BIM参数化在住宅地块设计中的应用实践

周广翔，周敏厦

（广州市城市规划勘测设计研究院）

1 引言

城市设计的价值不仅仅体现在城市规划和建筑方案设计两个层面的沟通中，更在对城市发展进行的管控与引导。在控制性详细规划的约束下，在地块的方案设计中，存在设计指标优化繁琐的问题，传统方案模型与指标计算不具备数模联动的便捷性；而BIM参数化设计则提供了该类问题的解决方案。

2 BIM参数化与地块设计

2.1 参数化设计

作为参数化设计的分支，BIM参数化技术的核心是将设计意图通过参数转换为输入程序的指令，将设计规则转译为计算机的逻辑语言，最终的设计成果即为程序输出结果或程序本身（见图1）。

图1 BIM参数化核心

BIM参数化设计不同于传统的手工设计方式，在传统的设计方式中，需要借助命令及选择实现对象的建立及编辑。而BIM参数化设计生成的模型基于算法逻辑生成，关注的对象是几何体背后的逻辑，对象的几何尺寸、空间位置等信息只是逻辑算法的一部分效果呈现。建筑设计中的建筑形态学、行为建筑学等理论基础，在BIM参数化设计中将其编写成脚本，即算法逻辑，设计流程中的设计要求、目标参数如规划条件、性能要求等设计意图条件，在BIM参数化中将其量化成参数，作为输入条件，输入条件和算法逻辑完成定义后，就能生成可视化成果，这种设计方法不再是列明设计条件和设计规范，逐条排除生成唯一方案的传统设计流程，在BIM参数化设计中，设计条件和规范直接关联最终成果，设计师在可视化成果的基础上不断调整参数的输入，最终生成满足各方要求的设计方案。

BIM参数化设计具有以下优点：

①全流程，BIM参数化设计的介入阶段早，BIM参数化穿插在整个设计周期中，将后期的深化提资前置，前期的设计过程中就考虑深化阶段可能存在的问题，提高设计效率；

②数据的完整性，BIM参数化设计的数据生成和应用均通过底层脚本语言编程解决，设计输入直接关联设计结果，有效解决了后期多次修改造成的设计意图偏离和数据的丢失；

③协同性高，多专业之间沟通不再是通过单线条的互相提资，而是基于同一个设计模型展开。

BIM参数化技术作为建筑领域的一种新方法，主要应用在建筑设计过程中，如形体推敲、户型演化。国外的Finch3D工具就是基于这种理念开发的，通过调整进深开间，实现内部户型的自动调整（见图2）。

图2 自适应户型演化

2.2 BIM参数化与城市地块设计

对于住宅地块，在满足容积率要求的同时，也要结合道路红线、高度等限制性指标、周边景观等价值因素进行空间布局。传统设计中，设计师采用SketchUp进行建筑形体的绘制与推敲，使用Excel进行容积率的计算，模型与数据是割裂的，操作繁琐。

采用BIM参数化，在形体推敲的过程中，BIM模型与数据实时联动，各种计算指标实时生成，减少了设计师计算的时间，使其更关注设计本身的内容。

3 案例研究

本研究以广钢新城地块AF040405住宅地块为案例，验证Dynamo在强排过程中的应用。该地块为二类居住用地，容积率为4.8，建筑控高为120m，其中存在一处垃圾收集站和再生资源回收站。

3.1 强排流程分析

方案强排是根据地块规划指标和条件与建筑本身的强制性规范，结合产品定位和选型完成的基本建筑排布方案。第一步是地块内、外部分析，地块外部分析主要是识别地块外部的景观价值，对后期的排布有关键影响；内部分析则主要考虑地形、内部景观的影响，本案例未涉及。第二步是规划条件分析，主要是用地红线、规划指标的限定，包括建筑密度、容积率、控高等条件，建筑密度、容积率是地块开发强度的体现，控高则主要是高度上的限制。第三步是参考《广州市城乡规划技术规定》，该规定对红线退让、建筑间距、连续面宽做了规定。最后选定标准户型并进行方案排布。强排流程如图3所示。

图3 强排流程

3.2 地块设计分析

广钢新城有一面临中央公园，景观价值较高。根据容积率4.8初步判断为高层+超高层的组合。

3.3 数据计算与处理规则

3.3.1 容积率及高度计算

本地块选择了2种标准塔楼户型，此两种户型作为整个住宅小区的基本户型。

容积率计算规则为计容面积除以净用地面积，本方案为普通住宅，层高设计为3m，计容面积按建筑面积计算。将楼层数量与层高用数字滑块“Num‐ber Slider”表示，通过数字滑块控制两个参数，其中，楼层范围为10层～33层，层高范围为2.8m～3.2m。通过累加不同建筑楼宇的面积获得总建筑面积，从而计算容积率。通过楼层数及层高计算楼高。

在整体布局中，需要结合景观要素开展设计。地块中临中央公园的楼宇型式宜布置板式，发挥景观面的价值；后排建筑宜布置为塔式，前后排建筑宜保持高度逐级上升的层次，且前后不宜形成遮挡。

对基本户型进行X、Y方向的复制偏移，从而确定几处楼宇的位置，通过层高和层数的Z方向偏移确定楼宇的高度。

本过程主要进行了楼宇的平面布置，因BIM模型带有高度、建筑面积等数据，容积率和高度均实时呈现，便于设计师快速优化调整。

3.3.2 合规性判断

通过上一步的空间布局，整体方案效果如图4所示。该方案满足容积率及限高的要求，同时满足天际线的要求，但是否满足道路退让的要求，则需要进一步判断。

图4 方案成果（左上为市政公用设施）

道路退让主要有三个因素控制，包括城区范围、建筑高度和道路宽度，具体见图5。

图5 道路退让要求

本案例属于其他地区范围，退让受建筑高度与道路红线宽度的影响。其中，建筑高度由前步计算可得，需建立道路宽度与道路红线的单一映射关系。

通过测试，最终采用字典挂接的方式，每段道路红线上赋予该段道路宽度的数值。该数值通过获取道路宽度得到，具体方法：对平行的道路红线，获取道路红线的中点，向该段道路红线外部法向量的方向发射长射线，长射线与道路相交部分的长度即为道路宽度；对不平行的道路红线，需获取道路主要方向的单位向量，从道路红线的端点开始向该单位向量的法向方向发射长射线，获取相交部分的宽度，并与上表中的道路红线宽度范围进行判断。

获取建筑楼宇与道路红线的最短距离，判断楼宇与哪一段道路红线距离最短，从而返回该段红线的道路宽度。编写python节点，将道路宽度与建筑高度数值作为多变量输入，输出为道路退让数值。

为了使检查结果更为明显，在结果处增加一个判断逻辑，将道路实际退让距离与规定最短距离进行判断，不满足要求则最短距离红显。检查结果见图6。

图6 退让不足的报错显示

4 结语

本研究通过提出一种利用BIM参数化技术进行住宅地块强排的解决方法。该方法利用BIM数据的参数化，通过法规条文的逻辑解析，辅助设计人员快速实现强排。通过该方法，一方面加深设计人员对于定性与定量条文的理解，同时也减轻设计人员的负担，对数字化设计是一种新的尝试。

当然，本研究提出的方法也存在一些不足，如人工判断地块价值，凭借经验开展方案设计，而未将景观等地块价值通过量化的方式呈现。后续笔者将继续开展BIM参数化在城市设计中的研究，如量化价值指标、开展衍生式设计研究，辅助设计人员快速建立既符合法规，又充分发挥地块价值的方案数据。