古建BIM的应用
前言：
陆永乐，国家一级注册建筑师，1996年毕业于合肥工业大学建筑学专业。毕业后即进入中国联合工程公司（原机械工业部第二设计研究院）工作，自2003年浙江同仁建筑设计有限公司成立之始加入公司至今。
多年来，在同仁公司提供的良好创作平台上，陆永乐建筑师偕同建筑设计团队，完成大量优秀的建筑成品，其足迹遍布大疆南北，南到海南，北至内蒙、新疆，种类涉猎住宅、别墅、酒店、高档写字楼、仿古建筑等等。
浙江诸暨外贸大厦（荣获钱江杯）
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浙江丽水龙泉兰巨特色小镇
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在同仁公司多年的工作经历中，他有幸接触到不少仿古建筑设计，通过对古建和BIM的深入研究，逐渐积累形成了自成风格的参数化部件。在项目中将平面图形三维化，可视化，很直观地体现构造上的细节，便于设计方和建设方对于项目进行更加有效的讨论，在建设成本和建设质量控制上起到了极其重要的作用。其自行形成了一套国内特有的古建设计解决方案和理论系统，使古代建筑形制和现代软件开发利用得到极好的融合。2016年11月陆永乐建筑师受邀参加ARCHICAD 20“I”无极限北京发布会，会议面向全球同业人士，他在会议上做了精彩的演讲。
此次推广无论是对专业人士分析研究仿古建筑，还是建造仿古建筑，该理论和实际操作软件都给予了前所未有的帮助，很大程度地提高了项目建设的效率和设计成品的准确性、美观程度。使公司的古建项目设计水平达到一个全新的高度，作品得到广大业内人士的夸赞。
甘肃永昌丽轩影视城
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浙江开化钟氏宗祠
甘肃永昌书院
浙江诸暨大雄寺
陆永乐建筑师在公司的鼓励和帮助下，将公司已完成的项目实例和这些内容结合，最终总结成文——《古建BIM的应用—基于ArchiCAD参数化GDL古建构件开发应用 》如下。
该原创文涉及内容专业性较强，作者反复论证推敲，原意将公司案例和自己的心得进行总结，以飨同行。公司做更为广泛的推广，若为学习仿古建筑或BIM应用软件的人士提供了有用的理论基础，为仿古建筑建造者提供了便利，更是意外之喜。
古建BIM的应用
——基于ArchiCAD参数化GDL古建构件开发应用
陆永乐
对于仿古建筑设计。通过利用ArchiCAD 内置GDL语言的开发，逐渐积累了一系列参数化GDL古建部件，建立详细模型，进行可视化推敲建筑形体，以及出成果图，形成了一套国内特有的古建设计解决方案和理论系统。
• 中国古建筑严格按照模数制
简单来说是以斗栱中栱的截面——“材”作为模数的基本单位。
《营造法式》对材规定了八等(即八种实际尺寸)，供不同性质、规模的建筑选用。每等材的份值、材广(高)和应用范围如表。
这简直是大宋的国家规范和标准图集
综上述，这完全符合参数化设计、拼装式建筑的特点！
ARCHICAD即“Architecture + CAD ” 顾名思义是”建筑CAD软件“，它是GRAPHISOFT公司的旗舰产品，诞生于1987年（比很多建筑师年龄还大），全球首款BIM软件，只是当时叫3D- Virtual Building（三维虚拟建造）。
关于ARCHICAD特点，能百度到的就不赘述了。这里需要提的是：
• 开放协同、灵活精益的BIM软件
• 符合建筑师思维的构建方式
• 优美的图面效果、丰富的表达方式
• 内置的GDL开发语言
这是笔者一直喜欢的建筑设计软件。
• 什么是GDL？
• GDL = Geometric Description Language (几何描述语言)，它是ArchiCAD的内置的参数化编程语言。 GDL的语法类似于BASIC，这是各种CAD软件内置脚本语言相比较是一种比较易学的语言，笔者认为比AutoCAD内置的AutoLisp语言容易。
GDL语言句法实例，和编辑器界面
• GDL是：建筑师在业余时间也能掌握的一种编程语言。大胆尝试使用GDL编写智能部件的ArchiCAD ，会惊奇的发现在学校里学习的数学、几何知识终于有了实际应用，会带来无穷乐趣。
对于GDL编程来说，语法不是最难的，难的是逻辑思维、立体几何、算法框架、以及持之以恒的耐心。
把古建的模数化特征、ARCHICAD的更大功能、GDL的参数化编程结合起来，开发参数化的古建图库，这是古建走向BIM的必需的基础工作。
按照构件材份等级设定GDL参数变量，通过编程制作，按照《营造法式》的原则搭建古建大木作铺作。在小木作方面增加门窗，在砖瓦作方面，增加砖、瓦、石方面的细节。这就是开发GDL古建图库的思路。如下图所示。
(古建图库开发思路)
• 难点一：斗拱的制作、尺度组合解决方案
首先解决主要的基本部件：拱、翘、昂、斗、升
· 宋式斗栱铺作示例1：
各种定制的，按照《营造法式》的铺作。
(对照《营造法式》制作的斗拱组件)
不同类型的斗，其细部尺寸均不同，分别设定，以达到BIM参数化的要求。设定参数后，用GDL语言编写3D形状、2D符号、材质、线形颜色等属性。
(GDL构件用户设置界面)
(GDL构件用户设置界面)
• 难点二：屋架及翼角GDL部件解决方案
大思路与斗拱制作原理相似：按照古建屋面的空间形式，用GDL对其空间描述，并参数化，进而增加用户界面。
(古建屋顶GDL设置界面)
· 屋面的算法复杂程度大大超过斗拱，既要符合古建的尺度关系，又要用立体几何三角函数来计算描述。充分利用描述好的数据，可以把檩、椽、望板、瓦都写在一个GDL部件里，设定显示的选择项。部分代码如下所示：
· 在实际设计使用中，个体建筑千差万别，甚至允许不完全按照古法尺度来做设计，必须留给设计师一定的自由度，以及便利性。在这个屋顶GDL部件里设定了许多的热点，即HOTSPOT。方便设计师拉拉扯扯的就设定想要的建筑形体，需要指出的是这种“拉拉扯扯”与一般理解的Block不同，比如屋顶拉长后不是把椽也拉宽了，而是保持椽距不变自动增加椽数量。
(撒网椽与戗梁)
• 难点三：栏杆的解决方案
式样丰富的栏杆，是古建的重要的近人构件，丰富了建筑横向的立面，材质有木、有石材。
栏杆系统预设了多种常用。古建栏杆和立柱，通过“中国古建栏杆系统”GDL智能部件来进行栏杆制作。
（栏杆系统丰富的构件选项）
（栏杆布置好后可以随时改变风格）
栏杆系统用到了两个独创的关键算法：
一是：拉伸热点，线段自动增加节点。
二是：栏板单元在线段内自动匹配。
这些都是在GDL里计算完成，真正达到智能化部件的目标。
• 门窗
“门窗是建筑的眼睛”，可见其重要性。
古建的长窗由夹堂板、心仔、裙板组成，而且框料截面有多种。这个长窗部件，整合了各12种的夹堂板、心仔、裙板样式和6种框料截面，相互组合可以做出多种不同风格的长窗。
( 长窗的构件组合)
■ 应用案例
• 运用了古建GDL构件的作品有：甘肃骊靬影视城、浙江诸暨大雄寺、开化某宗祠等宗教和文化性建筑等。
• 仿唐式七开间大殿
庑殿举折平缓舒展，出檐深远。 斗拱硕大，宏伟。在ARCHICAD里C4D渲染引擎，白模渲染，静谧安详的氛围。
有了详细的模型，图纸只是副产品，可以任意切割出剖面、平面，以及图层显示的组合，表达出不同侧重点的内容。选择好视图后，排版发布成dwg、PDF等格式。
( 剖、透视，直观表达内部结构)
• 甘肃骊靬影视城
这是个规模比较宏大的仿宋建筑群体。
有了GDL古建图库后，可以比较快速的设计、建模同时进行。因是参数化的模型，设计过程中也便于调整。
建筑屋顶更加多样化，有庑殿重檐、歇山重檐、十字歇山、悬山、长廊等。
因模型数据量大，设计时可关闭屋顶的瓦片显示，加快运算速度。
在BIM正向设计中，2D图纸只是副产品，从模型中用视图设置的办法得的。下图的斗拱仰视图、剖面图均直接从模型得到，图面风格可以是线图、也可以是矢量的色块填充图，甚至可以带阴影。
• END •
2018 . 7. 28
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浙江同仁建筑设计有限公司