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        新聞導航

        BIM技術在建筑照明設計中的應用展望

        來源:jjgxdt.com 發(fā)布時間:2019-12-04 返回

        1 BIM技術簡介

          BIM是BuildingInformationModeling(建筑信息模型)的簡稱,是利用數(shù)字技術,表達建設項目幾何、物理和功能信息,以支持項目生命周期中的建設、運營、管理決策的技術、方法或過程。用BIM技術建立起來的項目信息模型稱為BIM模型。它包含了建筑物所有的幾何信息和非幾何信息(如材料的物理性能、構件的價格等等)。具體來說,BIM技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四個方面:

          (1)可視化

          在目前的建筑設計環(huán)境下,建筑的相關圖紙只是各個構件在圖紙上采用線條來繪制表達,盡管有建模軟件做出的效果圖可以使人們對建筑外觀有感官了解,但涉及到構造形式和系統(tǒng)管線等就不能夠直接以三維形式呈現(xiàn),需要專業(yè)人員結合平面圖紙來想象。采用這種方式常出現(xiàn)圖紙間對應不上的錯誤,并且不能夠較好地觀察建筑內(nèi)部各單元的關系。而BIM提供了可視化的思路,運用BIM軟件,設計師可以創(chuàng)造“所見所想即所得”的虛擬建筑模型,它不僅包含建筑體的三維外觀模型,還包括水暖電等設備系統(tǒng)的三維模型,在設計的任何階段,都可以隨時看到各個部分的設計效果。

          (2)模擬分析

          二維CAD繪制的圖紙永遠無法進行智能化的分析和模擬,往往需要在相關的分析軟件中單獨建模計算,這將耗費大量時間,并且模型粗糙會使計算產(chǎn)生誤差。而運用BIM技術創(chuàng)建的信息模型中包含著全部的數(shù)據(jù)信息,因此將模型導入到基于BIM技術的分析模擬軟件中,即可進行結構分析、熱工性能分析、管道沖突檢驗、防火安全檢驗、能量分析、規(guī)范檢驗等。不僅省時,而且保證了數(shù)據(jù)的準確性,優(yōu)化了設計方案。

          (3)多專業(yè)協(xié)同設計

          由于建筑信息模型包含了建筑中的所有信息參數(shù),因此建筑各工種(建筑師、結構工程師、設備工程師等)都可以基于此模型進行協(xié)同設計。例如設備專業(yè)人員可以將建好的設備部分的信息模型上傳到核心數(shù)據(jù)模型中,然后利用相關軟件來進行碰撞檢測,發(fā)現(xiàn)設計沖突后,反饋給相關專業(yè)的設計人員,及時進行修改。

          (4)圖紙生成與關聯(lián)修改

          基于CAD的設計圖,圖與圖之間沒有信息聯(lián)動,一張圖紙的錯誤常常會導致大量圖紙的逐一修改,工作量大而繁瑣。BIM技術則可避免這一現(xiàn)象,設計的中心是模型而不是圖紙,此時圖紙只是同一個模型中的數(shù)據(jù)從不同角度的表現(xiàn),因此在任意視圖中的修改都會直接反應在模型中,從而在其他視圖中得到自動更新,這極大的減少了修圖改圖的工作量,提升了設計效率。

          2 BIM技術應用于建筑照明設計的必要性

          2.1外在推動

          BIM技術最早是為建筑設計服務的,經(jīng)過近些年的發(fā)展,BIM對建筑業(yè)帶來的變革已經(jīng)成為不爭的事實。它對建筑設計的成本預算、場地分析、能量分析、能耗分析、規(guī)范驗證、三維協(xié)調(diào)等方面都有著創(chuàng)新性的提高,在美國、歐洲、日本等地區(qū)已經(jīng)相當普及。近幾年,BIM在國內(nèi)的發(fā)展速度也可謂驚人,住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)于2011年的《2011~2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出,“十二五”期間,基本實現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)和加快建筑信息模型的普及應用。合理的政策和良好的發(fā)展環(huán)境為BIM在建筑照明設計中的應用提供了可能性。

          與此同時,越來越多的設計院正在將設計平臺由二維CAD轉向BIM,可見其已經(jīng)成為了未來建筑設計發(fā)展的趨勢。如今的BIM,其內(nèi)涵與剛提出時相比,已經(jīng)大大豐富了,不僅是建筑設計專業(yè),給排水、暖通、電氣等建筑的子專業(yè)都從BIM技術中受益,甚至風景園林專業(yè)也在思考能否將BIM技術引入其中。在如此強大的外力推動下,建筑照明同樣作為建筑系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng),也應該緊跟潮流,探索BIM技術是否能為其服務。

          2.2內(nèi)在需求

          除外在的推動力外,行業(yè)內(nèi)在的需求也是BIM進入建筑照明行業(yè)的重要理由。而探索內(nèi)在需求就應該考慮照明設計中存在哪些BIM可以解決的問題。總的來說,現(xiàn)有設計環(huán)境中BIM技術對照明設計的提升有如下幾個方面。

          (1)圖紙修改

          同建筑設計類似,照明設計者也飽受圖紙修改的困擾。而BIM技術基于一個總體的信息模型,如前所述,只要在任意視圖中將模型修改,就會自動反映到所有的圖紙中,使得設計師可以將更多的時間和精力用在設計上,而不是畫圖、改圖上。

          (2)信息化

          以往編制設計相關的各項報表時,一般需要根據(jù)CAD文件進行測量和統(tǒng)計,之后借助excel等軟件制作報表,這樣的工作非常繁瑣、易錯。并且一旦修改圖紙,所有數(shù)據(jù)都需重新統(tǒng)計。而信息是BIM技術的核心,與傳統(tǒng)建模軟件建立的模型相比,BIM模型最大的特點就是攜帶信息。因此BIM模型也可以理解為一個信息庫,可以提供實時可靠的報表清單,例如燈具選型表,配電盤明細表等等。如果設計修改,報表中的信息也會隨之自動修改,既省時省力,又保證設計的準確性。

          (3)一體化

          在照明設計中,設計師要嚴格遵循相關的設計規(guī)范要求,例如照度水平、眩光要求、能耗指標等。很多照明計算軟件可以較準確的計算相關的物理量,但是在目前的二維CAD設計環(huán)境中,只能將圖紙導入照明軟件中作為參照底圖使用,之后根據(jù)底圖再次建模、置入燈具后計算。因此一些設計師為了節(jié)省時間,常常憑經(jīng)驗計算,這樣就不能保證設計的規(guī)范性。除計算外,照明設計最后還要向業(yè)主提供夜景效果圖,目前國內(nèi)的效果圖制作主要有兩種方法:第一是用三維建模軟件例如3DMAX建立模型,之后置入光源文件,通過渲染生成效果圖;第二種方法是用photoshop等軟件直接將建筑日景的效果圖改為夜景效果。關于第一種方法,建模依然是件費時間的事情,盡管建好的模型可以導入照明計算軟件中繼續(xù)使用,但放置的光源卻無法識別,需要重新放置,對于規(guī)模較大的項目來說,依然費時費力。而第二種方法,需要設計師對光有較好的感覺和想象力,才能準確在PS中選色,而能做到圖上色彩與實際用燈準確一致的少之又少,所以往往圖與實際效果有差距。由于BIM模型包含了設計案中的信息,例如光源、建筑表面材質(zhì)的光學屬性等信息,因此它既能像傳統(tǒng)CAD設計那樣出照明平面圖,還可以直接渲染,或者將模型導入到基于BIM技術的照明計算軟件中,進行計算,實現(xiàn)照明設計出圖、計算、渲染等相關步驟的一體化。

          (4)三維化

          在目前的照明設計中,效果圖只能反映某一個角度或者某一個區(qū)域內(nèi)的照明情況,無論對于設計師還是業(yè)主來說,在項目竣工前都無法準確了解項目區(qū)域內(nèi)的全部情況。而BIM技術是一種全三維的技術,通過它可以向人們展現(xiàn)一個立體全面的虛擬光環(huán)境,設計師可以看到每個區(qū)域的照明情況,以便發(fā)現(xiàn)問題及時修改方案,實質(zhì)上提高了照明設計的質(zhì)量。此外,通過這種全三維的設計模式,可以直接看到照明系統(tǒng)的模型,為設計的深入和之后的施工都提供了便利。

          3 BIM技術在建筑照明設計中應用的可能性

          要判斷BIM技術能否在照明設計中應用,首先應該選擇合適的軟件作為工具,通過實踐來論證其可能性。

          AutodeskRevit是Autodesk公司的系列產(chǎn)品之一。在最新的版本中,其不再分為面向建筑專業(yè)的RevitArchitecture、面向結構工程專業(yè)的RevitStructure、面向機電專業(yè)的RevitMEP三個軟件,而是將他們的功能集中于一個軟件,即Revit2013。本文選擇該軟件作為主體平臺軟件,重點研究其MEP部分在照明設計中起到的作用。

          目前國內(nèi)在照明計算方面較常用的軟件主要有:廣泛應用于學校、設計部門的DIALux;少數(shù)大專院校和少數(shù)幾個較專業(yè)的設計公司中使用的AGI32;建筑設計行業(yè)中進行建筑物理性能評估最常見的軟件———Ecotect。

          經(jīng)過比較,從三者的計算能力來看,DIALux和AGI32強于Ecotect。從目前的軟件功能來說,Ecotect最大的優(yōu)勢在于其屬于BIM軟件,因此提供了與BIM軟件的接口,例如gbXML文件格式(GreenBuildingExtensibleMarkupLanguage的縮寫,即綠色建筑可擴展的標記語言,包含了項目所有的建筑構件數(shù)據(jù))和IFC文件格式(IndustryFoundationClasses的縮寫,是由國際協(xié)同工作聯(lián)盟組織制定的建筑工程數(shù)據(jù)交換標準,為不同軟件應用程序之間的協(xié)同問題提供解決方案。IFC模型包括項目、地點、建筑、樓層等建筑分級,墻、板、柱、梁等元素類型,材料,標準屬性等信息)。當BIM模型以gbXML或IFC文件格式導入后,可在Ecotect中得到一個完整的帶有信息的建筑模型,直接進行計算。但該軟件主要是在建筑設計的早期階段進行建筑物理參數(shù)的分析,因此多為估算,在照明計算方面以天然光的計算為主,可計算的照明指標較少,數(shù)值不夠精確。

          AGI32目前只提供了一些二維圖形格式的接口,例如DWG格式。利用導入后的平面圖作為參考,繪制墻體、門窗等構件,不能充分發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢。

          DIALux軟件在較新的版本中已經(jīng)提供了gbXML接口,雖然功能還不健全,導入后只能以多個室內(nèi)空間的形式出現(xiàn),無法實現(xiàn)建筑室外照明的計算,但是從中可以看到DIALux對目前BIM潮流的響應,據(jù)悉其下一個階段的任務就是創(chuàng)造IFC接口,到時可將Revit中帶有照明設備的模型導入并直接計算,實現(xiàn)與BIM軟件的完美對接。

          基于三款軟件在照明計算能力和BIM接口兩方面的綜合考慮,DIALux將是未來與主體軟件Revit配合使用的進行基于BIM技術的照明設計的照明計算軟件,因此選擇該軟件作為輔助軟件。

          經(jīng)過對Revit2013和DIALux4.10兩個軟件的研究以及它們在照明設計方面的表現(xiàn),可以說以目前的設計環(huán)境和軟件水平來說,還無法實現(xiàn)照明設計的全部BIM化。但在政策、潮流和行業(yè)自身需求的推動下,將BIM技術應用于照明設計是必要的,也是必然的。隨著Revit軟件的進一步發(fā)展和DIALux軟件接口的日益完善,它們定會成為未來BIM時代照明設計的主流設計工具,得到越來越多設計機構和設計人員的認可,最終實現(xiàn)建筑照明設計的全部BIM化。

          4 現(xiàn)存的問題及解決方案

          目前的情況下,在照明設計中使用BIM技術主要存在如下幾個問題:

          (1)對硬件的要求較高。對于習慣使用CAD進行繪圖的人來說,Revit軟件的運行速度和繪圖的流暢度與CAD仍有很大差距,尤其當項目規(guī)模較大時,通常打開模型就需要十分鐘或更長時間。

          (2)“族”是Revit中構成項目模型的基本構件,是一個包含通用屬性參數(shù)集和相關圖形表示的圖元組。與“圖層”在CAD中的作用相似,族是Revit軟件中的一個重要概念。墻體,門窗,甚至圖紙標注都是一個個族文件。在照明設計中所需要的燈具,開關,配電盤等也都是以族的形式出現(xiàn)。例如在燈具族中,包含了燈具的外形尺寸、配光曲線、功率、光通量、色溫等信息,以滿足出圖,計算,渲染等需求。但是Revit軟件自帶的電氣專業(yè)族數(shù)量太少,且多是按國外的標準而做,例如開關的符號就不符合國內(nèi)的規(guī)范要求,因此很多不適用于國內(nèi)的工程設計。幾乎每個項目都要根據(jù)實際情況創(chuàng)建若干族,占用很多時間。而如果僅依靠設計師個人的力量創(chuàng)建符合我國實際情況的族庫,難度很大。

          (3)Revit軟件是一個綜合的設計軟件,因此與博超、鴻業(yè)等專門服務于電氣及照明設計的軟件相比,其功能還有待加強,例如燈具沿墻布置、矩形均布等等均無法實現(xiàn)。僅依靠一筆一劃,一個一個的布置,效率較低。

          (4)接口問題。Revit自身提供的照明計算無法滿足設計要求,勢必需要專業(yè)照明計算軟件DIALux的配合,而如果軟件間的接口問題不能解決,那么BIM技術在照明設計中能發(fā)揮的作用也會大大降低。

          (5)目前BIM技術出圖所占照明專業(yè)出圖的數(shù)量仍處在較低的水平。其中設計說明、圖例表、配電系統(tǒng)圖、節(jié)點詳圖等圖紙還無法繪制。而數(shù)目繁多的設備元器件等,由于族庫、輔助繪圖工具不足等原因,仍只能表達到設計方案層次,無法做到施工圖深度。以目前BIM軟件的成熟度,仍然需要使用CAD作為輔助。若要解決上述問題,使得BIM技術可以在照明設計中使用,主要有以下幾點解決方法:

          (1)加快Revit軟件的普及。Revit的應用情況也是影響B(tài)IM發(fā)展的一個很重要因素,它作為新興的BIM軟件,其普及肯定會有一個過程。在CAD依然風行而Revit還未根深蒂固時,出現(xiàn)不被所有人熱衷的情況是很正常的。加強Revit專業(yè)人才的培養(yǎng)是加快其普及的重要途徑。

          (2)建立族庫。在照明設計中,每個項目都要根據(jù)實際情況靈活選擇合適的燈具,如果燈具廠家能在目前提供IES配光曲線文件的基礎上,進一步提供適用于Revit的燈具族文件,那么對于照明設計的BIM化將會起到強力的推動作用。

          (3)增強Revit軟件的功能或開發(fā)相關的輔助程序。Revit作為平臺軟件,不可能在每一個細節(jié)問題上都做到盡善盡美。基于CAD平臺的天正等插件的開發(fā),使得CAD的繪圖效率和智能程度都得到了大幅提升,在設計院和學校都被廣泛使用。因此對于目前的Revit來說,急需相關輔助程序的出現(xiàn),提高軟件的實用性。

          (4)解決接口問題。目前基本上所有的建筑類分析軟件都具備了CAD的接口,因此對于BIM接口的開發(fā)也只是時間問題。只有當各類分析軟件都具備了與BIM軟件的接口之后,才能將BIM虛擬模型的優(yōu)勢充分發(fā)揮。

          5 展望

          綜上所述,雖然目前還無法實現(xiàn)照明設計的全部BIM化,有很多的問題需要解決,但正如本文開頭所述,將BIM技術應用于照明設計是必要且必然的。隨著BIM技術的進一步發(fā)展,相應問題會逐一解決,以Revit和DIALux軟件為工具,未來基于BIM技術的照明設計步驟應分為項目準備,創(chuàng)建電氣設備族,放置相關設備,電力系統(tǒng)創(chuàng)建,照明計算,照明渲染和編制圖紙,最終實現(xiàn)建筑照明設計的全部BIM化,擺脫傳統(tǒng)設計模式的束縛。

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