1 概述
建筑信息模型(BIM)為建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來了第二次革命，從二維圖紙到三維設(shè)計(jì)和建造的革命，對(duì)建筑行業(yè)來說，BIM也是一次真正的信息革命。BIM在我國的全面應(yīng)用為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益，使設(shè)計(jì)乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和效率顯著提高。BIM將直接促使建筑行業(yè)各領(lǐng)域的變革和發(fā)展;它將使建筑行業(yè)的思維模式及習(xí)慣方法產(chǎn)生深刻變化;使設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營的過程產(chǎn)生新的組織方式和新的行業(yè)規(guī)則。
幕墻BIM是基于三維模型的幕墻信息技術(shù)，是采用集成的三維模型完整地表達(dá)幕墻定義信息，將設(shè)計(jì)、加工制作、安裝施工等信息共同定義到三維數(shù)字化模型當(dāng)中，以改變目前三維模型和二維工程圖共存的局面，更好地保證幕墻定義數(shù)據(jù)的唯一性。幕墻BM提供了單一源定義，消除了潛在的三維模型和二維圖紙之間的沖突;改變了傳統(tǒng)的紙質(zhì)介質(zhì)的產(chǎn)品定義模式，方便了數(shù)據(jù)的管理，減少了很多重復(fù)性勞動(dòng);此外幕墻BIM還提高了信息傳遞的準(zhǔn)確性和傳遞效率，使使用者能夠更加直觀、準(zhǔn)確地獲取各類信息。幕墻工程的BIM模型可以分解成若干個(gè)“單元”，每個(gè)單元以信息化的形式存在。類似建筑設(shè)計(jì)軟件中的“族”和機(jī)械設(shè)計(jì)軟件中的“產(chǎn)品”、 “部件”。通過對(duì)“單元”的預(yù)定義，將“單元”內(nèi)的產(chǎn)品(或稱為零件)的屬性信息(生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)品型號(hào)、商標(biāo)、造價(jià)和性能指標(biāo)等)、一般幾何信息(構(gòu)造尺寸、數(shù)量和材料等)和參數(shù)化信息(通過變量或公式能夠計(jì)算的幾何信息)進(jìn)行設(shè)置，以便在幕墻的設(shè)計(jì)、加工制作、安裝施工等各個(gè)環(huán)節(jié)達(dá)到信息的共享與重用。本文以目前比較流行的CATIA軟件系統(tǒng)為例，研究幕墻BM模型的定制技術(shù)，并舉例說明其應(yīng)用。
CATIAV5-6系統(tǒng)是航空、汽車、機(jī)械、電子設(shè)備及建筑等領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛CAD（詞條“CAD”由行業(yè)大百科提供）/CAM/CAE軟件系統(tǒng)。它是一個(gè)模塊化的軟件，具有統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理以及兼容的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序接口。采用特征造型和參數(shù)化造型技術(shù)，允許自動(dòng)指定或由用戶指定參數(shù)化設(shè)計(jì)、幾何或功能化約束的變量化設(shè)計(jì)。它具有卓越的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、曲面造型、加工模擬、有限元分析、知識(shí)智能(參數(shù)化入數(shù)字化虛擬樣機(jī)等強(qiáng)大的功能模塊，為許多用戶所青睞。CATIA V5的知識(shí)智能(參數(shù)化)模塊功能強(qiáng)大，通過可視化的特征樹及各種可視工具，使得三維參數(shù)化建模更加簡(jiǎn)單。CATIA V5的可視化工具能使設(shè)計(jì)人員在可視化的環(huán)境下，高速高效地完成三維建模工作[1-3]。CATIA系統(tǒng)還提供CAA(Component App|ication Architecture) RADE (Rapid Application Development Environment)[4]二次開發(fā)工具，采用了全新的、基于組件的開放式體系結(jié)構(gòu)(Open Architecture Products)。應(yīng)用了許多現(xiàn)代軟件工程思想，雖然整個(gè)體系結(jié)構(gòu)十分龐大，但結(jié)構(gòu)清晰、合理，維護(hù)、開發(fā)、擴(kuò)展方便，有著相當(dāng)優(yōu)良的擴(kuò)展性能。它開放的組件應(yīng)用架構(gòu)解決方案，允許更多的第三方供應(yīng)商針對(duì)用戶的特殊需求進(jìn)行定制。
2 信息化建模的特點(diǎn)
幕墻BIM模型需要定義屬性信息(生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)品型號(hào)、商標(biāo)、造價(jià)和性能指標(biāo)等)、一般幾何信息(構(gòu)造尺寸、數(shù)量和材料等)和參數(shù)化幾何信息(通過變量或公式能夠計(jì)算的幾何信息)，真中參數(shù)化信息是信息傳遞的關(guān)鍵，也是幕墻BIM的核心，因此需要重點(diǎn)研究幕墻的三維參數(shù)化建模技術(shù)。
幕墻三維參數(shù)化建模與二維參數(shù)化建模不同，其主要區(qū)別在于三維模型更能清晰地表達(dá)幕墻的構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供），其模型參數(shù)也能更好地反映實(shí)物特征。三維模型允許從任意角度觀看，比二維模型更加直觀，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒐ぷ髦攸c(diǎn)放在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化方面。參數(shù)化建模的特征參數(shù)選擇非常重要，合理的特征參數(shù)能夠方便地控制和生成實(shí)物的三維模型，特征參數(shù)發(fā)生變化能夠直接地帶動(dòng)三維模型的協(xié)同變化。參數(shù)化技術(shù)給設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)件、常用件和系列化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)帶來極大的便利，是近來提出的“大量定制”MC生產(chǎn)方式中敏捷設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。三維參數(shù)化建模技術(shù)是幕墻設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，它比二維參數(shù)建模更能體現(xiàn)產(chǎn)品特征，更適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。它將極大地促進(jìn)幕墻行業(yè)發(fā)展。
3 三維參數(shù)化建模的實(shí)現(xiàn)方法網(wǎng)
參數(shù)化建模的關(guān)鍵在于用參數(shù)、公式、表格、特征等驅(qū)動(dòng)圖形以達(dá)到改變圖形的目的，在CAT IA V5中可通過如下的方法來實(shí)現(xiàn)。
3.1采用CAⅡ A CAA二次開發(fā)技術(shù)，進(jìn)行三維模型參數(shù)驅(qū)動(dòng)
CAA(Component Application Architecure)是法國達(dá)索公司為了用戶在使用CATIA的過程中根據(jù)所要擴(kuò)展的功能進(jìn)行二次開發(fā)而提供的以VC++語言為基礎(chǔ)的一系列函數(shù)庫的總稱[4]。CAA方法的核心思想是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)。采用對(duì)象的嵌入(Object Linked Embedded)和連接以及組件對(duì)象模型(Component Object Modei)的應(yīng)用，使得開發(fā)的過程能夠輕松地實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，較大程度地提高了程序的易用性和可擴(kuò)展性。幕墻構(gòu)件數(shù)量繁多，而且大部分構(gòu)件類似，結(jié)構(gòu)不一定復(fù)雜，但大量重復(fù)設(shè)計(jì)耗時(shí)耗力，因此如何快速地生成構(gòu)件是一個(gè)重要的問題。采用CATIA的二次開發(fā)工具[4]，通過參數(shù)化建模方法，可怏速驅(qū)動(dòng)生成新的構(gòu)件，并可進(jìn)行三維零部件的參數(shù)驅(qū)動(dòng)。
3.2利用系統(tǒng)參數(shù)與尺寸約束驅(qū)動(dòng)圖形
CATI A V5具有完善的系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)提取功能，它能在草圖設(shè)計(jì)時(shí)，將尺寸約束作為特征參數(shù)保存起來，并且在此后的設(shè)計(jì)中可視化地對(duì)它進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)直接的參數(shù)驅(qū)動(dòng)。用系統(tǒng)參數(shù)驅(qū)動(dòng)圖形的關(guān)鍵在于如何將從實(shí)物中提取的參數(shù)轉(zhuǎn)化為CATiA中，用來控制三維模型的特征參數(shù)。尺寸驅(qū)動(dòng)是參數(shù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，尺寸約束是實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)的前提。CATIA V5的尺寸約束的特點(diǎn)是將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮，通過尺寸約束來實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。設(shè)計(jì)時(shí)以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(diǎn)(全約束)，不能漏注尺寸(欠約束)，不能多注尺寸(過約束、尺寸驅(qū)動(dòng)是在二維草圖Sketcher空間下實(shí)現(xiàn)的。圖形完全約束后，其尺寸和位置關(guān)系才能協(xié)同變化，系統(tǒng)會(huì)直接將尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)。草圖修改可通過編輯系統(tǒng)參數(shù)直接驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變，為三維參數(shù)驅(qū)動(dòng)提供基礎(chǔ)。三維參數(shù)化建模的合理性很大程度上取決于二維圖形中的尺寸約束與實(shí)物參數(shù)的符合程度。只有抓住CAT A建模特點(diǎn)并采取合理的二維和三維建模方法，才能建立理想的模型。
3.3 利用用戶參數(shù)和公式驅(qū)動(dòng)圖形
CATIA V5不僅具有系統(tǒng)定義的參數(shù)，而且還有用戶自定義參數(shù)。通過用戶自定義參數(shù)和公式等工具，可以很方便地定制出客戶所要的各種參數(shù)以及約束這些參數(shù)的公式。CATIA V5中有幾何參數(shù)(如點(diǎn)、線、曲線、曲面等)、物理參數(shù)(如長(zhǎng)度、質(zhì)量、速度、溫度、密度等)、無量綱參數(shù)(如整數(shù)、實(shí)數(shù))、字符型參數(shù)及布爾型參數(shù)等40多種類型的參數(shù)可供用戶自行選擇。用戶自定義公式是CATIA V5中聯(lián)系系統(tǒng)參數(shù)與用戶參數(shù)樞紐。用戶參數(shù)定義后，可針對(duì)用戶參數(shù)與三維模型中對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)建立相應(yīng)的公式，從而通過用戶參數(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)而控制圖形的尺寸。
3.4 利用表格數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)圖形
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的尺寸可通過查表獲得，在CATIA V5中可應(yīng)用表格驅(qū)動(dòng)幾何圖形實(shí)現(xiàn)這一功能。應(yīng)將與零件尺寸有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以表格的形式存放在相應(yīng)的文仵中，并建立表中數(shù)據(jù)與三維模型特征參數(shù)的聯(lián)系。通過選擇表中不同記錄達(dá)到改變幾何尺寸，獲得所需零件的模型。在CATIA的參數(shù)化設(shè)計(jì)中，可以使用的圖表有兩種，一種是文本格式的圖表文件，一種是Excle格式的圖表文件。僅須將產(chǎn)品的特征參數(shù)制成文本型或Excle引型表格，通過CAT{AV5本身自帶的工具Deggn Tab℃ 對(duì)表格的各條記錄進(jìn)行訪問，從而達(dá)到修改尺寸、改變形狀的目的。
3.5 利用規(guī)則與檢驗(yàn)控制特征驅(qū)動(dòng)圖形
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