1 概述
建筑信息模型(BIM)為建筑工程設(shè)計領(lǐng)域帶來了第二次革命，從二維圖紙到三維設(shè)計和建造的革命，對建筑行業(yè)來說，BIM也是一次真正的信息革命。BIM在我國的全面應(yīng)用為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益，使設(shè)計乃至整個工程的質(zhì)量和效率顯著提高。BIM將直接促使建筑行業(yè)各領(lǐng)域的變革和發(fā)展;它將使建筑行業(yè)的思維模式及習慣方法產(chǎn)生深刻變化;使設(shè)計、建造和運營的過程產(chǎn)生新的組織方式和新的行業(yè)規(guī)則。
幕墻BIM是基于三維模型的幕墻信息技術(shù)，是采用集成的三維模型完整地表達幕墻定義信息，將設(shè)計、加工制作、安裝施工等信息共同定義到三維數(shù)字化模型當中，以改變目前三維模型和二維工程圖共存的局面，更好地保證幕墻定義數(shù)據(jù)的唯一性。幕墻BM提供了單一源定義，消除了潛在的三維模型和二維圖紙之間的沖突;改變了傳統(tǒng)的紙質(zhì)介質(zhì)的產(chǎn)品定義模式，方便了數(shù)據(jù)的管理，減少了很多重復(fù)性勞動;此外幕墻BIM還提高了信息傳遞的準確性和傳遞效率，使使用者能夠更加直觀、準確地獲取各類信息。幕墻工程的BIM模型可以分解成若干個“單元”，每個單元以信息化的形式存在。類似建筑設(shè)計軟件中的“族”和機械設(shè)計軟件中的“產(chǎn)品”、 “部件”。通過對“單元”的預(yù)定義，將“單元”內(nèi)的產(chǎn)品(或稱為零件)的屬性信息(生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)品型號、商標、造價和性能指標等)、一般幾何信息(構(gòu)造尺寸、數(shù)量和材料等)和參數(shù)化信息(通過變量或公式能夠計算的幾何信息)進行設(shè)置，以便在幕墻的設(shè)計、加工制作、安裝施工等各個環(huán)節(jié)達到信息的共享與重用。本文以目前比較流行的CATIA軟件系統(tǒng)為例，研究幕墻BM模型的定制技術(shù)，并舉例說明其應(yīng)用。
CATIAV5-6系統(tǒng)是航空、汽車、機械、電子設(shè)備及建筑等領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛CAD（詞條“CAD”由行業(yè)大百科提供）/CAM/CAE軟件系統(tǒng)。它是一個模塊化的軟件，具有統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理以及兼容的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序接口。采用特征造型和參數(shù)化造型技術(shù)，允許自動指定或由用戶指定參數(shù)化設(shè)計、幾何或功能化約束的變量化設(shè)計。它具有卓越的結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械產(chǎn)品設(shè)計、曲面造型、加工模擬、有限元分析、知識智能(參數(shù)化入數(shù)字化虛擬樣機等強大的功能模塊，為許多用戶所青睞。CATIA V5的知識智能(參數(shù)化)模塊功能強大，通過可視化的特征樹及各種可視工具，使得三維參數(shù)化建模更加簡單。CATIA V5的可視化工具能使設(shè)計人員在可視化的環(huán)境下，高速高效地完成三維建模工作[1-3]。CATIA系統(tǒng)還提供CAA(Component App|ication Architecture) RADE (Rapid Application Development Environment)[4]二次開發(fā)工具，采用了全新的、基于組件的開放式體系結(jié)構(gòu)(Open Architecture Products)。應(yīng)用了許多現(xiàn)代軟件工程思想，雖然整個體系結(jié)構(gòu)十分龐大，但結(jié)構(gòu)清晰、合理，維護、開發(fā)、擴展方便，有著相當優(yōu)良的擴展性能。它開放的組件應(yīng)用架構(gòu)解決方案，允許更多的第三方供應(yīng)商針對用戶的特殊需求進行定制。
2 信息化建模的特點
幕墻BIM模型需要定義屬性信息(生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)品型號、商標、造價和性能指標等)、一般幾何信息(構(gòu)造尺寸、數(shù)量和材料等)和參數(shù)化幾何信息(通過變量或公式能夠計算的幾何信息)，真中參數(shù)化信息是信息傳遞的關(guān)鍵，也是幕墻BIM的核心，因此需要重點研究幕墻的三維參數(shù)化建模技術(shù)。
幕墻三維參數(shù)化建模與二維參數(shù)化建模不同，其主要區(qū)別在于三維模型更能清晰地表達幕墻的構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供），其模型參數(shù)也能更好地反映實物特征。三維模型允許從任意角度觀看，比二維模型更加直觀，使設(shè)計人員能夠?qū)⒐ぷ髦攸c放在結(jié)構(gòu)設(shè)計及其優(yōu)化方面。參數(shù)化建模的特征參數(shù)選擇非常重要，合理的特征參數(shù)能夠方便地控制和生成實物的三維模型，特征參數(shù)發(fā)生變化能夠直接地帶動三維模型的協(xié)同變化。參數(shù)化技術(shù)給設(shè)計中的標準件、常用件和系列化產(chǎn)品的設(shè)計帶來極大的便利，是近來提出的“大量定制”MC生產(chǎn)方式中敏捷設(shè)計的一項基礎(chǔ)技術(shù)。三維參數(shù)化建模技術(shù)是幕墻設(shè)計的一項基礎(chǔ)性的工作，它比二維參數(shù)建模更能體現(xiàn)產(chǎn)品特征，更適應(yīng)時代發(fā)展的需要。它將極大地促進幕墻行業(yè)發(fā)展。
3 三維參數(shù)化建模的實現(xiàn)方法網(wǎng)
參數(shù)化建模的關(guān)鍵在于用參數(shù)、公式、表格、特征等驅(qū)動圖形以達到改變圖形的目的，在CAT IA V5中可通過如下的方法來實現(xiàn)。
3.1采用CAⅡ A CAA二次開發(fā)技術(shù)，進行三維模型參數(shù)驅(qū)動
CAA(Component Application Architecure)是法國達索公司為了用戶在使用CATIA的過程中根據(jù)所要擴展的功能進行二次開發(fā)而提供的以VC++語言為基礎(chǔ)的一系列函數(shù)庫的總稱[4]。CAA方法的核心思想是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計。采用對象的嵌入(Object Linked Embedded)和連接以及組件對象模型(Component Object Modei)的應(yīng)用，使得開發(fā)的過程能夠輕松地實現(xiàn)標準化，較大程度地提高了程序的易用性和可擴展性。幕墻構(gòu)件數(shù)量繁多，而且大部分構(gòu)件類似，結(jié)構(gòu)不一定復(fù)雜，但大量重復(fù)設(shè)計耗時耗力，因此如何快速地生成構(gòu)件是一個重要的問題。采用CATIA的二次開發(fā)工具[4]，通過參數(shù)化建模方法，可怏速驅(qū)動生成新的構(gòu)件，并可進行三維零部件的參數(shù)驅(qū)動。
3.2利用系統(tǒng)參數(shù)與尺寸約束驅(qū)動圖形
CATI A V5具有完善的系統(tǒng)參數(shù)自動提取功能，它能在草圖設(shè)計時，將尺寸約束作為特征參數(shù)保存起來，并且在此后的設(shè)計中可視化地對它進行修改，實現(xiàn)直接的參數(shù)驅(qū)動。用系統(tǒng)參數(shù)驅(qū)動圖形的關(guān)鍵在于如何將從實物中提取的參數(shù)轉(zhuǎn)化為CATiA中，用來控制三維模型的特征參數(shù)。尺寸驅(qū)動是參數(shù)驅(qū)動的基礎(chǔ)，尺寸約束是實現(xiàn)尺寸驅(qū)動的前提。CATIA V5的尺寸約束的特點是將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮，通過尺寸約束來實現(xiàn)對幾何形狀的控制。設(shè)計時以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(全約束)，不能漏注尺寸(欠約束)，不能多注尺寸(過約束、尺寸驅(qū)動是在二維草圖Sketcher空間下實現(xiàn)的。圖形完全約束后，其尺寸和位置關(guān)系才能協(xié)同變化，系統(tǒng)會直接將尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)。草圖修改可通過編輯系統(tǒng)參數(shù)直接驅(qū)動幾何形狀的改變，為三維參數(shù)驅(qū)動提供基礎(chǔ)。三維參數(shù)化建模的合理性很大程度上取決于二維圖形中的尺寸約束與實物參數(shù)的符合程度。只有抓住CAT A建模特點并采取合理的二維和三維建模方法，才能建立理想的模型。
3.3 利用用戶參數(shù)和公式驅(qū)動圖形
CATIA V5不僅具有系統(tǒng)定義的參數(shù)，而且還有用戶自定義參數(shù)。通過用戶自定義參數(shù)和公式等工具，可以很方便地定制出客戶所要的各種參數(shù)以及約束這些參數(shù)的公式。CATIA V5中有幾何參數(shù)(如點、線、曲線、曲面等)、物理參數(shù)(如長度、質(zhì)量、速度、溫度、密度等)、無量綱參數(shù)(如整數(shù)、實數(shù))、字符型參數(shù)及布爾型參數(shù)等40多種類型的參數(shù)可供用戶自行選擇。用戶自定義公式是CATIA V5中聯(lián)系系統(tǒng)參數(shù)與用戶參數(shù)樞紐。用戶參數(shù)定義后，可針對用戶參數(shù)與三維模型中對應(yīng)的特征參數(shù)建立相應(yīng)的公式，從而通過用戶參數(shù)驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)，進而控制圖形的尺寸。
3.4 利用表格數(shù)據(jù)驅(qū)動圖形
機械產(chǎn)品設(shè)計中，標準件、通用件的尺寸可通過查表獲得，在CATIA V5中可應(yīng)用表格驅(qū)動幾何圖形實現(xiàn)這一功能。應(yīng)將與零件尺寸有關(guān)的標準數(shù)據(jù)以表格的形式存放在相應(yīng)的文仵中，并建立表中數(shù)據(jù)與三維模型特征參數(shù)的聯(lián)系。通過選擇表中不同記錄達到改變幾何尺寸，獲得所需零件的模型。在CATIA的參數(shù)化設(shè)計中，可以使用的圖表有兩種，一種是文本格式的圖表文件，一種是Excle格式的圖表文件。僅須將產(chǎn)品的特征參數(shù)制成文本型或Excle引型表格，通過CAT{AV5本身自帶的工具Deggn Tab℃ 對表格的各條記錄進行訪問，從而達到修改尺寸、改變形狀的目的。
3.5 利用規(guī)則與檢驗控制特征驅(qū)動圖形
上一頁12下一頁
