建筑信息模型及其在建筑信息技術(shù)中的應用

1 從三維建模到信息建模
模型，從本義上講，是原型(研究對象)的替代物，是用類(lèi)比、抽象或簡(jiǎn)化的方法對客觀(guān)事物及其規律的描述。由于表達方式的不同，就產(chǎn)生不同類(lèi)型的模型。例如，數學(xué)模型，是運用符號或數學(xué)公式，對原型予以模擬表述；圖形模型，是運用曲線(xiàn)、柱狀圖、餅圖等反映事物的變化規律；實(shí)體模型，參照實(shí)物制作，從形狀和尺寸上應當符合幾何相似的要求。模型的概念被廣泛應用于包括自然科學(xué)、工程技術(shù)、經(jīng)濟、藝術(shù)等不同的領(lǐng)域。模型所反映的客觀(guān)規律越接近、表達原型附帶的信息越詳盡，則模型的應用水平就越高。
在建筑設計中，制作實(shí)體模型也是經(jīng)常使用的建筑表現手段。應用計算機后，設計人員一直在探索如何使用軟件在計算機上進(jìn)行三維建模。***早實(shí)現的是用三維線(xiàn)框圖去表現所設計的建筑物，但這種模型過(guò)于簡(jiǎn)化，僅僅是滿(mǎn)足了幾何形狀和尺寸相似的要求。后來(lái)出現了諸如3DStudio VIZ、FormZ這類(lèi)專(zhuān)門(mén)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。但是這種建立在計算機環(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(méi)有建筑物內部空間的劃分，更沒(méi)有包含附屬在建筑物上的各種信息，造成很多設計信息缺失。建筑物的表面模型，只能用來(lái)推敲設計的體量、造型、立面和外部空間，并不能用于施工。對于一個(gè)可以應用于施工的設計來(lái)說(shuō)，附屬在建筑物上的信息是非常多的，以墻體為例，設計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、……等很多信息。如果不確定這些信息，建筑概預算、建筑施工等很多后續的工作就無(wú)法進(jìn)行。而原有的建筑物三維表面模型，是無(wú)法做到在模型上附加這么多信息的。
學(xué)術(shù)界早就察覺(jué)到原有三維建模方法的局限性，一直在探討在計算機輔助建筑設計中如何進(jìn)行信息建模。在上個(gè)世紀九十年代，正在蓬勃發(fā)展的面向對象方法被引入到建筑設計軟件的開(kāi)發(fā)中，出現了ADT、天正建筑等用面向對象方法進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的建筑設計軟件。這些軟件把建筑上的各種構件(墻、柱、梁、門(mén)、窗、設備等)定義為不同的對象，把與建筑設計有關(guān)的數據與操作封裝在建筑對象中。這樣，在計算機上完成的設計圖不再是由線(xiàn)段、弧線(xiàn)、圓等基本圖元構成的幾何圖形來(lái)合成，而是由具有屬性的建筑構件對象構成。由于應用了面向對象技術(shù)，使得三維建模與平面圖可以同步完成，實(shí)現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)上的對應構件也同時(shí)被修改。此外，還可以實(shí)現關(guān)聯(lián)構件的智能聯(lián)動(dòng)、視算一體化、……等。如果更進(jìn)一步，還可以在建筑對象中封裝更多的屬性數據，例如建筑材料及其密度、導熱系數等物理參數等，這就為同時(shí)進(jìn)行結構計算、節能計算等創(chuàng )造了條件，使系統具有為優(yōu)化設計提供實(shí)時(shí)計算分析的能力。
這樣，通過(guò)應用面向對象技術(shù)在計算機輔助建筑設計中實(shí)現了信息建模。
實(shí)踐表明，光是在建筑設計中實(shí)現信息建模是遠遠不夠的。雖然，前面提及的ADT、天正建筑這類(lèi)建筑設計軟件的具有一定的信息建模能力，但由于它們是以諸如AutoCAD這樣的計算機繪圖軟件為平臺開(kāi)發(fā)的，由于繪圖軟件所用技術(shù)的局限性，因此無(wú)法確保能獲取高質(zhì)、可靠、集成和完全協(xié)調的信息，更無(wú)法支持建筑工程全生命周期的管理。
隨著(zhù)建筑工程規模越來(lái)越大，附加在建筑工程項目上的信息量也越來(lái)越大。當代社會(huì )對信息的日益重視，使人們認識到與建筑工程項目的有關(guān)信息會(huì )對整個(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據對項目的施工方式、生產(chǎn)成本及工期、使用后的維護都密切相關(guān)。對這些信息利用得好、處理得好，就能夠節省工程開(kāi)支，縮短工期，也可以惠及使用后的維護工作。因此，十分需要在建筑工程中廣泛應用信息技術(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，盡量消滅建筑項目中由于規劃和設計不當甚至是錯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)現對信息的***管理。建筑設計作為建筑工程的******，也是整個(gè)建筑工程信息的源頭，在建筑業(yè)信息化中肩負十分重要的責任。
在整個(gè)建筑工程周期中，信息量應當如同圖1上面那條曲線(xiàn)那樣，是隨著(zhù)時(shí)間不斷增長(cháng)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(cháng)如同圖1下面那條曲線(xiàn)那樣，在不同階段的銜接處出現了斷點(diǎn)，出現了信息“回流”的現象。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――建筑設計階段，沒(méi)有建立起科學(xué)的、能夠支持建筑