摘要：通过研究分析现代建筑空间设计的特点，结合新时代人们的需求，从精神与物质需求两个角度衡量，利用BIM技术运用在博物馆的设计方法，赋予建筑外部结构设计非凡的既视感。以挪威BIG公司设计的扭体博物馆为例，针对BIM技术在建筑领域的设计中展开研究分析，并从当代年轻人情感共鸣出发，利用综合可视化空间设计，打造现代艺术视觉体验的学习环境。
关键字：BIM技术 异形建筑设计 扭体博物馆
引言：在对异形建筑构架设计进行探索的过程中延伸出一种智能BIM创新的模式，由此赋予了博物馆建筑设计新的发展方向。“建筑信息模型技术正推动工程建设领域的颠覆性变革。在此过程中，谁领先，谁就拥有市场话语权。”清华大学土木工程系张建平教授之言。BIM技术设计主要应用于建设内部复杂三维模型构架，利用其可视化的特点辅助设计师操作应用，视为CAD之后建筑行业的第二次革命，方便解析建筑构架，该方向符合国家建设文化创意与智慧科技城市的目标。本文希望通过智能BIM技术在城市的应用，打造硕大的城市建模网络，提高城市间传递信息的效率。
一、BIM技术与异形建筑设计的概述
（一）BIM技术的理解
BIM技术是一种属于建筑行业的科技，具有三维化、信息化、集成化和可视化等特点，利用BIM软件对建筑形体结构合理分解观察，在建筑施工工程中可分析出此项目的设计全貌。此外，BIM技术在现实应用中能解决不同设计师交互的问题，有助于改善建筑项目设计中传递和修改信息等，促进建筑工程顺利进行。复杂的异形建筑需要精密的控制和严格的标准，为了实现参数化设计和数字化加工的数据衔接，以及提高异形建筑模型的生成率，将BIM技术在建筑行业中占据重要的地位，更加适应未来的设计模式的黑科技。
（二）国内异形建筑设计的现状分析
随着国内城市的大规模发展，建筑行业的设计趋势层层叠新，现代化的异形建筑逐步出现。从旧时规则形态到如今流线型的建筑形态，从传统的计算机辅助到参数化计算机设计，很好的提供了异形曲面和不规则形状建模设计方法，对大量的建筑构件和非标准结构简单计算建造，建模的精准度上与设计意图表达的吻合度相像，提高异形建筑设计的效率。因此，国内外的设计师对异形参数化设计产生极大兴趣，活用于各种建筑项目中，将参数方式构建异形曲面，二维向三维的转变，使建筑设计行业步入信息化、参数化改革。
（三）BIM参数化建筑设计的特点
基于BIM的参数化建筑设计拥有强大的联动性，当构建三维模型的一切工程信息数据，在项目运行、策划和维护的过程都需要对数据的处理和传递共享，其中具备三种优异之处：
（1）BIM参数化建筑信息的协调性和一致性
协调性是BIM技术的主要特点之一。施工单位、业主或设计单位，这三者的关系往往都需要协调一致配合工作。比如在工作室参加比赛或者课程团体作业时，往往会因为各专业设计时沟通不到位，外立面形体不美观，人流走向不合理，建筑空间尺寸不对等等情况。这些异议矛盾随之带入后程的设计中，不仅影响建模的进度，而且影响建模的质量。BIM技术就是在建模前期对各个部分的问题进行综合性解决，降低建筑设计中的参数错误率。
BIM技术在不同阶段共享信息，任意调节和拓展，建筑构件和形体的设计表达合理有效的展现，传递出实时信息。信息包括模型技术经济指标和工程量等指标，得知实时信息需通过3D协同平台建模和设计，精准计算出参数值与指标再进行对比。
（2）BIM参数化建筑信息的联动性和集成性
BIM技术下的建筑模型是专业性数字化信息库。建筑模型在协同设计平台所计算整合的数据，结合原BIM模型基础上修正，两者结合的数据关联性有所增大。如有数据修改，所有信息会随之变化而变化，总平图、立面图、结构分析图都会实时更变，省下设计过程不必的校正信息时间和降低模型的错误率。
其次，实体模型与线框和表面模式有所区别。二维或者三维的模型都可可视化信息，用量、材料和成本会附属在建筑构架单元的属性信息内。整体模型的设计、加工、施工和维护信息是关联模型复合的关键。
（3）BIM参数化建筑信息的模拟性和可视化
异形建筑复杂施工模拟和节点研究是BIM技术中可视化的特性体现，合理的显示出复杂构造和结构节点，若在建模过程中部分节点复杂性高，会采用模拟建模进行优化分析。图一和图二分别所示为BIM数据信息显示和可视化效果界面
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图一图二
BIM不仅在技术层面处于前沿优势，而且视觉表达层面在专业设计过程也出众。可视化功能在BIM模型空间中协助和明确项目模型的工作范畴，视图显示出建筑和结构建模的流程，同时分析出模型结构性能，便于检查校正，合理平衡实地施工的造价，在质与速的保证下，对异形组件的施工达至最高效率。当工程项目实施需交叉作业时，BIM智能技术会可视化提升时间与空间的使用率，避免建模操作的错误。
二、案例概况
（一）扭体博物馆简介
由挪威知名建筑设计院BIG设计的扭体博物馆，以扭转的身姿跨越蜿蜒的Randselva河，构筑栖息的桥梁，活跃整个雕塑公园的艺术氛围。作为公园内最新落成的构筑物，面积为1000平方米的当代异形艺术机构及设施，不仅连接了两岸植物环境带，为整个公园文化增添靓丽的风景线。设计师在设计建筑形体上，将其与环境相结合，如图三所示，扭曲博物馆的身姿跨越蜿蜒的Randselva河，The Twist坐落在历史悠久的纸浆厂附近，被构思为一个在中部扭转90度的“横梁”，在Randselva河的上方创造出一种雕塑般的形式
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（图三）
（二）扭体博物馆设计的局部分析
技术人员获取当地的地形测绘和地质参数化分析，通过BIM技术软件对结构分析计算，建筑造型和体量可简单的扭转，从沿岸森林贯穿到北端山坡，作为景观中的连续路径，建筑的两侧都设置了主入口，达到合理的构筑空间规范。人流可从南入口穿过一座16米长的铝面钢桥到达一个双层高空间，北段的景观观赏性提高，人行天桥与此空间相通。BIM自动显示此处的自然采光进行日照能耗数据分析，嵌入外部环境分析，模拟建设扭转的体量在南侧形成了一个纵向的画廊；北侧的横向画廊为BIM内属于较为开阔的空间，人视全景范围广，建筑中央的扭转体量同时产生了纵向和横向的空间，与景观形成呼应。
当异形建筑体量的施工模拟改变时，模型会通过BIM数字化分析并择优方案，数据信息传输以工程设计方。双曲线的几何体量由40厘米宽的铝板像书籍一样排列而成，并以扇面的形式轻柔地移动和变化。建筑内部也采用了同样的手法，地面、墙壁和天花板均覆盖以8厘米宽的涂白的杉木板条，为博物馆展览场地的布局规划提供舒适且美观的环境背景。BIM模拟出人流从任何一个方向来体验扭转画廊的动线，如同卡帧摄影的效果，当布局改变时分析出的交通线规划也随之改变。
北端的通高玻璃墙为博物馆带来了纸浆厂与河流的全景视野，同时以扭转的姿态上升，形成一个25厘米宽的带状天窗。玻璃的弯曲形式为博物馆内部带来了不同的光照氛围，并因此形成了三个与众不同的画廊：其一是以自然光照亮的位于北面的画廊，拥有宽敞的空间和全景视野；其二是天花板较高、光线昏暗、采用人工照明的南侧画廊；其三是位于前两者之间的雕塑般的空间，拥有一个扭曲的屋顶天窗。玻璃楼梯连接了位于北部河岸的地下楼层，建筑的铝制地面在这里成为了地下室和卫生间区域的天花板。全宽度的玻璃立面使游客能够与下方的河流亲密接触，为奥斯陆郊外林地的悠闲之旅增添了沉浸式的体验。
（三）扭体建筑体与BIM技术的设计点分析
BIM技术让异形复杂的建筑结构工作展开的更顺利，在实际应用中常常会利用平面视角对结构元件的建模和截面进行设计，导入CAD软件中，以二维平面绘制施工图（图四）。建筑结构的点线面形式以二维平面方式表达，给设计师的空间思维和设计图纸的理解更清晰明确。扭体博物馆钢架网架是错交的空间构架，因此建模造型复杂程度较高。
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（图四）
异形造型：扭体博物馆采用流线曲面构造，让建筑体更具动感和流体感，但容易将复杂外部架构表达被忽略在设计图纸上，博物馆空间信息不完整，建筑设计师借用BIM技术将意向图制造和组装细部实现异形钢网架可视化（图五、六、七），从而解决设计图纸对异形结构表达的局限性，输出博物馆的精准信息。（图五） （图六）
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（图七）
海量非标准构建：工程钢网架部分有众多的钢杆件和桥面檩条，且不同角度和空间位置之间的桥面曲面变化不同，面对数量众多的非标准化构件，设计师在工程前期设置好结构计算数据，利用BIM技术快速把设计与计算软件的信息贯穿空间结构计算之中，高精度BIM模型深化设计加快批量生成海量非标准化，不仅降低常规信息的复杂性，而且高效率深化BIM模型，避免出现重启状况。
高精度制造加工：扭体博物馆项目提前将杆件结构构件精度和具体尺寸信息，杆件螺栓球节点的开孔位置和深度信息精确报至于工厂，钢架构构件会通过BIM技术将信息精度调至最高，工厂化制作会减少工期耗时，提升施工效率。
设计与施工数据关联：设计往往会出现数据信息输出不一致，导致建造时空间构件组装不合，缝隙和不稳固情性频频出现，关乎于人身安全与伪造。这时高精度的深化设计BIM模型是最好的信息载体，是设计与施工之间信息数据传递的桥梁。
三、挪威扭体博物感的BIM应用展示
（一）扭体博物馆设计效果
在挪威扭体博物馆设计中，异形四曲面的外形设计让整个建筑充满动感的柔和度。小跨度的结构设计往往难度更大，如室内，空间桁架跨度超过40m，内部结构厚重不匹配工程尺度标准规范，建筑形体会出现异常，最终显示错误信息。
二维与三维之间的转化不可覷视，平面图纸上桥段曲线的合理应用，与空间利用率相吻合，博物馆内部空间多为方形为主，曲线流体的形式感在内廊中呈现出穿梭时空的感觉，在程度上给视觉表达有一定的神秘感。
在艺术角度，扭体博物馆不管在室内还是室外，效果感觉都凸显眼球，但平衡合理的功能形式更为重要，当其中一方面优势特别明显，建筑设计师会考虑其必要性和合理性。扭转逆向思维是扭体博物馆精神所在，自身的逻辑少不了建筑形体空间和结构，但清晰合理的建筑逻辑正是工程美学的表现。传统建筑的规整空间一直禁锢着大多数设计师的设计理念与思想，对建筑真实性有一番见解，自扎哈·哈迪德以及其事务所设计的一系列现代作品，引起了众多人的瞩目，愈来愈多的建筑设计师向往艺术形式趋势，弧面异形建筑体以为便是美的所在，往往一定程度上是不完整的说法，工程美的建筑体更多的是合理清晰的建筑逻辑，内在感性也需藏住理性，因此艺术与理性的平衡才是整个建筑设计的结晶。
（二）扭体博物馆的参数化模拟
1.Rhino
扭体博物馆的建筑表面中，驱动效果受BIM参数化的影响。Rhino是当前工业制造、建筑设计领域等使用率高，且基于NURRS曲线原理的算法三维造型软件，易实现精度高、尺寸数据细、复杂的不规则形体，具有强大的曲面建模和数据输出的能力，有利于模型与BIM技术之间互为转化以及分析信息，优化其驱动效果。扭体博物馆通过Rhino参数化算法使原双曲面转化成单曲面，搭建时将破面或粗糙的部分进行逻辑运算，令其光滑平顺，解决异形建筑涉及视觉效果的问题，再通过BIM技术可视化模型信息，检验模型数据与工程数据是否一致。
2.Grasshopper
Rhino中采用了一种编程语言插件，在参数化建模时可视化节点式编程，模拟出复杂的不规则形体，名称叫Grasshopper的运算器，可以保存以数据的形式运算器处理模型制作的过程。如果只Rhino和Grasshopper结合建模，单一显示模型几何信息，对模型非几何而无显示，需将BIM技术嵌入系统中，进行信息数据完善和管理，解决了以往异形表面非几何的构造和形状复杂，型号不统一的问题，对数多的构件和连接件的信息数据进行规划编码，后期设计，加工管理材料，施工和运维的信息分析和调整。
3.Revit
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BIM技术模型信息是由Revit软件组合生成的，辅助工程师设计、建造和修复维护建筑构件。构建建筑构件模型，分析和模拟系统及结构，以及迭代设计（如图八、九）。操作Revit 软件中，工程师可在某一理念中将概念抽象形体放置在软件图三和图四的数据网中并数据化为具象施工方案图以及结构分析图。优化建筑性能并创建逼真的可视化效果，使用专用于结构设计的工具，创建与其他建筑构件相协调的智能结构模型。评估它们对建筑和安全法规的合规程度。多个项目参与者可以访问集中共享的模型。这将促成更佳的协调，尽可能减少与甲方冲突和返工，以最佳的视觉效果有效地向项目所有者以及团队成员沟通与协调。
四、结论
结合挪威BIG设计的扭体博物馆，对BIM技术在异形建筑设计中的应用有一定的见解，应用BIM技术可以实现异形模型参数化，数据收集对整个异形建筑设计承载各种应用。BIM技术不仅接纳和储存参数化设计中的模型数据，而且更多的整合建造的新材料供应量和条件情况数据。在BIM技术的帮助下，令建筑信息更具有实时性，通过协同设计，传统二维的建筑图纸信息出错率大大降低，快速精准的转变成三维模型，模型具有自主性和合理性，设计逻辑与建筑结构关系明确，因此BIM技术在建筑行业占据极其重要的地位。
作者简介：姓名:陆祉衡，出生:1999.02，性别男，民族:汉，籍贯:广东省佛山市，单位:浙江理工大学，学院:艺术与设计学院，环境与艺术设计专业，研究方向::建筑设计