三维空间软件及其插件在幕墙设计中的运用

李优清

随着建筑设计向复杂性和大跨度发展，建筑外观呈现出不规则的情况越来越多。幕墙作为实现建筑外观最主要的组成部分，如何实现建筑创意，已是幕墙设计师面临的问题。异形建筑对幕墙设计软件也提出了新的更高的要求。三维空间软件以其强大的建模功能和简单、友好的操作界面，深受广大设计师的欢迎，已在幕墙设计中被广泛的使用。

1 三维空间建模原理及一般方法

图1 深圳湾体育中心三维空间表皮模型

图2 广州亚运城综合馆三维空间表皮模型

图3 深圳机场T3航站楼三维空间表皮模型（局部）

1.1 一般工程建筑设计方只提供三维空间模型表皮和分格线，幕墙设计需要在提供的三维空间模型上建出能表达出各构件相互之间位置关系的、有厚度的模型。设计师可以根据提供的分格线确定初步的幕墙分格，在此基础上进行细部分格和模型处理。

1.2 根据节点图中各构件相互之间的位置关系，建立三维空间实体模型。

异形幕墙的各个单元的尺寸均不相同，但构造的规律相同，可根据已有构造规律，以某一定值为基准，建立模型。

a、深圳湾体育中心设计方提供的是以主钢结构中心线为基准的表皮模型，由节点可得知，开洞部分共分装饰层、防水层、吊顶层（从上到下），与主体钢结构中心线的距离分别为800mm、500mm、-350mm，通过偏移、拉伸、修剪等步骤，得到三维空间实体模型（如图4、图5）。

b、深圳机场T3航站楼设计方提供的是以幕墙工程钢龙骨中心线为基准的表皮模型，由节点可得知，蜂巢部分共分为外层铝板、防水层（包括钢龙骨）、内层铝板3部分，外层铝板与钢龙骨中心线距离为180mm，其余尺寸为变量，通过偏移、拉伸、切割、修剪等步骤，得到三维空间实体模型（如图6、图7）。

图4 深圳湾体育中心节点图

图5 开洞单元三维空间模型

2 插件在三维空间建模中的应用

一个异形建筑往往由很多个不同、但有相似规律的单元组成，每个单元均需独立建模。如果每个独立的单元均由手动建模，将会耗费大量的时间。由于每个单元的建模规律相似，这为编写插件程序提供了前提条件，插件程序只需要手动输入建模的控制数据，其余相同规律组成的相同步骤由插件程序自动完成。

2.1 插件程序的编写

插件程序由专业的程序编写人员根据设计意图及各个控制条件之间的相互关系，通过使用大量的DLL文件（动态链接库）源码，程序可以实现模块化，由相对独立的组件组成。因为模块是彼此独立的，模块只在相应的功能被请求时才加载，所以可以更为容易地将更新应用于各个模块，而不会影响该程序的其他部分，为局部修改插件提供了便利（如图8、图9）。

2.2 插件程序的加载

由于插件程序采用的是DLL文件独立的模块形式，加载插件时可方便选择不同功能要求的插件程序。步骤：工具—选项—插件程序，点击“安装”，选择路径下的插件程序，点击“确定”，插件将出现在工具栏中(如图10、图11)。

2.3 插件程序的使用

插件程序加载成功后将会以命令的形式出现在工具栏中，插件命令可根据实际需要按规律或按区域灵活设置。一个插件命令可包括很多建模步骤，在命令执行过程中，只需要输入必要的控制数据，其余步骤均有程序自行完成。

图6 深圳机场节点图

图7 蜂巢单元三维空间模型

图10 插件加载过程

图11 已加载的插件程序

图8 DLL文件

图9 其中一个模块的程序

下面以深圳湾体育中心金属屋面铝板模型建模命令为例，详细介绍插件命令的原理和操作步骤：

/*************铝板模型************

*（铝板模型）按照铝板建模原则做的单个命令

*首先生成分块铝板

*选择需要分割的铝板面；

*程序会自动寻找面的中心点和各边的中点连接成多个(8个)三角平面；

*关于三角平面各个边的偏移有相应的提示；

*最后的输入参数为生成各边在平面竖向的延伸平面。

*然后生成分块加中边竖面的铝板

*选择需要分割的铝板面；

*程序会自动寻找面的中心点和各边的中点连接成多个(12个)三角平面；

*12=8+4(8个是边，4个是一个顶点和一边中点连线的竖面)

*关于三角平面各个边的偏移有相应的提示；

*最后的输入参数为生成各边在平面竖向的延伸平面，

*输入参数说明如下：

*底直角边偏移距离：基本与选择面的边界重合

*竖直角边偏移距离：基本与选择面的边界平行，通过选择面的中点

*斜直角边偏移距离：基本与选择面的对角线重合

*竖边面的高度：与生成面的边垂直的竖边面的高度

*********************************/

上述步骤是已翻译后命令程序建模过程。本命令要求选择一个单元分格原始模型，按照一定规律分割成16块带折边的三角形铝板。

建模原理如下：“选择单元分格原始模型（面）—找到此面的中心点—以各边中点连接成8个三角平面—三角平面各个边偏移相应距离（铝板缝隙）—分别以8个面一边的中点连接三角形顶点，分割成16个三角平面—三角平面中间边偏移相应距离—16个三角平面的每个边拉伸一定的高度得出铝板折边。”

插件命令步骤如下：“选择金属铝板面：—输入缝隙宽度：—竖边面的高度：”共3步，只需每步输入控制数据即可快速得到16块带折边的三角形铝板模型（如图12、图13）。

手动建模全过程需10~15分钟，采用插件命令建模，全过程只需10秒钟。由此可见采用插件程序建模可大大缩短建模时间，节省人力成本和时间成本。

3 插件在三维空间建模生成CAD图纸过程中的应用

三维空间软件不仅拥有强大的建模功能，而且能将三维空间模型物件转化成多种格式的文件，其中包括dwg文件。

将导出的物件经过选择视图、标注、整理等步骤可完成CAD图纸的绘制。

3.1 插件程序的编写

由于三维空间插件程序采用DLL文件（动态链接库），当执行某一个程序时，相应的DLL文件就会被调用。基于此原理，我们可根据实际需要把一些固定的信息（比如CAD图纸的图框、图例、说明等信息）设置成模块的形式，放置于系统盘中供程序调用。

模型中的物件（例如线、面）均具有方向性，这为从三维空间模型中导出的物件在CAD图纸中的定位提供了便利。可根据三维空间物件的这种属性轻易的在CAD图纸中确定主视图、左视图、俯视图。

3.2 插件程序的加载

插件加载步骤：工具—选项—插件程序，点击“安装”，选择路径下的插件程序，点击“确定”，插件将出现在工具栏中。

图12 原始单元模型（曲面）

图13 已完成的16块三角形平面

图14 三维空间模型可转换成多种文件格式

图15 深圳机场加工图CAD模块

图16 其中一个加工图CAD模块

3.3 插件程序的使用

在插件使用前将设置好的dwg格式模块以文件夹形式放置于系统盘中，以供程序的调用。插件命令可按要求分别设置，比如加工图中可分别设置玻璃、铝板、铝型材、组框图、钢架等加工图的命令。在生成CAD图纸之前对各个物件、构件进行编号。在命令执行过程中，只需要输入必要的控制数据，其余步骤均有程序自行完成。

下面以深圳机场幕墙工程为例，详细介绍插件命令的原理和操作步骤：

a、玻璃加工图

以建好的玻璃板块为基础模型，通过插件命令使其生成玻璃加工图（如图17-19）。

玻璃模型的方向非常重要，其直接决定了相应CAD图纸的视图方向（即室、内外面）。一般将三维空间模型中的方向设置成向上，以便与CAD图纸中的常用视图方向相同。

b、钢架加工图

本工程中的钢架为单线模型，为了便于钢架加工图的定位，选择一个参考平面用于定位（如图20）。

参考面的方向直接决定了钢架加工图的视图方向，一般将参考面的方向调成向上，以便与CAD图纸中的常用视图方向相同。若将方向调成向下，生成的加工图将会产生截然不同的结果。

各个钢架相对应的四个角点做法相同，因此可将四个角点设置成模块。由于此钢架为空间钢架，可以以表格的形式增加各个控制点的三维相对坐标值。

上述加工图插件命令的操作均很简单，只需选择参考平面，输入控制数据，其余步骤均有程序自动完成，大大提高了工作效率。

4 插件在三维空间软件中的其他应用

由于可将三维空间模型的物件导出转换成其他众多格式的文件，三维空间插件除了用于生产CAD的加工图外，还可转换成表格形式。将理论模型中的三维定位点转换成表格数据，用于复杂工程的施工定位；也可用于利用表格形式统计各种物件的长度、面积等数据。

5 总结

通过上述工程实例可以看出，三维空间软件可以很好地作为幕墙设计师建模的辅助工具，三维空间软件插件的应用可以大大的提高建模和生成CAD图纸的效率。随着各种新颖、异形建筑的出现，国内外建筑师越来越广泛的运用三维空间软件进行建筑设计，三维空间软件也将会在幕墙设计领域被越来越广泛的运用。

图17 玻璃板块模型的方向

图20 插件生成的钢架加工图

图19 插件生成的玻璃加工图

图18 插件生成的玻璃加工图