时间：2023-08-08 17:07:46
导语：在建筑可视化分析的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
Abstract： The application of multidimensional visualization technology in the field of spatial data can effectively improve the effect of data presented and make users observations and browse more intuitive， interactive， and meanwhile， show hidden features of data， relationships， and patterns. Through research on information visualization， multidimensional visualization technology and structures with base friction sliding isolation， this paper expounds the application of multidimensional visualization technology in earthquake isolation and the establishment of a visual model. Research has shown that the visual model offer a new kind of design method for structures with base friction sliding isolation and have some practical value in engineering.
关键词： 多维可视化技术；滑移隔震；结构
Key words： multidimensional visualization technology；earthquake isolation；structures
中图分类号：TU352.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0144-04
0 引言
随着信息技术与网络技术在社会各个领域中的飞速发展，科学、工程、商业等领域中多维甚至高维信息日益增多。面对海量的多维信息和数据，人类认知能力的固有局限性已无法科学、全面对所有信息与数据进行合理地分析与处理，因此需要借助于抽象信息展现工具来完成对海量数据的理解与分析。多维可视化技术正是这样一种有效的信息分析工具，它并非简单的图像映射，而是将多维信息及其各属性之间的关系信息进行完整地体现。本文针对多维可视化技术对多维信息数据的认知与分析能力进行了深入的研究，并详细地阐述了多维可视化技术在摩擦滑移隔震结构中的应用及多维可视化模型的建立。研究表明：多维可视化技术在多维信息认知方面具有不可比拟的优越性，摩擦滑移隔震的多维可视化模型的建立能够更好地辅助工程设计人员对摩擦滑移隔震结构进行有效的设计，具有实用价值。
1 多维信息可视化技术
“信息可视化”一词最早出现在ROBERTSON等1989年发表的文章《用于交互性用户界面的认知协处理器》中[1]。它是人和信息间的一种可视化界面，是研究人、计算机表示的信息及它们之间相互影响的技术。科学可视化、人机交互、数据挖掘、图像技术和图形学等诸多学科的理论和方法被结合在一起，将那些抽象信息以直观的视觉方式表现出来，使人们能充分利用视觉和感知能力去观察、处理信息，从而发现信息间的关系和隐藏的模式[2]。
1.1 信息可视化过程
信息可视化是从抽象数据到可视化形式的映射过程，为更好地体现数据信息的这种可视化映射过程，Card等人提出了信息可视化模型[3]，如图1所示。
Card所提出的信息可视化模型将可视化过程划分为三个阶段：第一阶段是数据的预处理阶段，即将所采集的原始数据信息处理成可视化系统可处理和分析的数据集。在这一阶段除了完成基本数据的处理，还要对一些特殊数据进行处理，例如丢失数据、错误数据、大规模数据等。第二阶段为可视化映射阶段，主要功能是将几何形状、图像、声音等数据信息转化为可视化结构。这一阶段是可视化过程的核心，通常采用数据集的有效性和表达性来衡量可视化效果。第三阶段是绘制转换阶段，即将第二阶段所生成的几何图像数据以用户指定的形式进行输出，并获取用户的反馈信息，形成人机交互的工作模式。
1.2 多维可视化技术
多维可视化技术是目前信息可视化技术研究的重点，所需解决的关键问题是如何将抽象世界的多维信息映射到二维或三维的物理空间中。典型的多维数据可视化方法有平行坐标、散点图矩阵、星形图标等[4]。
1.2.1 平行坐标（Parallel Coordinates）
1980年，Inselberg和Dimsdale提出的平行坐标技术是多维可视化技术中的经典技术，用于将多维信息或数据映射到一组平行的等距离坐标轴上[5]。平行坐标的主要思想是采用多条等距离的平行轴线将多维数据属性空间映射到二维平面上，平行轴线中的每条轴线代表一个属性维。平行坐标法能够简洁、直观地展示多维数据，并在不断发展中将二维可视化方式扩展到了三维空间以期更好地展示高维动态数据。
1.2.2 散点图矩阵（Scatterplot matrices）
散点图矩阵是散点图的高维扩展，是一种将高维数据转化为二维的常用方法[6]。散点图矩阵是将多维数据中的各个维度两两组合绘制成一系列有规律排列的散点图[1]，通过这种方法能够清晰地展示出多维数据中两两变量之间的关系。散点图矩阵经常与其他方法结合来增加多维数据的可视化效果，例如，Yuan[7]提出一种将散点图矩阵与平行坐标相结合进行多维数据分析的方法，该方法采用曲线代替了折线，以更为美观的视图展现多维数据，具有良好的人机交互性能。
1.2.3 星形图标（Star Glyphs）
星形坐标是由Kandogan[8]提出的用于展现与分析多维数据的可视化方法。星形坐标法将坐标轴以相同的角度排列在二维平面的圆上，以圆心作为坐标轴的原点，并采用调整坐标轴长度与角度的方法对多维数据进行分类。该方法对分层数据有很好的展示效果，能够清晰地展现出数据的各个分类。
2 摩擦滑移隔震技术
抵御地震灾害是传统的建筑结构理念，而现在建筑结构类型也是在此基础上建立的，这其中包括多种建筑结构类型：纯框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构，还有通过增加结构自身的刚度、强度、变形和能量消耗能力的主要使用于超高层建筑上的简体结构，这些建筑通常都能达到抗震设防的目的。但是，近年来我国发生地震时这些传统的抗震设计体系并没有达到预期的效果。
随着社会经济的发展，人们对建筑的要求也越来越高，而传统抗震结构已经无法满足现代人的需求，结构减震控制技术这种新型结构技术的产生吸引了人们的关注。其中的摩擦滑移隔震结构技术，具有低成本、易施工的优点，受到人们的喜爱和研究。除此之外，较为成熟的技术，应用较为广泛的还有以下几种：
第一、纯摩擦力滑移隔震系统。
纯摩擦力滑移隔震系统由柔性石墨垫层、砂垫层、喷涂聚四氟乙烯的不锈钢板三部分组成，力学模型如图2。纯摩擦力滑移隔震系统具有低成本、易制作、易施工的特点，在我国比较受欢迎且应用广泛。但也存在一些问题，不具有复位能力，结构的最大滑移量和残留滑移量可能较大，一般要配合其他限位和复位装置使用。
第二、带限位装置的滑移隔震结构。
带限位装置的滑移隔震结构是由使用涂有低摩擦系数的聚四氟乙烯材料的钢板作为上下支撑原件的滑移隔震元件和由普通钢板冷弯而成的U型钢板作为限位消能元件的两部分组合。计算模型如图3所示。此结构的产生，是因发生地震时，P-F隔震系统最大滑移量及残余滑移量较大。此结构的刚度较大，因此，足以抗衡小地震的发生，其受力分析和P-F隔震装置完全一样；中大震作用时，隔震装置发生水平位移消能减震作用，由于其具有U形片限位消能装置所以其在此阶段与P-F结构相比结构最大滑移量和最终滑移量均有所减小，但因U型限位器阻止了上部结构的运动就使得上部结构的地震反应较P-F结构有所增加。由于U型限位器由软钢制作而成其复位能力有限，在地震作用下仍然有残余滑移量的存在。
第三、恢复力摩擦基础隔震系统。
恢复力摩擦基础隔震系统（R-FBI），由喷涂聚四氟乙烯的不锈钢板和橡胶核心组成，其力学模型如图4所示。该隔震结构的钢板为中央及四周预留孔洞并将橡胶核心放置在其中来实现其共同工作，其中钢板为主要受力部件橡胶核心不受竖向压力。当结构受到小震时隔震装置钢板间的摩擦力能够阻止结构的滑动；当结构受到中大震作用时结构开始滑动同时橡胶发生变形，此时钢板间的摩擦和橡胶的变形都将消耗地震能量，橡胶核心同时能起到限位和自动复位的功能。此系统具有自动复位功能，但缺点是工艺较为复杂，成本高且施工难度大，所以，应用并不多，主要用于特殊建筑中。
第四、串联隔震系统。
串联隔震系统是由具有叠层橡胶隔震效果的橡胶支座和具有摩擦滑移隔震效果的摩擦板串联组成，其力学模型如图5所示。其装置是在摩擦滑移隔震支座的下钢板和基础之间安装橡胶支座组成。此系统在小地震时，摩擦板间摩擦力较大，不会产生滑动，此时橡胶支座工作，整个体系具有橡胶隔震支座的减震效果；大地震时，大的震动力带动摩擦板间的滑动，此时两个支座同时工作，这样可分散地震能量，限制地震向上的力度，减震效果较好。此系统造价高，目前只能在核电站中看到。
第五、滑移复位摩擦隔震系统。
滑移复位摩擦隔震系统主要由EDF系统、R-FBI系统两部分组合。其力学模型如图6所示。工作原理：EDF系统中的弹性支承元件由R-FBI单元所替代，即在R-FBI系统上再加一层摩擦板。中小地震时工作为普通的R-FBI系统，大地震时工作增加的摩擦板滑移开始工作，等于R-FBI系统拥有两层安全防护。此系统成本昂贵，应用不多。
第六、摩擦摆隔震系统。
摩擦摆系统（FPS），由滑块和弧形滑道两部分组合而成，是一种有效的干摩擦滑移隔震系统。其力学模型和构造如图7所示。最早提出这一系统的学者是美国的Dr.Victor Zayas教授，于1985年提出。摩擦材料都具有良好的高耐磨性和低摩擦系数，在滑块和滑道间喷涂有较好的效果。弧形滑道是此系统的特点，所以，当滑块发生位置偏移，结构会因建筑自身重力回到初始最低点，达到复位。该系统耗能性能良好，同时也具备限位和复位能力，曾被很多人看好，但缺点也是工艺较为复杂，成本高且施工难度大，在民用建筑中使用很不现实，所以应用也不是很多。
3 多维可视化在摩擦滑移隔震中的应用
摩擦滑移隔震技术作为日益成熟的减震隔震技术已经广泛的应用于建筑工程中。在此应用过程中，工程设计研究人员也开发出了多款计算程序用于工程计算仿真分析。这些计算程序多数是基于层间剪切模型计算理论编制而成的，建立的模型仅为二维的点式模型，该模型在很大程度上影响了设计人员对摩擦滑移隔震建筑的研究与分析。
基于摩擦滑移隔震的多维可视化分析模型是以摩擦滑移隔震技术为原型，同时引入现代计算机仿真技术中最为先进的多维可视化分析技术，并结合有限元分析计算方法，从而建立具有模型多维显示与多维有限元计算的可视化分析模型，其模型建立过程如图8所示。摩擦滑移隔震的多维可视化分析模型能够有效地解决工程技术人员对摩擦滑移隔震结构的设计问题。通过该分析模型工程设计人员不但可以直观的观测到摩擦滑移隔震结构的每一个部位，还可以得到摩擦滑移隔震结构每一构件的力学信息，从而辅助工程设计人员对摩擦滑移隔震结构进行有效的设计。
4 结论
多维信息及各属性之间的关系信息，我们通过多维可视化技术可清晰地看到，并力图在低维可视空间中展现多维抽象信息的多属性数据特征。在多维信息认知和分析方面，多维可视化技术具有自身独有的优点，在信息化技术时代下，已成为我们分析和驾驭多维信息的主要手段和工具。
本文就立足于于多维可视化技术在多维数据信息方面优良的特性，着重论述了其在摩擦滑移隔震中的应用，研究表明：摩擦滑移隔震的多维可视化分析模型的建立能够很好展现出滑移隔震结构中的每个细节，更好地辅助工程设计人员完成对摩擦滑移隔震的设计。
参考文献：
[1]杨彦波，刘滨，祁明月.信息可视化研究综述[J].河北科技大学学报，2014，35（1）：91-102.
[2]Nahum D Gershon， Stephen G Eick. Information Visualization [J]. IEEE Computer Graphics and Applications， 1997，7 （4）： 29-31.
[3]Card S K， Mackinaly J D， Shneiderman B. Readings in Information Visualization： Using Vision to Thinking [M]. Morgan Kaufmann， 1999.
[4]刘芳.信息可视化技术及应用研究[D].浙江：浙江大学，2013.
[5]Inselberg A， Dimsdale B. Parallel coordinates： a tool for visualizing multi-dimensional geometry[C]. Proceedings of IEEE Visualization 1990. Los Alamitos： IEEE Computer Society Press 1990： 361-378.
[6] D.F. Andrews. Plots of high dimensional data [J]. Biometrics， 1972， 28（1）：125-136.
【关键词】水利工程；三维可视化仿真技术；应用
一、前言
三维可视化技术是计算机可视化技术与水利水电工程系统相结合产生的一种仿真体， 它能有效的显现出数据的精准，其实质是通过图形、图像的方式对仿真计算过程的追踪与结果的处理，使用三维可视化技术的优越性不但可以节省劳动者的劳动强度，缩短周期，更能有效的为水利水电工程人员提供一个快捷的数字化平台，有效的提高工程建设的工作效率。
传统的水利施工工程大多数是依靠设计图纸、二维平面图来进行施工控制、整体规划，这很难让其它非技术的相关人员有一个直观清晰的认识，管理者也不容易实现对全局工程实施正确有效的管理控制。基于上述原因，加之计算机强有力的计算功能和高效的图形处理能力，三维仿真技术在水利工程方面的应用越来越普遍。在水利工程中应用三维仿真技术，将施工建筑、地理环境、人员配置、危险程度等进行真实模拟，可以浏览工程的整体场景，更加直观的、智能的辅助设计人员进行过程设计与分析，根据不同施工方案得到仿真结果，通过对仿真结果的评估和研究，选择最有效、最安全、最有力的方案运用到施工实践当中。
二、水利工程的三维可视化技术的内容
一般包括设计条件可视化，包括地质，地形，枢纽布置及施工条件等的可视化；设计建模可视化；计算分析过程可视化；成果设计可视化，也就是三维真实感图形显示及空间数据的图表，文挡输出等。三维仿真系统的实现可以帮助用户快速优化施工方案，降低成本，节省开销，施工可靠性增强，达到更高的工作效率。
三、可视化技术在水利工程中的应用
3.1 三维空间数据模型
水利水电工程施工场地、建筑物布置、环境是水利水电工程的可视化仿真所要研究的静态信息，并且对一些地形填挖动态的施工逻辑关系也要及时的反映出来。因此，要能够充分反应各工程对象的属性特点以及对以后数据的管理和操作，就必须要研究出可达到实现系统高效显示和快速分析的空间数据结构和有效的建模手段。地物模型和地形模型共同组成了水利水电工程的三维模型。而在设计制作整体工程的虚拟漫游动画时候，可以借助水利水电工程三维模型，通过利用3DSMax来实现。这样以后在对可视化分析和评价，以及了解未来工程的具体形象，如检验设计是否得当、枢纽布置是否合理等等的时候能够有一个比较直观的认识。
3.1.1 地形模型
能够反映整个工程施工场地的地貌、地形的模型被称为数字地形模型。它是所有工程建筑物以及地形动态填挖所布置的场所和受体。可以通过不规则的三角网模型来对地形表面进行描述，英文简称为TIN 。按照不同的地形点规则构成的不相交的三角形被称作 TIN 模型。它比较适用于能够表现地形高程变化的山区。一般来说，为了能够建立水利水电工程较为复杂的地表TDM ，通常都采用TIN模型，同时，利用Delaunay三角形部分算法再结合这地形高等线的数据也可以制作成TIN模型，并且由于高线数据过于密集，应在刚形成TIN 的时候及时的消除细小且狭长的三角形，然后在进行一定程度的内插细化，形成高度的 DTM。
3.1.2 地物模型
主体工程建筑物、相关土建工程建筑物、附属工程建筑物、植被等是大型水利水电工程中地物实体的组成部分。而泄水建筑物、大坝、截流围堰、电站厂房、地下洞室、以及其他附属设施等工程是工程建筑物的组成部分。这些在空间位置等信息都属于静态空间数据模型。因此，在建立三维可视化数字模型的时候，要把不同的建模技术运用到不同的建筑物类型当中。
（1）参数化实体建模方法。 根据一定的几何参数来制定一系列的约束方程是此方法的思想内容。最后在确定图素的形状以及位置间的组合关系时，要根据这些约束方程式来进行求解。如果周围的一些图素发生变化时，由于它与所有的设计对象想关联，因此系统会自动的依据它与其他图素之间的约束条件来更新整个图像。适用于进水塔、围堰、 溢洪道等。
（2）特征建模方法。首先要在系统内部预先形成特征分类是这一方法的前提。然后根据用户所需的特征类型，在设计过程中添加位置约束，以此进行约束模型的建立。如果这种方法运用到水利水电工程中，可以对具有三维数字化的导流洞、放空洞进行建模。适用于导流洞、泄洪洞、放空洞等水利枢纽建筑物。
3. 2 三维人机交互技术
3.2.1 与数据的交互
通过人机交互界面，操作人员可以根据实际需要设置数据的计算方式、范围以及对数据进行片段截取等操作。例如在通过图像对动态数据进行演示的过程中，可根据需要设置演示的时间段，从而防止浪费时间在不需要的动画片段上。
3.2.2 与图形的交互
操作人员可以通过人机交互界面对平面或者立体图形进行平移、旋转、放大等操作以方便从不同的角度、不同的倍率来观察工程细节情况，便于及时发现设计及施工中存在的问题以及提出创造性意见。
3.2.3 与可视化参数的交互
操作人员可根据自己喜好或者现实情况来改变可视化参数， 比如光照强度、 光照方向、 视角、对比度、颜色误差等，从而得到更好的可视化效果。
3.3 施工过程中的三维模拟技术
利用已建的三维模型可以对水利水电工程施工进行模拟。如果想更加直接的表现出施工的工艺和方法，分析其方案的合理性，可以利用三维软件来对施工方案的整体进度进行三维动画模拟。
生动逼真、对硬件的要求不高是三维动画的特点。3DMax想要完成动画关键帧设置也不难，只需记录不同帧所要做的不同操作，然后再把动画记录按钮打开即可。把布尔运算记录为动画以及记录材质贴图的变化达到动画的目的，都是制作施工过程三维动画模拟的方法。
四、水利工程中可视化仿真系统的构建
4. 1 数据管理模块
数据管理模块主要是建立空间数据库并管理其中的数据，通过对空间数据的基础空间信息进行收集、整理，将其集合到数据库中，并根据地面对象随时间的变化及时更新数据库信息，为可视化仿真系统的建立和运行提供基础。
4. 2 图形显示模块
对空间数据库中每种空间对象进行分析，根据其自身的特征自动采取适合的图形绘制和造型技术，将数据通过图形或图像的方式反映出来，其中图形可以是二维，也可以是三维。
4. 3 图形操作模块
对显示出来的图形进行修改和补充，使其在空间上更为合理，在形态上更加符合建筑学思想，另外通过人机交互还可调整各项参数，如水系、境界、植被符号的自定义和填充，光学属性（颜色、透明度）的修改和调整等，并且能够将操作结果保存到数据库中，或者根据不同的选中设备，向不同的输出设备（显示器、绘图仪、打印机和文件等）输出图形。
4. 4 图形分析模块
系统可自动计算某特定区域或建筑物的参数，并将其反映在计算机屏幕上，并且通过建立可视化的实时人机交互平台，方便技术人员分析，并随时模拟施工过程， 在此过程中， 系统可通过分析给出相应的参考意见，以便技术人员更好地进行相应工作。
1相对于现行设计标准的变化
绿色建筑评价标准大体上是基于我国现行的设计标准，也部分借鉴了国外绿色建筑评价标准的内容，同时结合我国的特征进行了修改补充，如节地部分，要求“建筑物周围人行区风速低于5m/s，不影响室外活动的舒适性和建筑通风”、“室外透水地面面积比大于等于40%”；如节能部分，要求“建筑总平面设计有利于冬季日照并避开冬季主导风向，夏季有利于自然通风”、“新建的公共建筑，冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量”、“建筑设计总能耗低于国家批准或备案的节能标准规定值的80%”；如节水部分，要求“办公楼、商场类建筑非传统水源利用率不低于20％、旅馆类建筑不低于15％”；如节材部分，要求“建筑结构要素要简约，无大量装饰性构件”；如室内环境部分，要求“设置室内空气质量监控系统，保证健康舒适的室内环境”、“办公、宾馆类建筑75％以上的主要功能空间室内采光系数满足现行国家标准《建筑采光设计标准》GB50033的要求”等。标准一方面补充了现有标准在绿色方面的欠缺，另一方面强化了相关设计要求的量化标准。此外，绿色建筑评价标准还强调了设计阶段应关注施工、运营方面的内容，如节材部分，要求“建筑结构材料合理采用高性能混凝土、高强度钢”、“在建筑设计选材时考虑使用材料的可再循环使用性能，在保证安全和不污染环境的情况下，可再循环材料使用重量占所用建筑材料总重量的10％以上”；如运营管理部分，要求“办公、商场类建筑耗电、冷热量等实行计量收费”等。
2绿色建筑体系的完善
伴随着绿色建筑的推进，绿色建筑评价管理单位也不断发展，但绿色建筑评价标准在地方适用性、建筑类型适用性、评价的标准细则上还有不足，需要不断发展。如在建筑类型方面，编制和颁发了“绿色医院”、“绿色办公”、“绿色商店”、“绿色超高层”、“绿色校园”、“绿色生态城”等；在地方适用性方面，上海、北京、天津、深圳、江苏等大部分省市都提出和颁发了适用于地方特点的地方标准。此外，现存的设计标准也进行了相应修订和完善，如《上海市民用建筑太阳能应用技术规程（光伏发电系统分册）》（DG-TJ08-204B-2008）、《地源热泵系统工程技术规范》（2009年版）、《上海市居住建筑节能设计标准》（DG/TJ08-2078-2010）、《民用建筑节水设计标准》（GB50555-2010）、《建筑遮阳工程技术规范》（JGJ237-2011）、《上海市公共建筑用能监测系统工程技术规范》（DG108-2068-2012）、《上海市公共建筑节能设计标准》（DG108-107-2012）、《半导体照明应用节能评价技术要求》（2012年版）、《工商用制冷设备的环境标志产品技术要求》（2012年版）、《民用建筑室内热湿环境评价标准》（GB/T50785-2012）等。
3设计革新的思路
建筑行业在应对绿色建筑评价标准方面，除了需要不断完善设计标准体系之外，还需在以下三个方面进行革新和改变。
3.1设计准则的变革
虽然我们的现存设计标准不断完善了绿色建筑的相关要点，但是建筑设计的宗旨仍然是在保证功能、美观、安全、舒适的前提下，实现初投资的经济性和投资的高回报率，这也与开发商的投资利益最大化的思路相符。但不同的是，“绿色建筑”强调的不是初投资经济性下的建筑性能最佳，而是建筑全寿命周期下的投资回报率最佳。简而言之，更加关注的是“动态回报率”，而非“静态回报率”，即绿色建筑时代，建筑设计的优劣准则应以消耗最经济的资源来满足功能、美观、安全、舒适等固有属性的需求。
3.2设计流程的变革
因为绿色建筑强调全寿命周期，强调性能化设计，所以绿色建筑设计一方面要求设计师需要了解设计的相关知识，了解建筑的建造过程和运行使用的运维要求，另一方面需要使用计算机模拟的方式来计算和分析设计方法的优劣。其实对于社会分析逐步细化的今天，设计师难以全部掌握这些技术，为了适应这两方面的需求，最重要的是改变本身固化的设计流程和设计方式。建筑物理专业必然成为绿色建筑设计新流程中的一员，他们主要承担多种设计方案的性能比较分析，以帮助设计人员在有限的时间内设计出最佳的建筑，当然有些大型企业还会诞生如建筑材料/产品咨询师、建筑需求分析咨询师等分工，他们可以为设计师释放更多的时间去关注设计方案本身在功能、美观、舒适等基本功能方面的优化组合和实现。建筑设计的过程也必须成为全过程化，在施工图完成之后的技术招标、图纸深化和施工、调试、运营阶段，设计师都必须时时跟踪，并担当重要的角色，如图1，在电气系统技术深化阶段，施工图的设计单位仍然需要承担技术审核的角色。
3.3设计方法的改变
与传统的建筑设计方法不同，绿色建筑的设计方法更加注重气候、环境等因素的引导设计、定性设计方法的定量化、定量设计方法的可视化，同时更加注重集成技术的最优化设计。（1）气候、环境等因素的引导设计传统建筑的建造在适应气候、环境等方面有很多的实践并形成了一些值得我们借鉴的经验。在当今的建筑设计中，这些方法都或多或少地消失了。当代建筑设计中建筑师多数把利用或者抵御气候的问题转移给了设备工程师，气候等因素所能体现的内容只是一些技术标准和技术措施。绿色建筑则要求建筑师在设计建筑之前就应该了解当地的气象地理特征，从而指导如何进行体型、窗口设计等。如图2，就是在建筑设计之前，充分了解当地可以利用自然通风满足室内舒适性的月份，从而指导以何时的气候条文作为边界条件指导自然通风设计。（2）定性设计方法的定量化传统的建筑设计方法对于某些技术的效果表达很难用定量方法量化，如自然通风效果等。如图3，通过结合计算机模拟技术的自然通风性能设计，可以定量表达房间开窗设计在自然通风情况下小于0.3m/s区域的面积比，通过定量化的评价可以为开窗开门大小、位置提出改进建议。（3）定量设计方法的可视化传统的建筑设计方法对于某些技术的设计通常使用经验公式或某些简化的图表进行计算，如自然采光、空调风口的设计、噪声、空调处理过程等。但这种定量设计方法缺乏可视性和形象化，对于计算结果的验证也只能通过经验或者计算书的检查来实现，对于某些非专业的业主或者使用者就很难表达清楚。建筑性能设计方法就可以通过一些计算机仿真技术将传统的定量设计方法进行可视化。如图4为某大空间建筑的气流组织分析图，通过经验公式计算初步确定了风口布置方式（10个送风口和5个排风口，送风口风速3m/s，排风口风速为2m/s），可视化的结果表明送风可达到池厅区域，排风口的设计不会形成短路现象，且空气流动均匀性较好，大部分区域满足小于0.2m/s、大于0.05m/s的要求。（4）集成技术的最优化设计自从2005年《公共建筑节能设计标准》以来，我国就非常重视建筑节能的工作，可以说绿色建筑的核心也是建筑节能，在能源方面就体现了与绿色建筑相适应的特点，可以分析不同节能技术集成的综合效果，可以展示建筑的能耗特征，促进建筑节能技术措施的优化。如图5，该项目预测出建筑未来逐月以及主要用能设备的能源消耗情况，通过进一步调整围护结构保温、遮阳、照明节能以及高效制冷机等空调设备节能措施，从而将节能率从50%提高至60%。
3.4设计工具的变革
从绿色建筑工程的实践可以发现设计方法的推进还存在以下问题：1）二维制图设计与三维仿真分析的交替建模的重复矛盾；2）多种性能化分析软件之间的协调配合；3）专业化分析人员与专业化设计人员的协调发展。从发展来看，以BIM建筑信息化模型平台集成众多性能化分析技术的设计程式将是未来发展的趋势，如Autodesk的Revit就尝试集成了Ecotect、IES等软件，Sketchup就尝试集成了EnergyPlus软件；同时加强设计人员的性能化分析技术的培训和专业化分析队伍的设计工程实践也是促进新设计方法发挥更大作用的措施（图6）。
4案例分析—以建筑遮阳设计为例
以上海某交通建筑屋顶遮阳设计为例，阐述绿色建筑设计方法和设计流程的特点。
4.1项目背景
屋顶天窗的设计基于提高室内采光、降低能耗、提高室内视野通透性的原则进行设计，基于以上原则之后，设计的天窗面积为屋顶面积的0.27，基于PKPM节能分析难以满足《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）的要求。基于以上情况，遮阳设计必须介入。经过多方讨论，形成以下遮阳设计的原则：1）采用固定外遮阳形式，而不采用内遮阳形式；2）以解决夏天阻挡太阳辐射为主，冬季太阳得热为辅；3）可在玻璃上多加处理，解决部分遮阳问题。
4.2遮阳设计的开始
由以上情况可知，此次遮阳设计并不是一开始就介入，而是在项目调整阶段中介入的，所以困难和限制更多。项目组专门成立了屋顶遮阳专项组，专项组的成员包括项目经理、建筑师、建筑物理工程师、建筑材料工程师以及遮阳厂家。接下来的设计过程如下：（1）首先确定遮阳设计优化措施：适当减少天窗面积；提高玻璃遮阳性能（建筑材料工程师（或玻璃厂家）提供）；考虑大梁对天窗的遮阳（考虑自身遮阳）；设置固定百叶外遮阳。（2）在以上基础上，建筑师根据实际情况提出了以下两种固定百叶外遮阳方案：方案1：固定百叶，南北方向布置，三个百叶为一组，组间距为950mm，组内百叶间距为425mm，百叶宽度450mm，百叶中心线距天窗距离为200mm（图7，8）。方案2：固定百叶，东西方向布置，五个百叶为一组，组间距为950mm，组内百叶间距为512mm，百叶宽度450mm，百叶中心线距天窗距离为200mm（图9，10）。（3）由于该项目超出了查询手册的适用范围，软件模拟计算方法（EnergyPlus）进行分析，此时建筑物理工程师介入，进行分析。
4.3遮阳模拟分析
4.3.1分析思路针对固定遮阳，计算夏季外遮阳系数和冬季外遮阳系数，继而得到夏季外遮阳系数和冬季外遮阳系数的比值（以下简称夏冬比），从全年节能角度来讲这个值越小越好，即夏季尽量遮挡阳光，冬季尽量引入阳光。
4.3.2方案1与方案2的比较两种方案的比较结果见表1（其中材料的反射率等参数由建筑材料工程师或厂家提供）。由计算结果可知，方案1相对方案2优势明显，方案2夏冬比的差别不大，方案1的夏冬比最低可以做到0.8以下。此外在方案1中还可以看出，百叶向南开比向北开更有优势，故选择方案1，并且把角度向南开作为后续分析的基础。
4.3.3方案1中参数变化的影响分析在确定方案1后，需要就百叶宽度、百叶角度以及百叶中心线与天窗距离对遮阳效果的影响进行进一步分析，然后确定它们的尺寸。（1）角度的确定由图11可以看出，在百叶宽度和离窗距一定的情况下，百叶向南开，角度与水平面成30°时为最佳。（2）百叶宽度和百叶中心线与天窗距离的确定图12是基于30°情况下，对于离窗距和百叶宽度的分析。由图可知，百叶宽度为450mm时为最佳，离窗距对结果影响不大，距离200mm稍好于400mm。
4.3.4建筑师提出两种布置方式并比较建筑物理工程师结合遮阳、采光、视野、经济性综合评价图13中两种方式优缺点，最终推荐后者。确定了固定外遮阳百叶的开启方向、尺寸、离窗距离以及布置形式之后，还需结构工程师结合风荷载及重量荷载对于遮阳结构提出要求或复核，并且电气工程师还需提出控制、防雷以及变配电等方面的要求。
4.3.5建筑师要与厂家确定遮阳产品的安装预留空间、材料颜色等内容该工程对于屋顶遮阳系统进行了性能化设计的尝试，通过性能化的优化设计，使得屋顶遮阳系统的百叶形式、开启方向、角度和尺寸等参数从定性化设计向定量化设计进行了转变。设计流程中建筑物理专业的介入也为建筑遮阳的方案对比和参数确定提供了重要的分析依据。
5结语
伴随着计算机技术、网络技术的飞速发展, 人类已经进入信息化社会, 传统的生产技术已经很难满足当下的需求, 各个行业都面临着数字化、信息化改造与升级的问题, 而建筑行业在国民经济和民生中所占据的重要的地位和作用, 必然对建筑设计行业提出了更高的要求, 正是在这样的背景下, 产生了基于设计信息化、智能化的BIM技术。而展示空间设计作为建筑设计的重要组成部分, 与建筑设计有着千丝万缕的关联, 那么, 如何将建筑设计中信息化、智能化的相关技术应用到展示空间设计中, 在当下就显得极为重要。
2 BIM技术的认识
BIM是英文Building Information Modeling (建筑信息模型) 的简称, 它是将真实建筑工程项目中的各项相关数据信息作为模型的基础, 并进行建筑模型的搭建, 通过数字化的信息模拟场景中建筑物所具有的真实信息。该模型涵盖了几何学、空间关系、地理信息系统、各种建筑组件的性质及数量等数据信息, 通过对信息的处理分析之后就可以展示整个建筑的生命周期, 其中包括了设计、建造、营运等模块, 同时它还具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等五大特点。
近年来随着BIM技术的普及, 逐渐开始被人们认识和熟知, 同时人们也逐步把注意力投入其中, 尤其是随着国家会展中心 (上海) 、江苏大剧院、上海中心等运用BIM技术的项目逐渐落地建成并投入运营, 进而取得了良好的认可和评价, 让人们清晰的认识到BIM技术的优势和亮点, 也为今后的行业发展奠定了良好的基础。
此外, 住房和城乡建设部在2016年8月份的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中明确指出:十三五时期, 要全面提高建筑业信息化水平, 着力增强BIM、大数据、智能化等信息技术集成应用能力, 加快BIM普及应用, 实现技术的升级改造。[1]这也为BIM技术的发展提供了强有力的政策保障。既有行业发展需求的内在驱动, 又有政策支持的外在保障, 让BIM技术越来越多的出现在大众视野之中。
3 BIM技术在展示空间设计中应用的可行性分析
展示空间设计是建筑设计的重要组成部分, 也是建筑空间设计的延伸, 而在更多的时候, 两种设计工作是在交织、融合中同时开展。而对于一些专门性的展示建筑, 更是你中有我, 我中有你, 这就使得建筑设计和展示设计在多方面存在着共性的特征。以米兰世博会中国馆 (如图1所示) 为例, 这是将展示空间设计和建筑设计融为一体的典型案例, 不论是建筑屋顶上的麦浪, 还是场馆中央多媒体上的田野, 亦或者是地面上的茎秆, 都很好的传播了世博会的主题和宗旨。这种建筑设计与展示空间设计所具有的呼应关系源于两者在空间特征、设计流程、服务对象等方面都存在很多共性的问题。
1) 展示空间和建筑空间设计目的的一致性
展示空间设计和建筑设计都是以满足人类需求为目的的空间营造。展示空间设计的目的性较为明确, 通过合理的规划, 有目的、有逻辑的将展示信息传递给观众, 侧重于展示内容的表达。建筑设计主要是以满足基本的功能需求为出发点, 解决建筑的使用功能和使用空间的合理安排等问题。虽然两者在功能需求上存在差异性, 但是在设计目的上是具有一致性的, 即都是满足人类的某种需求。
2) 展示空间和建筑空间的设计体系的雷同性
展示空间设计和建筑空间设计都是一种基于空间营造的设计活动, 都依赖相关系统化的设计才能完成, 两者在设计目标、设计系统和设计流程等方面有着高度的雷同性。
3) 展示空间设计和建筑空间设计的评价体系的相似性
展示空间设计与建筑设计都注重审美性的创造, 追求科技与艺术的完美结合。同时受经济和文化等因素的影响, 两者在设计风格、设计观念等方面也都具有相似性, 尤其是绿色设计、可持续设计等观念的提出对其都产生了深远的影响。因此, 两者在经济、文化、审美等评价因素方面是相似和一致的。
基于上述三方面的比较和分析, 可知展示空间设计与建筑空间设计之间存在着及其相近的共性特征, 因此, 将BIM技术应用当代展示空间设计具有较强的可行性。下面再进一步探讨BIM技术在展示空间设计中应用所具备的优势, 以及它对当代展示空间设计的发展与推动作用。
4 BIM技术在展示空间设计应用中的优势分析
BIM技术在实际应用中通常由三个模块构成, 下面我们从这三个模块逐一探讨其在展示空间应用中的优势。
4.1 设计模块
设计模块是整个展示空间设计中最基础的模块, 同时也是最重要的模块。以往的传统案例中, 因为每个公司的主攻业务是不同的, 设计能力也会参差不齐, 所以有些业主为了保证设计的品质, 通常会选择不同的公司分别进行方案设计和施工图设计, 这样导致的最直接的后果就是方案的效果图和施工图不一致, 甚至同一公司的不同部门之间协作不够深入导致设计方案不够准确, 这种类似的诸多问题的出现都需要经过一系列繁琐的修改来弥补, 极大的影响了工作效率和工程进度, 同时也造成了一些人力和财力资源的浪费。接下来我们就深入的了解一下:如何通过BIM技术的运用, 在前期设计模块就能解决图纸不符、方案不够准确、效率不高等问题。BIM技术的设计模块可以细分为三个阶段, 分别是扩初阶段、施工图阶段和合约阶段, 该模块主要运用的就是参数化设计、可持续设计、可视化设计、多专业协同作业等。
1) 扩初阶段设计模块
在扩初阶段, 按照传统的展示空间设计模式来说, 二维的CAD图纸和效果图是整个空间设计的核心部分, 能让施工方和客户对整个空间有一定的认识, 从而能够对全局有一个整体的把控, 但是实际的设计过程中, 效果图往往表现的都是一些特定的角度或者场景, 可视度非常有限, 无法全方位的表现出整个展示空间的全貌。现如今, 顺应大数据时代的号召, 通过对BIM技术的运用实现了可视化的设计, 达到可见即可得的效果, 不仅如此还可以通过场景漫游等设置, 模拟漫游空间场景, 实现全方位多角度的视觉效果 (如图2所示) 。这种可视化的设计一方面避免传统设计中施工图与效果图不符的情况, 有效地解决展示空间设计中复杂空间和局促部位的设计难题;另一方面也降低了展示空间的理解难度, 方便分析和交流, 提高了信息的交互效率, 为下一步工作的顺利开展做保障。
2) 施工图阶段设计模块
施工图阶段就是在扩初图的基础上进行图纸深化的过程, 并且最终的设计图纸需要达到二维制图规范的要求, 进而指导现场施工, 由于现阶段的BIM模型生成的图纸还无法达到这样的标准, 所以现阶段的主要应用就是将不同专业间的设计进行综合协调、错误检查, 提前发现问题、解决问题, 确保后期能顺利施工。如果有问题就及时对BIM模型进行修改, 最后将修改好的模型 (图3) 导出二维图纸 (图4) 再进行人工处理, 达到施工标准。虽然在使用的过程中还存在一些欠缺和不足, 但是优点也是非常明显的, 既保证了图纸的准确性, 又很大程度上减少了制图工作量, 极大地提高了工作效率。[2]
3) 合约阶段设计模块
项目进入合约阶段之后, BIM技术高效、精确的统计功能表现的尤为突出。因为BIM模型是由数据化的建筑构件搭建而成, 其包含了所有建筑构件的全部信息, 所以只要模型的精度达到相应的要求, 就可以快速、精准的从模型数据库中提取详细的工程量信息。合约签订时便可以以此作为重要的参照标准, 对造价的控制也会更加的准确。与传统的人工计量相比较的话, BIM统计不论是在效率上还是在精确度上都是一个质的提升。
4.2 施工模块
建筑物的建造过程是一个高度动态的过程, 展示空间的建造过程亦是如此。现如今, 随着工程规模的不断扩大, 复杂程度逐渐提高, 导致施工项目的管理难度急剧加大。当前我们常用甘特图来表示工程进度, 但是它的缺点也是非常明显的, 例如说专业性太强, 可视化程度比较低, 建造过程中的施工进度和动态变化都没法清晰的表达等。
相比较而言, BIM的优点也是显而易见的, 因为BIM模型是一个拥有全部信息的数字模型, 它可以将施工过程模拟成为一个真实可见的现实。通过将BIM模型与施工进度计划相链接, 将空间信息与时间信息整合在一个可视的4D (3D+Time) 模型中, 直观精确地反映整个展示空间的施工过程 (如图5、6所示) 。在4D模型中可以对整个工程的施工进度、资源和质量进行统一管理和控制, 以缩短工期、降低成本、提高质量。[3]
此外, BIM技术在展示空间工程施工阶段的应用还体现在可视化控制上, 能够实时的显示工程进度, 方便设计师和施工方相互协调, 尤其是对重点、复杂空间的机电深化和结构深化, 钢结构和幕墙设计、加工、安装上都发挥了重要作用, 保障施工进度的顺利进行。
4.3 运营模块
对于一个展示空间来说, 因为其特有的属性决定了其会具有频繁的使用率, 这也对运营方和BIM平台提出了更高的要求。展示空间的运营模块主要由监控、通讯、照明、通风、电梯等众多子系统组成。传统的运营方式中如果某一子系统中的设备或者线路在使用过程中发生故障而无法得到及时解决就会容易影响整个空间的正常运营, 情况严重的还会引发安全事故。通过运用BIM技术, 就可以实时的发现并解决隐患, 减少不必要的麻烦。我们假设某展厅是一个完整的BIM模型, 在此基础上就可以关联整个展厅的摄像头, 从而建立该空间的监控系统, 当系统检测到某一局部发生火灾等险情时, 系统将会自动报警, 并且及时定位到灾情位置、通知到其他关联子系统, 同时提供合理的疏散路线等信息, 进而对消防性能进行优化分析, 验证疏散设计是否合理, 确保突况出现时将危害降到最低。
一般来说, 展示空间的体量都是比较庞大的, 日常检修和维护环节也是相当繁琐。通过BIM技术的运用, 只需要点击BIM模型, 就可以轻松的查阅空间中相关设备的具体信息, 例如设备的具置、使用期限、维护和检修情况等, 还可以及时提醒更换即将到达使用期限的设备, 起到预警的作用。通过BIM系统还可以对空间中能源的消耗情况进行自动统计分析, 例如某个空间每天或者每月用电信息或者温度信息等, 并对异常情况进行警告或者标记, 确保资源的合理利用。
5 结语
综上所述, BIM技术展示空间设计中的应用, 其自身所具备的优势, 将从两个方面对当代展示设计的发展起到积极的推动作用。一方面, 在设计实践上, 增加了设计的可视性和准确性, 从而满足了更加复杂的展示空间形体塑造, 提高设计质量和效率;另一方面, 在设计意识上, 方便了设计思想的交流, 避免了设计师不负责任的行为发生, 提高了设计师的责任感。这些都决定了BIM技术在展示空间设计中的广泛应用将成为一种无法回避的趋势。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.2016-2020年建筑业信息化发展纲要[M].2016.
关键词:我国铁矿采矿技术 现状 发展
1、露天矿深部开采联合运输系统完善与创新
要提高露天矿开采和设备全系统的作业效率,要掌握设备保持良好状态的关健技术,对设备进行实时状态监测,严格实施维修保养计划。
2、矿山现代化信息系统
要扩大信息系统范围,除调度系统外,还包括矿山地质可视化系统;资源储量估算与经济评价系统;矿床开采智能优化与快速评价系统;生产调度指挥与控制技术;生产调度优化系统开发;安全预警与灾害控制技术研究等。实现金属矿山基础信息采集、传输、存储和表述的数字化;地质测量过程可视化、数字化;开采设计、生产计划编制的数字化和生产经营参数的最优化;生产调度指挥的数字化、三维虚拟现实可视化。
3、露天开采向地下开采过渡技术
露天地下联合开采合理范围确定;露天地下联合开采工艺的确定;露天地下联合开采采场稳定性研究,露天地下联合开采的岩体破坏模式,开发一系列适用于露天地下联合开采稳定性分析的软件系统和采场应力/应变和微震监测系统。建立一套露天地下联和开采的技术体系,使采矿成本降低5%～10%,投资降低20%。
4、坑内矿现代化高强度开采工艺技术与装备
以司家营南区铁矿为代表研发创造超级采场下诱导冒落崩落等现化高强度坑内开采新工艺,实现地下矿年产1000万t/a以上,接近国际大型坑内矿第一位的瑞典基律纳铁矿生产水平（1800万～2300万t/a）。要推出属于自己的新一代井下采掘设备,要配套完整,能体现高质量、高性能和高科技的特点,在国际上能享有盛誉,具有国际核心竞争力。
5、复杂难采矿床坑内开采技术
5.1 深井开采技术
以本溪大台沟铁矿为代表,采深1200～2000m深部高温、高压、高应力（三高）条件下矿床开采致灾机理研究;深部矿床致灾监测传感器网络集成技术研究;深部矿床开采灾害可视化分析模型与预警技术研究;深部矿床开采灾害大规模并行可视化分析模型与预测技术研究;深部矿床开采移动目标跟踪、定位与紧急撤退系统研究,提高矿山经济效益,保证实现安全、高效的开采。
5.2 有地表保护目标的坑内开采
研究“三下”开采（河流下、铁路下和建筑物下）的关健技术,开展地质力学、岩石力学、开采工艺、监测技术和工程治理等多方面学科为基础的综合性研究工作,开展岩层移动和地表变形的综合研究和构造应力条件下地表移动规律研究,同时进行监测方法和网络以及若干技术措施研究。
5.3 具有水害危险的矿床开采
研究防治水患的办法,堵水建筑防渗层,在含水带与采区之间,构建隔水构筑物或注浆封堵或采用帷幕。疏干:掌握岩石渗透性、涌水量和可能的地下水位下降强度,采用矿体疏干工艺。大水矿床开采面临诸多领域,诸多学科,没有统一模式,要因地制宜,不同矿山,不同条件,区别对待,研究有效的防水方法。
6、贫铁矿床充填法采矿关键技术研究
通过采动围岩损伤演化机理与岩体渗流规律预测、阶段嗣后充填法开采灾变失稳预测与控制、低成本新型胶结材料研发与高浓度料浆自流输送等关键技术攻关,解决大型铁矿床规模化采矿的阶段嗣后充填法采矿的充填法采矿岩移规律与地质灾害监测及防控等问题。同时、高浓度胶结充填材料和自流充填工艺与技术,降低充填成本,提高采矿效益;建立废石不出坑、尾砂不人库、废水不外流的绿色矿山。既开发利用贫铁矿资源,又实现难采资源的安全、环保和高效的开发和利用。
7、金属矿山大规模、高效、智能化开采关键设备研究
通过高效率电传动地下运输车、地下大型低污染铲运机、井下设备智能化操控系统、高效多功能锚杆钻装车、高效深孔凿岩设备、地下矿山安全环保型炸药及地下中深孔乳化炸药装药车工艺设备的研制,生产具备新型驱动技术且载重吨位35～40t的井下自卸车样车,可提高爬坡能力10%;运输效率提高10%～15%。
8、采矿节能降耗关键技术研究与示范
通过基于爆破能量消耗的爆破块度预测与控制、多形式运输系统联合开拓节能、基于按需通风、动态适应调节的通风系统节能、矿山系统能耗优化综合控制等关键技术攻关,形成冶金矿山采矿主体工序能量合理分布优化技术、矿山设备能耗高效利用技术,力争降低采矿工序能耗10%～15%。
9、矿山生态环境保护及恢复
矿区破坏土地合理利用技术模式研究与工程示范;露天闭坑采场建尾矿库的关键技术研究;矿山酸性废水处理及资源化关键技术与装备的研究;排土场重金属污染土壤生物修复技术研究及示范;排土场重金属迁移控制技术与封隔拦挡新材料研究。
10、金属矿山地质灾害控制技术
露天矿边坡的滑坡控制技术、排土场滑坡及泥石流防治技术、矿山地质灾害控制技术。防治地质灾害是一项长期任务,虽然积累了一些防治经验,但有一定的局限性和时效性,还应从理论到实践广泛开展此项有效的防治技术措施。
11、海洋采矿
国际上海洋采矿主要有连续链斗（CLB）采矿方法、海底遥控车采矿方法和流体提升采矿方法,都处于试验阶段,中国开展此项研究晚了一点,借鉴国外经验,拟采用“集矿机一泵提升”的流体提升方式采矿方法,要开展基础研究与试验,要建立大洋采矿试验室,制订海上中间试验方案。海底采矿研究要与经济目标紧密相联。
12、智能化矿山相关技术研究
智能矿山是矿山企业信息化的发展方向,也是矿山企业信息化的最高阶段。智能矿山建设是一项复杂的系统工程,涉及到现代信息技术、自动控制技术、可视化技术、虚拟现实技术和采矿科学、地质科学等学科。
BIM技术的逐渐成熟为建筑尤其是超高层建筑中的发展提供了有力的技术支持。武汉中心项目充分发挥BIM技术的优势，实现了参与方的共赢。
1、武汉中心项目概况
武汉中心是武汉CBD公司实施核心区开发战略的第一个项目，是实现核心区功能最重要的组成部分之一。
项目位于武汉王家墩中央商务区财富核心区西南角，与城市大型公共配套连接紧密。占地约2.81ha，总建筑面积359270.94m2，其中，地上建筑面积272652.53m2，地下建筑面积86618.41m2，设置1300个机械式停车位，建筑高度为438m，层数为88层。是集智能办公区、全球会议中心、VIP酒店式公寓、白金五星级酒店、360°高空观景台、高端国际商业购物区等多功能为一体的地标性国际5A级商务综合体（图1）。
2、BIM在武汉中心项目中的应用
2.1 幕墙参数化找形与划分
武汉中心的外形是由不规则的曲面组成，形式复杂多变，传统的二维CAD技术已经无法精准表达该复杂曲面，更不可能对该复杂曲面进行幕墙划分和优化。于是我们利用三维设计软件Catia对武汉中心外形进行参数化找形。通过对武汉中心垂直高度O、167、438m处截面的参数控制，可以迅速地调整整个建筑的外形，得到多个建筑方案，然后与建筑师进行沟通，对不同方案进行分析、比较，确定了最终设计方案（图2，3）。
外形方案确定以后，将Catia模型根据建筑层高进行切片，从而得到每层轮廓线，然后导出DWG格式文件，提供给专业设计人员进行二维CAD设计，并将精度控制在0.002mm（图4，5）。
由于外形曲面复杂，故选用Catia对武汉中心外立面幕墙进行参数化的划分。
武汉中心外立面幕墙划分存在以下难点：1）幕墙规格的一致性2）边缘幕墙尺寸接近；3）幕墙的几何形状包括矩形、梯形、不规则四边形、三角形；4）每块玻璃的挠度不超过1/60（16mm）；5）面与面之间夹角较小。
幕墙划分需要考虑的设计因素：1）外形均匀美观；2）保证曲面平滑过渡；3）尽量减少玻璃的规格型号，以降低成本。由此确定了两种幕墙划分方案：1）全部对齐（图6）；2）相邻错开，错开距离可调（图7）。
将Catia模型导入Rhino，利用Rhino插件对武汉中心外立面幕墙进行参数化划分，通过对参数的设定和调整，对每块幕墙玻璃的尺寸进行控制，同时对每块幕墙玻璃的挠度进行分析，从而确定幕墙玻璃的尺寸（图8）。
2.2 方案优化与性能化分析
利用BIM软件对武汉中心项目进行模型构建，并将模型导入到专业分析软件中，进行性能化分析，从而对方案进行优化和筛选，确认最终的建筑方案（图9）。
针对不同的建筑方案，采用不同的结构体系，并利用BIM软件进行模型构建，并将结构模型导入到专业的结构计算软件中计算和分析（图10）。
2.3 设计配合与成果校核
利用Revit系列软件对不同专业的设计图纸进行模型构建，实时、可视化地与设计师进行沟通交流，直观地反映并完善设计师的构想，同时利用BIM软件的平台功能，将不同专业的模型相互链接，对整个建筑的设计成果进行校核（图11）。
2.4 碰撞检查与管线综合
利用Revit系列软件构建武汉中心项目的全专业模型，通过Revit软件导出NWC格式文件，并利用Navisworks软件打开该文件，进行漫游和碰撞检查。对不同专业的模型进行设计校核，对发现的问题进行标记，并提出修改意见，同时将碰撞报告反馈给各专业设计师，一起协调解决（图12）。
2.5 施工现场技术交底
利用三维BIM模型与传统的二维CAD图纸相结合，对施工现场进行技术交底，不仅缩短了现场施工人员看图的时间，而且增强了对图纸的理解深度（图13，14）。
关键词：BIM技术；空间能力；复杂管线；三维模拟分析；构件预制；信息精准度
中图分类号： TU85文献标识码： A 文章编号：
工程概况
新疆卷烟厂易地技术改造项目位于乌鲁木齐市高新技术开发区内，建筑面积77920m2。本工程是一个集生产、临时储藏、车间辅助办公为一体的大型丙类综合性工业建筑。地下一层，地上为一层，局部有二层和三层，其中由单层大空间网架结构的卷包车间、制丝车间等组成的联合工房。
图1 烟厂项目整体效果图
该项目机电安装工程涵盖给排水、电气、暖通、动力及弱电等五个专业，涉及软化水系统、蒸汽管道系统、真空管道系统、压缩空气管道系统、天然气、综合布线系统等16个分系统，管线复杂，合同工期紧仅为180天。
BIM技术应用背景
2.1项目特点
该项目属于大型工业厂房项目，涉及专业多，管线复杂，排布密集，各专业图纸在设计过程中的空间协同考虑难度大，各专业管线之间空间碰撞问题严重。
设计院提供的二维管线综合图纸，管线密集，错综复杂，读图识图难度较大。
2.2 BIM技术特点
“BIM”是指“Building Information Modeling建筑信息模型”，是一种利用数字技术表达建设项目几何、物理和功能信息以支持项目生命周期建设、运营、管理决策的技术、方法或者过程。建筑信息模型的建立，为进行各种可视化分析（空间分析、体量分析、效果图分析、结构分析……等）提供了方便，也为我们更科学的制定对策提供了技术支持。
同时，BIM技术作为一种先进的行业理念，将是未来发展的趋势。施工单位对于BIM技术的熟知和掌握程度，将在不久的将来成为衡量其施工水平重要标志。为此，我们要根据现有的技术条件，理性发展，重点突破，制定更加详细的、科学的技术应用计划，逐步深入，不断挖掘，由浅及深，从而实现BIM技术的全部应用，甚至参与该技术的研发。
BIM技术应用实践概况
（1）本工程整体施工量大，设计专业较多，工期短，管线错综复杂，要保证施工进度及合理组织劳动力，就必须划分好各个专业之间作业面，合理安排施工顺序。所以，综合管线布置图就是BIM技术在新疆卷烟厂施工过程中的发挥重要作用之一。在工程开始阶段，由专业人员对于整体新疆卷烟厂结构、水、暖、电管线进行三维排布，并考虑到各个时期劳动力需用量以及各专业的安装要求对新疆卷烟厂安装工程施工进行合理排布。
（2）厂房类项目中连廊、管井、空调机房及格栅上都属于管线密集区域，利用BIM技术的三维建模技术完成各专业间管线排布，合理规划有限空间，实现空间利用最大化。新疆卷烟厂联合支架方案的最终确定正是利用三维建模的直观模拟性，其保障了水、电、风三个专业在紧密的空间内最大限度的利用空间，减少支架使用量，提升吊顶高度。
图2 空调机房管线综合调整案例
（3）合理安排劳动力。为科学、合理配置劳动力，缓解高峰用工压力，我们利用BIM技术的工程量统计功能科学计取工程量，然后结合工期进度安排，制定相应施工阶段的劳动力配置表，优化劳动力分配方案，科学组织劳动力进场。
本项目涉及专业众多，同一垂直面上往往涉及多个专业同时施工的现象，而各个专业的施工难度、作业量相差较大，所以施工进度也相差甚远。针对这一现状，我们合理的利用了BIM技术的施工进度模拟功能，模拟出施工现状，合理的安排了劳动力的投入以及各专业管线的安装顺序，保证各项施工顺畅进行。目前，项目正处于施工高峰期，但劳动力安排仍然有条不紊，各个专业之间配合良好，各项进度也按照既定计划如期进行。
BIM技术应用过程中的收益
2D变3D，畅通信息传递渠道
一个工程从立项到竣工，一般都要经历从甲方，到设计方，再到施工方等三个信息传递环节，因为不同受体对同一信息的理解往往不尽相同，所以信息随着信息链的传递，必将会发生一定的偏离，而偏离程度的大小取决于信息本身的难易度、和各环节信息受体的综合素质高低。为此，本项目在进场之后便组织大量人力完成三维建模工作，并积极联系甲方、设计院确认效果，可视化进行沟通，对于甲方提出的修改意见也能更好的领会，合理的做出调整，将复杂的问题简单化，确保沟通渠道的畅通。
2）科技领航，技术创效
利用BIM技术强大的管线碰撞检测功能，解决各专业间及专业内部碰撞近2000处。本工程属于工业项目，大多都是大口径管道，宽度超过2000以上的风管也很普遍，如果到实际安装过程中发现碰撞问题再做调整的话，难度可想而知，经济损失也是巨大的。加上各专业管线排布密集，合理安排各专业管线的安装顺序也显得尤为重要。因此在BIM建模阶段就充分考虑这些因素，对各个专业管道进行分层，为后期施工组织提供依据，从而避免了各专业施工的打架现象，极大的减少人、才、机的浪费，也保证了工期。 再者，新疆卷烟厂管廊、空调机房等都是无装饰吊顶，BIM技术运用改善了工程中完工后的观感效果，展现了企业的技术水平。
各专业管线碰情况撞统计表
图3管线碰撞检测案例
3）构件预制，确保工期
机电安装工程中，实现管线工厂化预制是提高施工效率、降低施工的投入最直接最有效的措施。然而施工图纸的不完善、设计信息不完善，造成这一设想的推广遭遇了很大的阻碍。而建筑信息模型尤其是管线三维模型建立后，很大程度上解决了这一难题。
图4成品支架设计效果图图5现场安装成型支架图
结束语
BIM技术在新疆烟厂易地技术改造项目机电安装工程应用的经验，为我们今后对BIM技术的研究与探索提供了有价值的参照蓝本，总结其中经验得失，科学的运用BIM技术，实现建筑信息的可视化，精确化，从而实现对未知问题的提前评估，科学的制定对策，降低决策风险，最终实现科技创效。
参考文献：
关键词：BIM技术；应用；利弊；分析
Abstract: This article from BIM implementation strategy description BIM services team selection principle, several aspects of the implementation of BIM Note BIM project.Keywords: BIM technology; application; pros and cons; analysis
中图分类号：C39 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
BIM是Building information modeling的缩写，直译为建筑信息模型，实际上是建模和模型管理应用的过程，是信息化和数字化在建筑行业的体现，也是今后的建筑行业发展方向，成为住建部十二五计划的重点发展内容之一。BIM技术给各方带来的美好愿景使得包括业主、设计院、施工方、质检部门、材料供应商、软件公司和科研院投入其中，积极进行科研探索和工程实践，发掘BIM的工程价值和商业价值。 以下从BIM实施策略说明、BIM服务团队选择的原则、实施BIM的注意事项等几个方面阐述BIM在工程中的应用。
BIM实施策略的说明
BIM的实施由(1)专业软件Autodesk Revit （Arch/Structure、MEP）、Magicad、Navisworks等和相应的工作服务器(2)项目BIM顾问团队(3)业主BIM管理团队（4）实施项目的BIM管理制度等几个方面组成。 BIM实施的目的经常是业主提出需求，比如管道综合、净高分析、碰撞分析、材料统计、可视化分析、运维管理、施工模拟等。业主根据自己的需求制定服务要求，和BIM顾问团队沟通深化并制定BIM策略，来达到业主期望值。“不可不进，不可冒进，要稳步前进”是很多业主对新技术实施采用的科学可行的策略。
从BIM实施层次分为三个层次：
（1）BIM的基础层（2）BIM的应用层（3）BIM的管理层。三个层次介绍如下：
1、BIM的基础层：主要包括BIM模型的构建、分类、拆分组合和模型数据格式转化等工作。其工作需要BIM设计标准来规范，而BIM标准要根据具体应用的要求来确定。BIM标准的研制能力是BIM实施成功的保证。
2、BIM的应用层：主要包括管线综合、可视化分析、建筑性能化分析、施工模拟和运维模拟等应用工作。其应用的实施需要较强的专业背景。例如目前管线综合是一种较成功的应用模式，很多业主和施工总包单位都很需要，而BIM管线综合需要专业背景和工地现场经验，换个角度说需要整理出管线综合的知识体系、相关规范和通过实际项目培养精通管线综合的专业人才。
3、BIM的管理层：主要包括模型建构及业主对应用的质量、进度和深度控制，模型深化和工程参与各方建筑信息交换过程的控制等。BIM实施成功的关键点之一是工程参与各方对BIM的理解和应用，而且BIM的实施要业主根据自身项目量身定制，同时一个经验丰富的BIM团队对实施BIM管理将产生重要影响。总之，管理层要点是定制BIM方案、控制进程、协调各方信息。
以上三个不同的实施层次由不同的工程角色来完成，三个层次有机结合，互为促进。
BIM服务团队选择的原则
目前国内很多工程都或多或少应用了BIM技术，而不同的工程应用要求的团队也不十分一致，其各自应用侧重点和发展方向、遇到的问题都不一样。基本上有四个方面的BIM团队：（1）业主的BIM团队（2）设计院的BIM团队（3）施工单位的BIM团队（4）第三方咨询验证的BIM团队。简单介绍各个团队的不同：
业主建立的BIM团队
业主自己建立BIM团队最大优势在可以参与进利用BIM管理项目的全过程，把控BIM实施质量、深度、进度，并在过程中按照自身的需求深化或调整BIM策略，使得BIM按业主要求把作用发挥到最大。 业主BIM团队的困难在于组建团队需要人力资源、培训和进程中的研究，其中最难的是进程中的研究。因此，一般的业主组建BIM团队后，因缺少项目持续支持，其成长性一般。国内实力开发商如万科等，港资开发商如中信泰富等BIM团队成长土壤较好，尤其香港房屋署要求竣工资料归档必须含BIM全套文件，使得港资开发商比较重视BIM团队建设。
设计院的BIM团队
设计院本应就是BIM设计团队，因为最佳的BIM团队应该就是设计院本身，设计师直接用BIM软件立体化设计和交互提资、分析研究，在三维空间确认无误后直接转为二维出蓝图。目前国内有如华东院、北京院、云南省昆明院等在做该方向转化工作，同时autodesk公司也在支持研发绘图软件更便捷。
目前设计院一般是二维设计后交本院BIM团队复核差错，再返回设计师修正设计错误，然后出施工蓝图，还没能做到设计师和BIM工程师合二为一。设计院的BIM团队就是服务于设计师提高设计质量，对项目的其他BIM用途是关心不够的。
施工单位建立的BIM团队
施工单位的BIM团队大都是因投标业主要求或进场后自身管综要求而建立的，其中主要是做管道综合事务，使得进场工人施工有序，合理降低施工成本，减少工期和返工。对BIM应用的研究程度不及业主和设计院全面，但是随着建设部要求特级施工单位需自身配甲级设计院，相信施工单位依托自家设计院的技术和研究将对BIM应用加深、加广。
第三方BIM咨询顾问团队（作为业主、设计院的第三方）
第三方BIM咨询顾问团队一般是很专业的BIM团队，服务于业主委托的设计校核任务，有部分设计监理的味道。因其本身经过很多项目研究和操作，实战经验较丰富，对BIM技术而言是没有问题的，但是他们的工作必须在业主BIM团队指引下进行，否则容易把业主和设计院的关系搞僵。 BIM专业咨询顾问公司只对业主负责，在业主指引下进行设计院沟通。其提出的设计意见报告书需含问题原因分析和技术支持，否则难以和设计院沟通。
因此可见各家BIM团队的工作目的和组成原因是不一样的，人员素质也有差别。总之，要搞好BIM为项目服务，业主BIM团队必不可少，关系到每家业主目的不同，可以选设计院BIM、施工单位BIM、第三方咨询顾问BIM团队的不同选择。
一般来讲，如果设计院BIM很强的话，倾向于设计团队和BIM团队是一家。否则，可以考虑第三方BIM咨询顾问公司，业主要加强对其和设计院的沟通管理。而施工单位的BIM对设计质量提高效果一般，主要用于自身服务和投标要求响应。
实施BIM的注意事项
1、BIM不是天之神器，要求业主对其功能和构成有所了解才能发挥其真实和准确的作用。 首先在实施BIM前根据需要做好BIM服务任务书，然后制定BIM实施策略和模型深度明细，业主的BIM管理办法（含BIM和设计院、总包单位、各种深化设计公司、景观公司、装修公司等之间的提资方式、建模配合方式、改错方式等问题明确管理办法）；
【关键词】环境艺术；设计；BIM技术
1引言
通过计算机技术的辅助，环境艺术设计需要运用不同的软件实现三维建模、材料统计、三维场景实时仿真和施工图绘制等任务。然而，在实际当中，如何能够通过一个系统来实现这些过程的有效集成，以及数据统计与三维模型的有效结合，成为了一大难题。现阶段，建筑信息模型技术以计算机系统作为基础，提出了环境艺术设计系统中BIM的一种新体系结构。在BIM技术的帮助下，设计者可以在设计的整个过程中使用一致的信息，准确地模拟场景中的视图框架结构、材质属性和数据交换，也可以创建更精确的施工图。依据BIM信息管理平台来定制项目的部署和实施，信息的设计过程可以通过数据库来管理，提高不同专业设计之间缺乏集成性的特点，维护和更新设计和施工过程中的各个方面。
2BIM技术在环境艺术设计中的优势
传统环境艺术设计往往是依靠AutoCAD等一些设计软件来完成二维平面垂直以及剖面图的设计，然后结合3dsMax软件制作3D效果图，这种设计方法和三维模型设计没有集成性，可视化的目的实现不了，造成它的价值不能被带到后面的施工设计和项目管理当中。目前，随着计算机信息技术的发展，BIM技术给环艺设计提供了解决这些问题的一个可靠的方案。新的建筑信息模型具有很强大的组件库，大部分的场景、材料和设施都存储在该数据库当中，随时可以调用。BIM的数据库包括了建筑材料以及室内装饰材料的详细信息，为环境艺术设计发展应用创造了更多的附加功能。该模型易于生成各种综合表格和材料表，从而使设计者可以方便地使用BIM进行工程预算。也可以基于丰富可靠的建筑信息模型中的数据，从一开始的空间规划以及进度制定，到需要改动详细图纸中设计阶段中材料成本的预算，都能够在跟其关联的地方得以显示。倘若设计者改动了平面图纸上构件某处的尺寸或者位置后，每个视图的三维双向关联以正确形式显示出来，并且其他相关图纸的网站也会自动更新。
3BIM技术
3.1BIM技术介绍
BIM技术是基于三维数字技术之上，集成与建设项目相关的信息工程数据模型，以及在设计、施工、管理中的应用数字技术。其中国际标准组织设施信息委员会为BIM设立了准确定义：BIM是一种运算方法，它是在开放的行业标准之下对设施的功能特性和物理以及相关的项目生命周期信息的计算，并为决策提供支持，能更好实现项目价值。因此，既CAD的技术发展后，BIM技术又是一中新的技术，它的应用将给多个行业带去革命性的变化。
3.2BIM技术在国内外的研究现状
自2002年Autodesk公司首次推出Revit软件且在全世界内广泛的推行BIM的概念，使得BIM技术已逐渐的被大家接受，而且在实际的工程当中得到了应用。因此BIM技术已引起国内研究者的广泛关注，其关注度呈指数增长。由于BIM技术最开始起源于国外，造成国内的研究相比于国外还不够成熟。在国内，对大多数的人来说，BIM技术只是一种新鲜的技术，还在不断发展当中，具体的内涵还不能被大家详细理解。就目前来说，国内外的相关研究人员主要对BIM技术的研究集中在了以下的三个方面上：（1）对BIM技术的基础理论探究，主要表现形式是将BIM技术的相关标准以学术发表的形式公开其研究成果。（2）对BIM软件解决方案的理论探究和开发BIM软件，在这些方面上的研究成果主要是BIM的软件系统开发。（3）BIM技术在实际工程中应用前景的研究。主要研究是怎么将已开发出的BIM软件用于实际的工程当中，解决在实际应用当中所遇到的一系列问题。
3.3BIM技术的特点
3.3.1具有协调性特点
作为一个复杂性强的系统工程，项目协调在其过程、部门和各项目之间起着非常重要的作用。在项目的进行过程当中，如果遇到问题，管理部门应及时的组织有关人员召开紧急会议，集中的探讨相关问题，协商解决办法。但是对于其中的有些问题，协商也不能够得到很好解决。其中，BIM技术的应用能够合理的安排内部部件的结构，还能够实现对平面布置电梯井和其他成分的协调，从而在很大程度上减少了不可协调问题的出现。
3.3.2具有可视化特点
随着社会经济的快速发展，同时也丰富了建筑形式的多样性，传统施工图纸已经无法满足现代工程建设的需要，施工人员靠自身想象的构造结构不但不利于整体建设项目的顺利开展，反而会使工期延长的程度更加严重。为此，研究人员开发了BIM技术，此项技术能够显示出三维实体，直观地显示出建筑物内部的构件。也就是说，技术人员的施工可以通过BIM技术的可视化来实现，值得称道的是，项目业主还可以实现信息资源的共享，大大提高了项目管理的效率。
3.3.3具有模拟性特点
BIM技术具有模拟性，它的模拟特性不仅可以模拟建筑物的设计，而且还能够模拟现实中不可能运行的事物。最后，对建筑设计进行仿真实验是能够实现的。同时，该技术的应用还可以控制工程造价，给施工项目和施工方带来巨大的经济效益。
4环境艺术设计中BIM的三维协同设计优势
三维协同设计的优势主要是由于其具有传统二维平面设计无法比拟的优点，因此很快的占据了BIM技术的重要地位。其主要功能是参与各个专业的交流、沟通与协调，最大限度地降低在环境艺术设计中因协调不顺所产生问题的概率。使用BIM信息网络平台，能够有效的扩展协同设计在建筑模型中的共享，使设计者能够在三维模型中找到可能出现的问题点，进而进行协调和沟通，为设计的快速变化、改进和有效应用提供参考。借助BIM技术，环境艺术设计可以将以往分散的、孤立的设计数据和信息集成到一个平台上，从而实现不同专业之间的数据共享和信息顺畅。我们通过比较传统的二维设计CAD技术和BIM技术在性能和效率方面的不同可以看出（表1），BIM技术已显示出其强大的优势结构，它的描述更真实，更准确以及更全面，有效的克服了二维技术只可想象不可直观看见的缺点，这算是技术的又一个重大的飞跃。另外，在环境艺术设计当中，BIM技术与三维协同设计中的优势也体现到了直观形象、易解决问题、提高设计效率、空间布局问题等方面。
5BIM技术在环境艺术设计中的应用
以沈阳文化艺术中心作为实例进行探究：沈阳文化艺术中心内部结构布局复杂，机电系统众多，仅仅依靠设计者经验本身确来定设计空间的可行性显然不能够满足项目的挑战。通过BIM技术的协调模式，各专业模式在建成后都会被组装成一个整体，给各专业的交流提供了平台。准确、科学的可视化方式的将电气设备，暖通，室内布置通过实际的形式直观呈现出来，方便专业之间的修改和确认，能成功的避免传统协同方式带来的问题，确认专业修改传统的协同方式之间的协调问题，解决困难，使工程得以顺利进行。以AutodeskEcotect分析工具为例，很好的分析论证了建筑性能，为室内设计方案比选以及空间优化提供了科学依据。深化设计阶段的施工图纸中，AutodeskRevit系列软件与传统的AutoCAD平台连接，从而设计出更深入的模型建立、施工图的帮助以及BIM模型数据集成。在整个的过程当中，通过对AutodeskVault软件的定制，实现了对文档管理和过程控制的全过程控制，突出了有效集成的结果，突出了BIM技术的优势。
6小结
购物车(0)