成本及工期、使用后的維護(hù)都密切相關(guān)。對(duì)這些信息利用得好、處理得好，就能夠節(jié)省工程開支，縮短工期，也可以惠及使用后的維護(hù)工作。因此，十分需要在建筑工程中廣泛應(yīng)用信息技術(shù)，快速處理與建筑工程有關(guān)的各種信息，合理安排工期，控制好生產(chǎn)成本，盡量消滅建筑項(xiàng)目中由于規(guī)劃和設(shè)計(jì)不當(dāng)甚至是錯(cuò)誤所造成的工程損失以及工期延誤。鑒于此，就必須在整個(gè)建筑工程周期乃至整個(gè)建筑物生命周期中，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的***管理。建筑設(shè)計(jì)作為建筑工程的******，也是整個(gè)建筑工程信息的源頭，在建筑業(yè)信息化中肩負(fù)十分重要的責(zé)任。
在整個(gè)建筑工程周期中，信息量應(yīng)當(dāng)如同圖1上面那條曲線那樣，是隨著時(shí)間不斷增長的；而實(shí)際上，在目前的建筑工程中，各個(gè)階段的信息并不能夠很好的銜接，使得信息量的增長如同圖1下面那條曲線那樣，在不同階段的銜接處出現(xiàn)了斷點(diǎn)，出現(xiàn)了信息“回流”的現(xiàn)象。造成這樣的原因有很多，其中一個(gè)重要原因，就是在信息的源頭――建筑設(shè)計(jì)階段，沒有建立起科學(xué)的、能夠支持建筑