基于CATIA三维技术的数字模型设计：以校园规划单体建筑的设计为例

刘兼唐,顾睿峰,邓经枢, 张 遥

(南京航空航天大学,江苏南京,210016)

0 引言

在高校图书管理、人事管理、财务管理等常规性管理中，计算机技术的应用已相对成熟。随着计算机技术的深入发展和应用，计算机不仅可以起到代替手工劳动、便于海量存储与检索的作用，还可以提高具体业务管理工作的质量。以高校规划为例， SPSS可有助于事业规划的数据分析与辅助决策，CATIA、3DMAX、openGL可有助于校园规划的视景效果展示及建筑布局，本文通过应用CATIA进行校园规划建筑三维造型的构造，说明计算机技术在高校规划中的具体应用。

CATIA 是法国Dassauh System 公司开发的CAD／CAE／CAM一体化软件，是一个三维设计平台，能在设计阶段直接产生产品的数字模型。该软件强大的数字化三维造型功能，可以大大提高校园规划的科学化水平。

1 草图设计与建筑体量的控制

草图设计可以利用Sketcher 模块实现，在选取绘图平面、确定坐标后，通过绘制参数化轮廓曲线构成平面草图。

以规划建设一座大学生艺术中心为例，最能反映建筑物平面结构的应该是俯视图，因而选择xy平面为基准平面绘制俯视图。艺术中心结构较为复杂，主要是受制于东南西北四个部分的约束参数，这些参数当中，一类是直接与图形直接关联的参数点，例如规划控制点，规划边界控制线等等，一类是间接约束参数，如与建筑体量相关的单层平面面积等。如果仅仅考虑规划点、线约束参数，可以在CATIA中直接输入参数，但是要实现复杂的参数约束，就需要借助CATIA设计表进行关联设计来实现。

在Microsoft Exce1支持下，利用CATIA设计表可以实现通过外部参数数据控制几何形状，即可以从外部已经存在的Excel中导人数据，并应用在CATIA中。具体实现方法是，首先，将校园总体规划中各种控制规划点、线的约束参数，关键尺寸特征参数，以及面积控制数等组成外部变量，以表格的形式保存在Excel文件或列表文本文件中；然后，确立参数之间的计算关系，主要是边线控制点参数与面积控制参数之间的关系，进而建立表格中与设计尺寸有关的关键参数与设计模型特征参数的正确对应关系；最后，绘制轮廓线，形成主体草图（如图1）。这样，就可以实现通过调整关联的外部参数驱动几何模型，同时实现控制建筑体量的效果。

图1 建筑物主体草图

2 主体造型生成与校园景观呈现

具有完整的几何信息的主体造型的生成一般有两种模式：一种是以立方体、圆柱体、球体、锥体和环状体等基本形状体素叠加生成复杂形体，一种是以草图为基础建立基本特征后，通过“挖”的方式创建复杂形体，第二种方式是CATIA的主流应用方式。

首先，基于上述草图特征，可以通过“拉伸”的方法创建初步造型主体（如图2），选择俯视图作为基准平面的优点在于， “z轴”拉伸方向的深度尺寸即为建筑的高度。

图2 建筑物主体拉伸

然后，根据设计人员对外形结构的理解与把握，用“凹槽”命令进行修型，选取所需的草图截面所附着的平面作为草图基准面，定义基准面的法线方向为吐槽方向，逐个挖除，最终形成有相对完整的内部结构主体造型（如图3）。这种造型可以给人以立体的直观感受，便于设计人员判断造型风格与校园整体文化氛围的融合度，也还可以方便地对造型进行调整。

图3 建筑物结构造型

3 实体造型完善与设计要点表达

主体通过部分挖除成型后，整个楼的结构基本呈现，但是对于规划来说，有更加详细的设计要点对于后期建筑设计非常重要，比如附结构、楼梯、柱子、伸出墙、框架、玻璃等等，通过传统的文字表达的方式往往难以完全体现规划者的用途需求和实际构思，这就需要CATIA强大的细节处理功能来实现一目了然的效果。

仍以规划建设的大学生艺术中心为例，主体结构虽然复杂，但每个部分都是由简单几何体复合，但是一些重要的结构，不是简单叠加可以实现的。玻璃幕墙是艺术中心独特之处，属于实体设计中较为复杂的部分，其构造就需要视情况选用不同的操作。首先，要选取与玻璃幕墙相连的天花板为草图基准面，在草绘工作台中，用圆弧命令画出没有斜度的玻璃幕墙的顶视投影图；然后，分两种情况：（1）若玻璃幕墙设计为规则曲面，则可以选取与玻璃幕墙相连的天花板为中性元素，对无斜度玻璃幕墙圆弧面进行常量拔模，自定义角度完成创建玻璃幕墙；（2）若玻璃幕墙设计为非规则曲面，则不能使用常用的“零件设计”工作台，而要转换到“创成式外形设计”工作台，进入草绘工作台，在该面上绘制有斜度的玻璃幕墙的侧面投影曲线，以玻璃幕墙相连的一个侧面为草图基准，定义没有斜度的玻璃幕墙圆弧面的中心轴为旋转轴，旋转完成曲面的建立，定义上述旋转曲面分隔开的无斜度玻璃幕墙旋转体为被切除的元素，定义旋转曲面为切除元素，进行分割，得到有斜度的玻璃幕墙（如图4）。

图4 玻璃幕墙成型

通过上述示例可以看出，将CATIA应用到高校规划中是完全可行的。它将规划中的建筑坐标点控制、体量测算与建筑造型设计紧密联动起来，提高了规划建筑在多约束条件下的可行性。三维实体造型的呈现，方便外观评审，并且能够灵活方便地进行修改，缩短了从规划构想、到规划呈现到实施阶段的周期，减少了工作量，提高了工作效率。由此拓展到高校管理工作，还有很多方面可以而且应该利用计算机的新技术，提升工作质量。

[1]施建.关于计算机在高校管理中的应用[J].交通高教研究,1999(1).

[2]魏欣, 刘希玉, 牛雪丽.CATIA 及其在建筑造型中的应用[J].潍坊学院学报，2009（9）.

[3]王小平，王 陆，蔺志刚.基于CATIA设计表的水工建筑物关联设计[J].水利水电技术，2013（1）.