基于BIM多元数字化协同技术赋能建筑设计发展.pdf
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1、 年 月第 期(总)铁 道 工 程 学 报 ()收稿日期:基金项目:中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划()作者简介:孟然,年出生,女,正高级工程师。文章编号:()基于 多元数字化协同技术赋能建筑设计发展孟然(中国铁路设计集团有限公司,天津)摘要:研究目的:数字化的快速发展改变着各个行业的运行模式,同样包括建筑设计行业,不断冲击着固有建筑设计理念,更新着设计手段。相较整个建筑领域,铁路工程建筑设计 应用起步较晚,很多技术还处于摸索阶段,应用不系统。应对铁路工程项目自身的特殊、复杂性以及建设紧迫性,也需要更高效的技术手段助力建筑设计。通过多元数字化协同技术的展现力与交互能力拓宽建筑设计思维维
2、度,通过数字化技术的实操性为工程建设的优质呈现加分,引导后续工程的设计应用。研究结论:()通过工程实践尝试,实现了 多元数字化技术在铁路工程建筑设计过程中不同阶段的实践应用,提出了数字技术在建筑设计发展转型、赋能的研究方向;()明确了以功能为载体的建筑空间随数字技术发展的演变趋势,以及设计理念转型的必然;()多元数字化协同技术的应用将为建筑设计提供更为真实有效的设计手法;灵活、便捷的空间分析能力;更精准、可实施的建造技术,以技术力实现内容力;()多元数字化协同技术可广泛应用于工程建设的全生命周期,现阶段在铁路工程的建筑设计环节具有积极的推广价值。关键词:多元数字化;协同作用;数字孪生;虚拟现实
3、;体积视频中图分类号:文献标识码:(,):,:(),()(),(),:;随着科技的发展,信息、网络、智能化交织融合发展的大环境下,数字化经济逐步引领了各行业发展,建筑行业得到了很多助力,建筑企业也在积极地向数字化转型变革。建筑设计早在多年前就已经积极地向数字化转型。由最初的徒手绘制设计图纸,人力结构计算到计算机制图、电脑数据计算、三维建模、在建筑设计中的推广应用以及 正向设计的探索,都是数字化带来的技术革新与转变。铁路行业 技术研究应用与国内外建筑工程同行业相比,还处于初步探索阶段。从以物质为载体进行信息交换到初步的数字化,再到数字孪生,这是我们现阶段能够做到并加以利用的。面对纷繁复杂的建设条
4、件,单一的数字化技术已经不能满足现阶段铁路工程设计需求。亟需更先进、便捷的科技手段全生命周期去解决技术上、施工中乃至运营维护等一系列问题。以设计阶段为重点,本文以数字科技在现代建筑设计领域展现的活力为目标,探寻适应铁路工程设计的 多元数字化技术的实践,解决设计困境,提高设计质量,更新思维思路,为铁路建筑工程设计的进一步发展做好准备。数字化技术在设计实践中展现的新视角与新手段 赋能城市规划设计数字化在近年来城市相关的众多转变中,起到积极的作用。尤其是在城市规划领域,不断赋能城市规划技术进步、引领传统规划转型升级、推动互联网科技公司跨界与融合。数字化驱动其实不仅是数字,而是数据及其所反映的信息。通
5、过智能技术对城市进行拍摄、扫描,大规模的进行数字还原,将城市系统实现数字孪生。以数字科技的形式加以整合、利用,通过分析城市规划各个系统的问题及发展,从而实现城市管理的智能化。在城市相关的众多转变中,城市的精细化、智能化管理是无可争议的趋势与发展基调。赋能建筑设计数字化同样赋能于建筑设计行业,基于 技术下的建筑设计存在较大优势,是现阶段较为轻量化的“三维”建筑模型,可以进行复杂建筑形态、超大建筑体量的设计研究工作,且与其他科技软件的交互具有一定的兼容性,多元数字化交互技术崭露头角。在近年的建筑设计中,虚拟现实技术作为一种建筑视觉再现的数字化媒介,给人们对建筑设计过程带来了巨大的影响,结合 模型,
6、技术对建筑空间的真实模拟使建筑材料、材质、肌理、光影变化可以为设计师带来更直观的感受。铁路行业数字化技术研究应用起步较晚,即便如此 在铁路客站的设计中发挥的作用也比较明显。结合虚拟技术的进一步发展,多元数字化技术的交互作用在设计实践中将展现出更多的活力与能量。在数字化、信息化、智能化快速发展的大环境下,建筑设计行业一定会与数字世界紧密交叉,达到互融互助。赋能建造技术建筑设计越来越不拘泥于传统的横平竖直设计,多元化的造型使得结构体系无法用传统的设计手法表达出来,打印和数控加工是现在建筑设计与工业设计采用较多的一种方式。通过数据输入,提取形成多项二维数据后输出,做出异形构件,能够简单地实现各种造型
7、。通过数控加工技术将数字空间物理化,通过数字扫描技术将物理空间数字化,实现实体空间与数字空间的转换,为双重空间的重叠创造了条件。鸟巢、大兴机场就是通过 建模,进行拆解然后数控加工完成的。雄安站利用 打印技术对候车大厅变截面清水混凝土结构及钢结构进行了实体打印,完成了混凝土模板选型。通过计算机多种软件协同作用,是从数字空间的虚拟模型变成实体的一个渠道,是一个实现多元化设计的通道。建筑师可以更加自由的进行创作,将各种不可能变为可能。多元数字化交互技术的应用研究 交互技术 设计面临的困境铁路工程中建筑设计场地的选址随铁路选线的变化存在很多不确定性,建设在山区等复杂地形、地貌的条件下;建设在城市发展的
8、成熟区域地段;建设在既有第 期孟 然:基于 多元数字化协同技术赋能建筑设计发展限定条件下预留的场区或改扩建既有站房等。建设条件的苛刻以及外部设计条件接口的繁杂,依靠现场调研及相关设计资料的收集很难满足设计师全面、客观地了解建设条件,作出正确的分析与判断。项目中的应用研究在新建昌都火车站设计过程中尝试使用了无人机拍摄及 技术,为设计起到了积极的协助作用。昌都站的选址位于昌都全域核心区边缘,处于多级发展带的联系地带。站区所处地形复杂,起伏大,可建场坪受限。在苛刻的建设环境下,设计几乎无从下手,甚至无法确定可建设用地。在研究过程中对建设场地区域首先进行了无人机航拍。通过 信息采集技术将真实的实体空间
9、通过测绘和扫描体现到数字模型中。在此基础上建造一个根据实体空间及功能需求呈现的三维数字空间,让实体与虚拟两个空间重叠在一起,实现了实体空间的延续。将待建客站模型合成到实景模型中,利用数字模型的多维度可虚拟性操作,对建设区域场坪进行分析与研究,明确较为可行的建设用地范围,再利用 模型建立场地平整示意图,通过信息分析计算出土方量,对于可实施方案的确定起到了积极的协助作用。通过传感、反馈与控制,让数字信息与物理内容产生交互,即数字孪生。实体空间与数字信息之间的相互作用与配合,完成了对困难地形建筑方案的初步研究。昌都站的设计前期 的应用为数字模型精准的还原回物理空间提供了依据。这是实体空间与虚拟数字内
10、容精准结合的一次尝试,这为实体空间与数字模型的相互转换带来多种可能性。交互技术的必然发展项目策划前期采用 手段,通过整合 模型、信息及航拍实景模型,可以更加有效的进行拆迁规划、施工道路布置、场地规划与城市规划设计等应用研究。施工过程中利用 技术,结合专业无人机进行高频次自动化的地理信息采集,将 模型合成到实景模型中,对比施工进度计划提高施工管理质量,对工程进行数据化记录,解决施工过程追溯及数据还原的问题。因此,技术解决了设计前期资料收集困难、接口分析复杂等技术难题,助力后续施工,提高工程设计质量,加快项目进程。技术作为图形参数基础,将与更多的数字技术手段交互作用达到更为精准的效果。交互技术 虚
11、拟现实技术的展现力如果说数字孪生是现实空间与数字信息的交互,那么虚拟现实更多表达的是人与数字信息,甚至数字信息与实体空间重叠后的交互。虚拟现实是数字技术通过计算机模拟创造的世界,是以人为主体,注意力聚焦与内容透视角度的重叠;是主体更深层感受的捕捉与数字内容的重叠;是未来真实事物的虚拟体现。现阶段在游戏、影视综艺、商业、教育等方面展现出更多虚拟现实的实际应用。通过分析虚拟现实的建立大致可以通过两大步骤:第一步,通过数字孪生技术,基于 地理信息和高精度数字建模技术,结合 智慧数据报表等,将现实多维数据融合共享,并通过三维立体图像汇总具现;第二步,利用沉浸式高新视频平台为设计师提供更多设计视角及可能
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