AG九游会官网建筑结构设计人员组织开展隔震设计,是指在设计工作中,有意识地延长该工程的结构周期,以使建筑工程在应用中顺利地躲开地震发生的短周期,最终使建筑结构免遭震害的破坏。开展隔震设计工作,必须要立足于该建筑工程的建造场地环境、使用功能定位、震害预防需求及类别、抗震设防烈度等因素,充分考虑经济、设计、操作等方面的可行性,设计并对比分析选择优秀的隔震设计方案,才能够保证隔震设计的有效性。
目前,建筑结构设计中隔震技术的应用,可以根据结构的不同特征,以及该建筑工程的具体设计要求,设计出由简洁到精密的不同体系模型,以适应建筑的具体隔震设计需求。具体来讲,其体系模型可以根据核心作用性能的不同,分为质点与振动两大体系,其中,质点体系又分为单质点、双质点、多质点以及无限质点这几种,而振动体系则可分为空间振动与扭转振动两种,各种体系模型具有不同的特征与适用性,在进行设计时,必须要做到对于这些特征与适用性的充分考虑。
质点体系模型:1)单质点模型,该模型以夹层垫作为基础隔震层,其刚度要比建筑上部结构具有的刚度低出很大部分,一旦发生地震,上部结构可以作为整体平动的刚体来控制建筑结构活动,所以,设计人员可以立足于此机制,顺利地计算出地震单向水平力下隔震层的反应。2)双质点模型,该模型的设计通常不需要考虑上部结构在地震作用力下的倾覆力矩及弯曲变形,而只需计算出建筑结构在基本振型下的动作即可,主要用于层数较少的房屋隔震设计。3)多质点模型主要针对地震作用下,上部结构中各层作为单独质点所可能发生的反应,如层间位移、高阶振型反应、振型能量非线性传递等,以补充单质点与双质点设计的不足。4)无限质点模型,在设计过程中,此模型直接将上部结构看做竖向的剪切梁结构,且认为这一梁结构具有无限均匀连续的自由度,隔震系统、结构等的各项参数普遍以解析方法进行计算,对于某些刚度分布结构、特殊光滑的质量变化分布结构较为适用。
振动体系模型:1)空间振动模型,以建筑全体结构为其空间结构的骨架,以柱体的竖向地震反应为基础,抗震墙的不规则配置、隔震支座手拉状况等的数值可以应用此模型实现有效的求取。2)扭矩振动模型,将楼板设定为刚性,以各层楼板的水平方向位移及转动位移变化为基础,求取扭转振动反应以及水平方向反应的数值。
目前,我国在建筑结构的隔震设计方面逐步趋于成熟,但是依然存在着诸多方面的问题,严重地降低了工程的隔震设计水平,要想保证隔震设计效果的有效达成,就必须对这些问题加以分析。
(1)设计人员进行隔震设计时,忽略了上部结构与隔震装置二者之间的关系,未能充分地考虑隔震结构与非隔震结构在上部结构质量方面存在的差异,致使其计算出的水平方向的减震系数呈现出与应有数值的偏差。而且,水平方向的减震系数往往只有几个离散的数值,难以具体判定各项数值究竟处于哪个范围,这就使得减震效果的精确计算与效果评估遭遇到了极大的难度。
(2)我国当前的隔震设计规范,规定隔震层的等效刚度必须以制定的频率与加载幅值进行确定,以计算隔震层的具体剪力及位移状况,这就使得在试验状态下计算出的数值呈现出与实际状况的差距,使得隔震设计脱离了规范状态。而且,设计人员在此种存在差距的计量结果下,难以根据建筑结构实际状况,做出对于隔震体系的各项状况的充分有效掌握,从而使得设计方案呈现出一定的不足,不利于实际作业中周期与进度的控制。
(3)设计人员在进行隔震设计时,普遍面临着中心孔的尺寸与大小以及橡胶层的平行度与厚度等方面数值的偏差,而这些偏差在目前尚未实现定量分析以及管理,使得这些因素难以作为有效的参数,来指导设计人员对建筑结构进行设计。而且,目前的隔震设计由于未能做到对于隔震效果的有效计量与评估,这就使得设计人员难以充分把握该设计对于未来时期某些大型地震的抵抗能力与预测的精准度,使得建筑工程缺乏足够的安全性。
(1)隔震设计人员可以采取阶段性的设计方法进行隔震设计,以简化估算的方法对方案设计阶段的隔震设计各项参数进行计算,比如,水平向的减震系数、上部结构设计要求、隔震装置数量及各项参数等,以便于使隔震设计方案实现及时有效地制定。以水平方向减震系数的估算为例,可以根据其与层间的最大剪力值之间的关系表来确定,如下表所示。然后再在设计施工图纸时,根据国家当前的各镇设计标准,采取时程分析的方法,精准地计算各项装置的具体布设路线与装置参数,以便于在缩短隔震结构设计时间的基础上,提高设计参数的精准度,使设计工作结果不断实现优化。
(2)设计人员才采取时程分析方法做出各项计算之后,还应当具体地对各项结果做出进一步地分析处理,以保证计算结果与该建筑隔震设计需求之间的相符度。首先,设计人员应当以《抗规》为依据,对各条地震波所得出的隔震层以及楼层的剪力、隔震层的位移等进行平均值计算,算出最终的结果。如果该建筑是距离发震断裂层距离不超过5km的甲乙类的建筑,隔震设计结果的计算人员,还要进一步将计算出的最终结果与1、5相乘,以保证其隔震设计的效果,若距离在5km-10km这一范围,则要与1、25相乘。其次,在最终得出各项结果之后,隔震设计人员可以将各项数值带入模拟地震环境,来检验这些数值是否能够满足不同地震状况下建筑的预期减震目标,对无法达到目标的数值,进行进一步地优化计算,尽可能地使建筑结构的隔震建设满足建筑隔震需求。
新时期,努力做好建筑工程的隔震设计,不仅是维护建筑使用人员生命财产安全的必要保障,也是国家对建筑设计部门为延长建筑使用寿命提出的全新的要求。因此,建筑结构设计人员必须努力加强对于隔震设计相关问题的研究,并立足于当前设计中的问题,努力推动隔震技术应用的完善。
[1]王雷、高层建筑结构隔震技术浅谈[J]、中国房地产业:理论版,2012(03)、
南昌大学建筑学系成立于1959年,有着较长的建筑学教学历史。1961年,由于国家经济困难,建筑学专业停止招生。1993年,南昌大学成立,独立组建建筑系,建筑学专业学制改为5年。2013年,建筑学专业通过了高等学校建筑学专业本科教育评估。
建筑学专业从2005年开始开设了“建筑模型制作基础”课程,开设这门课程的目的就是想利用建筑模型制作这种独特的方式来培养学生的模型制作动手能力、立体空间思维能力、方案推敲及设计创作能力。
我们课题组编著了专门的《建筑模型制作指导书》,在指导书中我们设置了四个课题,有立体构成课题、坡屋顶制作课题、室内设计课题和最终成果模型,以期通过每一个课题的训练使学生达到培养目标。
通过多年的教学实践,我们发现这些训练能够有效地提高学生建筑模型制作能力以及设计创作水平的提高。在教学实践过程中我们对一些学生做了一些访谈与问卷调查,目的在于了解学生对该课程的认识与看法,从得到的反馈意见中,我们发现课程中的有些课题学生感觉到枯燥,还需完善。
2011年我们将《建筑模型制作指导书》中的四项课题增加到八项课题,可供学生选择。同时针对学生反映的模型制作时间比较紧张的问题,在最终的成果模型中允许由3到5名学生组队完成,这样既提高了模型制作的效率又能培养学生集体分工合作的能力。
2013年6月,担任建筑模型制作课的所有教师又经过反复多次的讨论,重新确定了建筑模型课的教学方向与对学生的要求,每一个课题都要根据教学目标来确定。实践再次证明了我们进行的教学研究是颇有成效的。
根据我们近几年的观察与调研,如今的建筑学专业新生有几个显著的特点。(1)90%以上的学生没有美术功底,这样他们对于图形的构成与立体空间变现能力要显得薄弱一些。(2)大部分的学生动手能力非常差,比如每一次的模型制作时都有同学不小心,比如把材料切歪或者切到手指。(3)相关知识欠缺,对于建筑的构成、建筑的结构材料方面的知识基本是空白。(4)缺乏创新性的思维,一直以来很多学生只是会单一的模仿,很少学生有独立思考问题的习惯与能力。
针对这些环节,我们设置了四个新的课题,通过四个课题的训练使初入建筑专业的学生可以克服一些学习建筑学的困难,迅速提高自身的专业能力。
下面我们逐个分析各个课题。课题一是“造型与主题模型”,本课题的任务就是让学生用热线切割机来切割泡沫乙烯材料,切割出方块、三角、圆等形状的成品。然后固定粘贴在A3大小的底板上,布置的方式由学生自行考虑决定,构成以美观悦目为原则。最后给自己的作品定义一个主题。
本课题的目的就是:(1)使学生熟悉模型制作工具和机械的使用,特别是对热线切割器的使用。通过热线切割器对泡沫苯乙烯材料进行的切割练习,是针对今后的模型制作中方案阶段的研究模型以及主体建筑的周围模型制作的一项基本训练。(2)利用切割出的成品进行立体构成训练,引导学生掌握运用形态构成的一些基本方法,提高学生的构图与审美能力。
课题二是“结构与受力模型”,本课题是第一个课题的延续,而采用的材料有所改变,要求学生了解各种材料的性能,同时了解第一个课题模型的结构与受力。
第二个课题改变了模型制作材料,不再用泡沫乙烯材料了,同时要考虑构造物的支撑等机构问题,所以增加了制作难度。这个模型的制作使学生开始思考自己第一个模型的结构,开始研究材料与材料的连接和支撑等受力问题,同时也让他们去寻找更多的材料,了解这些材料的特性。
第三个课题“肌理与色彩模型”,这也是第二个课题的延续。我们让学生专注于材质与色彩的研究,同时也让学生专注于空间的研究,因为这个课题更为具体,可能是一座小型建筑,可能是一个小空间的室内。
这个模型是更为精细的模型制作阶段,课题的目的就是让学生发挥想象力,寻找更多的模型制作材料,研究材料的肌理与色彩。
最后一个课题是我们一直沿用的“建筑成果模型制作”课题,该课题是以建筑大师的作品为题材,偏重于现代建筑,让学生做一个完整的成果展示模型,包括建筑所处的周边环境制作。
该课题的特点是:我们尽量让学生选择规模不是很大的建筑,比如柯布西耶的“萨伏伊别墅”、赖特的“流水别墅”、密斯的“巴塞罗那世博会德国馆”等;并且我们安排学生分组完成最终成果模型,他们中有的同学可以查资料,有的同学可以准备材料,然后大家一起共同完成,在制作过程中他们体会了团体合作的工作方式,这对他们将来的设计竞赛和走向工作岗位都有很大的帮助。
在一年级的第二学期,我们的建筑设计课程中有了较小的建筑设计环节,学生开始应用各种表现方法,而模型表现是使用最多的一种,因为它非常直观。这使学生从建筑的结构、材料、空间以及建构都有所了解,对建筑设计的理解也从模糊变得越来越清晰。
我们的模型制作环节,的确让学生在最短的时间内掌握了建筑抽象思维的方法并且开始了建筑设计入门。
本次建筑模型改革的要点就是实现开创性的教学,我们并没有完全让学生去单纯模仿。
改革主要是针对建筑学一年级新生的,我们调研了很多优秀院系建筑学专业的教学方法,不断完善整合,最终成为建筑模型教学中自己的特色。
我们同时在二年级的设计课进行了细致的观察,我们发现大部分学生对建筑设计学茫然无措,不知从何下手。这些学生一年级时单纯的注重制图、表现训练,注重在二维图纸上反复推敲三维空间,没有经过一个完整设计制作过程。显然,通过模型制作过程的安排,学生设计能力会提高显著。
学生也普遍反映建筑模型对他们的空间构成、形体造型及功能组织都有着融会贯通的作用,从而对建筑设计中的重点和难点都有深刻的理解。
本次研究要点如下:要点一,三维空间的认知;要点二,“结构关系的表达”;要点三,“色彩与材质的表现”。
模型制作课程中强调三个要点,也就是培养学生的“三维空间的认知”、“结构关系的表达”以及“色彩与材质的表现”能力,我们并没有教学生如何做设计,而是通过模型制作过程让学生知道该怎样去思维去辨别建筑的结构以及材料的质感和色彩的搭配。这种潜移默化的教学方式,使学生理解到设计并非是片面去模仿与抄袭。
二年级的设计课程中,我们要求学生制作“工作模型”,通过制作“工作模型”的推敲过程,空间环境的认知,使学生对建筑构件的结构关系认识得更为清晰,同时也可以研究建筑材料的色彩与质感。
(1)学生的动手能力增强,更能注重模型制作,模型制作质量越来越好。(2)学生的思维完全被解放,从他们二年级的作品中我们发现设计方案大多比较灵活,打破了以往的保守思维。(3)建筑设计基础教学课程中表现能力有所提高,特别是构图能力。
通过这次教学内容的改革,我们发现了如何通过模型制作来培养专业新生对设计思维的理解,同时我们取得了一定的成果,也明确了将来的发展方向。
我们将同一届学生的二年级的设计课成绩与学生的一年级的模型成绩比较发现,拥有过硬的模型制作素质的学生,在设计课的表达能力与表现能力、综合能力上都比较强,设计思维能力更要比其他同学高出一筹。
模型制作基础课程的将来如何发展?该课程的存在是否有必要?课题小组教师与其他专业教师进行了多次交流后,得出的结论是:该课程的课时虽然只有32学时,但是的确也占用了学生的专业学习时间,应节约课时让没有模型制作经验的学生在短时间内成熟起来;我们可以通过专题讲座的形式来进行模型制作的教学,同时在设计课程中穿插模型制作,让学生一边做设计一边做模型。
在一年级“学科导论”课程教学中设立一个“造型与表达”的环节,让学生接触各种模型制作材料与制作方法,同时又能发挥自己的创意,这样的教学内容更具特色。
同时我们也可以每年举行一届模型制作比赛,让学生主动参与模型制作,并且将模型实验室对学生开放,学生可以在专业人员的指导下随时进行模型的制作。
总之,教学不断创新与完善,必然形成新的课程教学特色,也会出现更多优秀作品与更好的教学成果。这些设想也许有很多不尽如人意的内容,但必将激励着我们将建筑学专业一年级教学改革继续向前推进。
[1] 沃尔夫冈科・诺,马丁・黑辛格尔、建筑模型制作模型思路的激发[M]、刘华岳,译、大连:大连理工大学出版社,2003、
[2] 弗兰姆普敦k、王俊阳,译、建筑文化研究――论19世纪和20世纪建筑中的建造诗学[M]、北京:中国建筑工业出版社,2007、
[3] 许勇铁、建筑设计基础课程设置的探索与实践[J]、福建建筑,2008(12)、
[4] 冯金龙,赵辰、关于建构教学的思考与尝试[J]、新建筑,2005(3)、
[5] 常工,王珉,蒙小英、跨学科建筑设计基础课程教学研究[J]、高等教育,2011(1)、
[6] 李真、建筑学专业建筑设计基础课程教学的思考[J]、科技信息,2007(24)、
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摘要:建筑生成设计包含多种技术,其中计算机技术、数理知识等都是与其息息相关的。目前,正处于在建筑生成技术发展和成熟的时期,是建筑生成技术得到进一步升华的关键时期。本文就简单从技术生成的含义着手,剖析建筑生成技术包含的子技术,在客观分析的程度上,对建筑生成技术提出新的展望。
建筑生成设计技术的三大基本要素是计算机系统模型、数理知识及计算机编程。当然,除了数理知识与计算机编程之外,建筑生成设计技术还涵盖与建筑原型问题相对应的任何可能存在的学术领域,计算机图形学、线性代数、微积分等都是其中重要子集。借助计算机模型和程序工具可以梳理与建筑原型相对应的各种数理逻辑关系,通过针对模型问题的多次程序代码调试及反馈,进而完成从简单模型到复杂系统模型的逐步提升[1]。
建筑生成是一项徘徊于建筑与计算机技术的边缘学科,其是随着计算机编程技术及数理知识相关学科的发展而产生的。建筑生成不是一项单一的,独立形成的学科或技术,它的存在是建筑专业综合了各门学科和技术的先进性而形成的。建筑生成是一项技术,更是一个程序,它是借助计算机编程对建筑模型的不断调试,从而使模型的总体系统得到提升。
建筑生成设计的技术包括计算机系统模型的建立、计算机编程、计算机图形学以及各类数理知识。依据建筑生成设计技术的广泛定义,从主次部分的划分来讲,建筑生成设计的技术分为两部分:一是基本要素部分,二是辅助技术部分。
建筑生成技术的三大基本要素:计算机系统模型、数理知识和计算机编程,占据了整个建筑生成所设计技术的核心部分,三者作为建筑生成的关键技术,对建筑生成设计起着决定性的作用。建筑生成技术,实际上就是根据计算机系统建立模型,利用计算机将建筑模型编程,在计算机编程的调试过程中,达到优化和提升建筑模型的作用。建筑生成技术的形成流程实际上就是建筑模型、数理知识和相关理论的综合运用,利用计算机系统建立模型,并根据计算机编程调试模型的一个逻辑过程。
建筑生成技术的辅助技术部分包括了计算机图形学、线性代数理论、微积分知识等,涵盖了逻辑相关的多种技术和理论知识。就如前文所言,建筑生成设计不是一项独立存在和形成的学科,它综合了与计算机相关的技术、与数理相关的知识、与建筑相关的技术等多种元素,最终以模型的形势表现出来的一门专业技术。
建筑生成技术属于一项先进的学科技术,其存在和发展具有一定的潜力。就建筑生成技术的前景来看,下文将提出以下相关展望。
第一,建筑生成技术作为一门综合的技术而言,其发展需要经历计算机技术、建筑技术、图形学等各种技术和学科的综合作用。对于其作为一门比较具有先进性的学科而言,其一定会在将来的建筑行业中发挥其作用。另外,其作为一门进步的技术来说,它的发展必然随着其他相关技术的发展而取得一定的进展。 当然,每一项先进技术在达到成熟的发展状态之前都必然经历一个个历练自身的台阶。建筑生成技术的发展也不例外,其在发展途中,一定会经历各种技术更新的挑战,从而更具形势调试自身,从而促使自身技术得到提升,这是建筑生成技术未来必然的发展之路。
第二,建筑生成同时作为建筑行业发展的一个分支,其对建筑整个行业的促进作用至关重要。建筑行业是社会中比较关键和地位重要的行业,它的存在不仅仅关系行业或经济的发展,更多的是对于整个时代的促进效益。建筑生成技术作为建筑行业重要的分支而言,它对于这个行业的作用就是促进其发展。建筑生成技术使得建筑模型在不断的调试中可以得到提升,从而更方便建筑工程的实施。另外,建筑模型的优化同时是建筑格局改观的关键。根据建筑生成的一个优选模型建设而成的建筑,其应该集聚环境优势、人文优势等各方面优势于一体。
第三,建筑生成技术的先进性代表整个建筑技术行业和计算机技术行业的先进性和可挖掘的潜力性。一项技术的开拓是需要其他相关技术的带动和促进的。建筑生成技术受利于计算机编程设计开发的先进性,同时被计算机模型创建的作用,使其发展不仅仅局限于建筑模型设计技术一个单一的技术项目的领域。在不断的研究和发展过程中,建筑生成技术发展的同时,计算机技术等也会的都相应的发展。
第四,建筑生成技术是建筑模型创建的较先进技术。故在未来建筑行业的发展中,建筑模型创建的主流就将是建筑生成技术。建筑生成技术具有很广阔的发展空间,本文只是在理论上对其进行了简要的论述,如果要从逻辑上证明其确实有发展潜力,还需进一步的逻辑推理和举证。
结束语:建筑生成设计的技术是一个系列的技术总和。建筑生成技术的发展关系到整个建筑行业和相关技术行业的发展,同时,建筑行业的发展亦会促成建筑生成技术的改进和升华。
关于地下建筑的抗震性能的分析和抗震简化计算方法的探讨起步较迟,在日本神户1995年地震发生之前,人们对地下建筑结构向来缺乏抗震设计。这是由于地下建筑结构不同于普通地面建筑结构,地下建筑结构受到围岩的的约束作用,在地震时并没有明显的自震特性表现出来。这是因为地下建筑结构的动力响应主要受到围岩介质的相对变形的影响,而与此同时地下建筑结构对围岩介质也会产生相对的作用,从而形成土――结构相互作用的现象。人们对地下建筑结构的抗震性能缺乏了解和认识,对地下建筑的抗震性能也不够关注。直到近些年,关于地下建筑结构关于抗震方面的研究才逐渐兴起,慢慢形成规模。下面本文就将简单的对地下建筑结构的抗震性能分析与抗震简化计算方法进行一些探讨。
对于地下建筑结构,建筑结构土层的厚度和建筑所处地理位置的岩层种类等都对地下建筑结构的抗震性能产生影响。具体说来以下几个的方面因素都会影响到地下建筑的抗震性能。本文通过假设土体与结构在地震作用下变形协调为基础,通过建立三维地下建筑结构有限元单元整体分析模型,利用ABAQUS这一软件 分析地下建筑结构在地震单种工况作用下的抗震性能。与此同时,对地面结构也同样的建立三维整体有限元模型,比较得出地下建筑结构与之存在的差异,从而研究出土层厚度、围岩性质等因素对地下建筑结构地震响应的影响。通过模型分析,我们可以得出这样的一些结论。
1、地下建筑结构的埋深对其抗震性能有显著的影响。这是因为,在一定的范围内,如果地下建筑结构的埋深越深,地下建筑结构的结构内力就会越大,同时地下建筑结构的侧移也会变大。但当地下建筑结构的埋深突破了这个范围,地下建筑结构的结构内力和侧移受到建筑结构埋深的影响会逐渐变小,甚至埋深的深度对地下建筑结构的结构内力和侧移的影响呈反向的。
2、地下建筑结构所处的围岩性质对地下建筑结构的抗震性能有着直接的影响。地下建筑结构受到围岩的约束力因围岩的软硬而有所不同,如果围岩比较软那么其对地下建筑结构的约束力就相应的较弱,这就会导致地下建筑结构更易产生较大的变形,从而影响到地下建筑结构的抗震性能。
3、地下建筑结构包括结构与围岩的连接方式、结构类型以及结构尺寸三个方面在内也会对地下建筑的抗震性能产生重要的影响。就结构与围岩的连接方式分来看分别有结构-衬砌分离式地下建筑结构和结构-衬砌整体式地下建筑结构两种连接方式其中用的最多的是前者。此结构形式是结构与周围岩土介质直接接触,构件兼做洞室支护用。在进行模型分析时可以注意到,地下建筑结构的一层层间位移较多层间位移大的多,说明地下建筑结构的一层容易在地震时发生破坏,在进行建筑结构设计是要特别注意。
由于关于地下建筑结构抗震的研究起步较晚,人们对地下建筑结构抗震的研究发展也尚不够成熟,对地下建筑结构的的计算方法也因此而缺乏相应的研究,关于地下建筑结构的抗震简化计算方法同样也不够完善。在地下建筑的抗震计算方法方面,比较著名的计算方法有反应位移法、地下建筑结构三维整体有限元分析法、时域子结构在地下结构地震反应计算中的应用等。关于地下建筑结构的三维整体有限元分析方法,该计算方法有着计算精度高、计算时间短、计算内存小等特点,在地下建筑结构的抗震计算中有着广泛的应用。然而,利用ABAQUS建立地下建筑结构三维整体有限元模型进行地震响应分析时需要考虑诸多影响因素,使其在实际设计应用时并不适合。为此,理论分析和数值模拟相结合的方法研究地下建筑结构在地震作用下的平面简化分析方法――地下建筑结构简化为平面二维问题进行计算,使其能够在实际工程中得以方便的应用。虽然就理论分析上来看,三维有限元模型对地下建筑结构的抗震性的分析最为合理,但是并不适合实际设计之用。对于地下建筑结构,正如前文所言,并没有比较成熟的简化计算方法,考虑到地下建筑结构和地面建筑结构的相似性和二者之间关于围岩介质相互作用力的差异性,选择将地面结构将三维结构等效为平面结构的简化原理对地下建筑结构进行等效计算。考虑到地下建筑结构本身特点,可以取三种等效计算模型,分别是典型框架+单位厚度围岩的简化模型、考虑剪力墙翼缘的典型框架+典型框架负载范围厚度围岩的简化模型、等效综合框架-综合剪力墙+结构纵向范围厚度围岩简化模型。在对这三种简化模型进行比较分析后,可以得出如下结论。
1、对于采用典型框架+单位厚度围岩简化分析模型的地下建筑结构,其层间位移比三维模型大,底部层间侧移为更为后者的数倍,变化趋势也与后者的结果存在明显的不同。因此,从地面等线状建筑结构等效来的典型宽假+单位厚度围岩地下结构的平面简化模型进行分析并不可取。
2、对于采用考虑剪力墙翼缘典型框架+典型框架负载范围厚度围岩简化分析模型的地下建筑结构,其将典型框架作用范围内的竖向荷载以及楼板和剪力墙作为翼缘参与工作纳入了考虑的范围,因此该等效模型有一定的合理性。然而我们需要注意到的是,该等效模型和结构-围岩整体三维模型相比,前者的结构内力要比后者大上很多,并且不能很好地反应后者的趋势。因此,该模型并不是最佳等效二维模型。
3、对于采用等效综合框架-综合剪力墙+结构纵向范围厚度围岩的简化分析模型的地下建筑结构,在不考虑围岩作用时,其结构部分可以看作成为框架-剪力墙结构。从这里可以看出该等效模型的理论合理性,并且等效模型层间位移的变化趋势与结构-围岩整体三维模型相似,位移变化两者之间也存在明显的规律性。考虑到地下建筑结构纵向端部约束作用,采用n =1+ B / L的放大系数对土体进行修正后,可以看出该等效模型的的层间位移与内力和后者的差距都在可接受的范围内。
综上所述,采用等效综合框架-综合剪力墙+结构纵向范围厚度围岩这种简化的二维平面模型是最佳的简化计算方法。
通过对地下建筑结构抗震性能的分析可以看出,地下建筑结构由于其自身的特点,在进行抗震设计时要注意的因素也存在独特性。应该充分意识到地下建筑结构的抗震性能,在此基础上在进行地下建筑结构抗震设计时要充分利用关于其在抗震性能分析时得出的结论。就其简化计算方法而言,三维有限元模型并不完善,其简化的等效二维平面模型也同样需要完善。
[1] 陈健云,温瑞智,于品清,何伟、浅埋软土地铁车站地震响应数值分析[J]、世界地震工程、 2009(02)
我国的建筑领域中以前是缺乏完善系统的理论体系的,但随着近几十年的发展和累计,我国建筑领域中各种高深的理论以及复杂的建筑形式不断的涌现。但最后都是为了要回归真正的建筑本质,即对美学的一种追求,建筑美观这一命题永远都是中心内容。而建筑界所要面临的问题就是如何使得建筑的形象更加丰富、新颖以及美观。
建筑是构建一种人为的环境,为人们从事各种活动提供适宜场所。在哲学范畴,建筑的本质就是空间,其最主要的特性就是具有功能性。在实用的基础上,建筑造型可以是复杂多变的。建筑艺术是作用于建筑群体,立足于平面,对建筑群体的形态构成,色彩处理、材质运用等方面进行设计加工,AG九游会最终形成了一种实用性综合造型艺术。而建筑表现即是这种实用性综合造型艺术的前期展现方式。在计算机还未如此发达的时期,建筑表现主要通过手绘的方式来完成。手绘制图对于设计师来说是必不可少的基本功,如建筑速写,速写草图可以快速记录和表现设计师的想法,速写则是绘制技法之一,利用线条的虚实、疏密,来表现建筑体或建筑群体的形态特征和前后关系。随着计算机技术的飞速发展,建筑表现的形式更加拓宽了,衍生出了有电脑模拟现实参数所渲染出的效果图和三维形式,将原有的手绘效果图纸转化为视觉表现形式。相较于手绘制图,计算机绘制的效果图更加逼真,是将模型在真实的环境数据下渲染而成,给观者的感受更直观。利用计算机来制作出的效果图,在当今建筑业中已经成为了建筑表现的主要手段之一。
在建筑表现效果图中,平面构成和色彩构成是最基本的要素,通过构成中不同手法的理解,来表现所要求的主体。例如在后期配景中,植物的疏密分布,排列方式整齐或组团分散,色彩鲜艳或厚重,这些因素都可以丰富效果图的层次,产生不同的视觉效果。建筑表现效果图不用于普遍意义上的平面设计作品,它不仅着眼形式,更要求抓住设计作品的重点,使得图中主题鲜明。针对这种特殊性,效果图必须在确定大基调的情况下,更加注重虚实与主次。加之一定的技术辅助,将设计作品细致呈现。
(1)建筑形式的产生。在二十世纪八十年代,我国建筑师多采用水粉、水彩及喷笔工具来辅助设计,或制作木质、纸质的简易立体模型,依靠透视学和人体工程学等手段来设计表现建筑。其一,由于有些绘图工具的特性,导致了绘制效果图难度增加。其二,这样的建筑表现形式虽可以体现一定的空间感,但只能局限于某一个角度,不能让观者深入了解和感受建筑本身。其三,也局限于画材画具,很难表达出建筑的特殊立面材质。九十年代,“CAD”等系列软件开发和应用,同时“3DS”、“PHOTOSHOP”及“3DMAX”等多种图形软件的出现,将建筑表现二维平面转向三维立体。计算机中的建筑模型,可多视角转动,拥有逼真的视觉效果,细节表现丰富。为建筑设计师与客户沟通上提供了巨大的便捷。但是这样的效果图也存在着弊端,有模型经过渲染而得的效果图,视觉角度还是有限制,观者在观看效果图时,可能会产生抽象感,不能真切体会建筑群体间的空间关系。建筑动画虚拟技术的产生与广泛的运用,可以增强建筑作品给观众的直观感受,不仅是观者走进建筑作品,获得想要的信息,同时也提高了双方的效率,对后期施工、宣传起到了巨大作用。
(2)建筑形式的现实意义。建筑形式是指为表现建筑以及建筑相关活动所产生的动画影片,是动画体系中将动画技术应用在建筑表现领域的一个分支。在其中,包含了诸多因素,如剧本设计、镜头切换、音效、字幕、后期配音等。建筑动画是建筑设计作品的一种动态演示,能够全方位、直观地给观者提供有关虚拟建筑的仿真空间效果。建筑形式能够节省物资、快速表现的。通过建筑形式,建筑设计师可以充分展现自己的想法,不受空间、工具的限制,通过计算机模拟现实环境,在虚拟空间中构筑具有创意的设计作品,提高了效率。同时也可做出不同的方案来比较,分析不足,及时补充改善方案。建筑形式能够提高项目开发的成功率。通过生动形象的三维动态模型,建筑设计师可以像甲方全方位展示了建筑内外部空间与周边地理环境,使甲方能够身临其境,提出修改意见,决定最终方案。在确定方案后,建筑动画也可以为项目进行宣传,为大众所知。消费者也可预先了解项目和订购方式,刺激产生的购买欲望,达到一种全新的数字化营销模式。
(1)建筑形式的视觉符号系统。建筑形式主要是通过视觉符号系统来传达的,根据皮尔斯的定义,符号形体是“某种对某人来说在某一方面或以某种能力代表某一事物的东西”;符号对象就是符号形体所代表的那个“某一事物”;符号解释也称为解释项,即符号使用者对符号形体所传达的关于符号对象的讯息,亦即意义。[1]将建筑形式中的视觉对象被归纳为一个个符号,并最终区别于其他形式。这一概念建立在符号三元关系的基础之上。在建筑形式中包含了大量的符号,有静态和动态两种。建筑形式的视觉符号之所以产生,其实是以认知为目的。真实建筑空间中的体验和感受是一种包括五官感知的综合形式。为了达到这一目的,让观者更加亲身体验建筑群体,建筑形式中所要包含的内容就极为重要了。这其中,视觉符号就发挥了充分的认知功能,使得观者能够从建筑形式中迅速地对建筑深入了解,对其周边环境直观而准确清晰的认识。
(2)建筑形式的视觉传达。建筑形式生成方式是根据建筑设计图纸在计算机上制作出虚拟的三维建筑环境。可以根据实际地形的等高线生成虚拟的数字化三维地形,并将各种三维建筑模型根据设计方案的要求布置其上。在这其中,用于建筑形式中的每一个虚拟模型都具有可观、可感性。在建筑形式中,每一个建筑形象的视觉符号都必须有相对应的那个真实建筑构件,而各个元素之间的尺寸比例也会符合建筑图纸所标示的尺寸比例,材质表现更是贴近于现实存在。
要让一座建筑获得人们需要的美感,要从整体着手,要具备完整性,不仅在功能和结构的角度去考虑这一点,更要从建筑物所能表现出的视觉效果上去体现内外整体的和谐。
[1] 孟妍、建筑动画视觉语言研究[D]、昆明理工大学硕士学位论文,2009(11)、
中图分类号:G6420;TU2文献标志码:A文章编号:10052909(2016)03009405截至2010年底,全国就有286所高校设有建筑学专业,每年毕业生高达9 000多人[1]。经济危机爆发以来,欧美城市建设速度放缓,海外建筑事务所纷纷抢滩中国市场,一些海归建筑师及时转战国内,加之近两年国内房地产调控带来的建设降温,而毕业生数量不减反增,造成就业形势越来越严峻,人才竞争越来越激烈,对学生自身能力要求也越来越高。处于“建筑老八校”和“职业技术院校”夹层中的地方建筑类高校,只有及时调整培养目标,改革“与老八校同质化发展”的教学方法,提高人才培养结构与市场需求的匹配度,才能更好地适应时展需要。本文结合南阳理工学院教学改革项目“校企合作开发高年级建筑设计课程研究与实践”,对五年制建筑学专业高年级课程的教学改革进行了探索。
南阳理工学院自2005年开始招收五年制建筑学本科学生,截止到目前,共毕业5届学生,合计429人。毕业生就业去向汇总如表1。
由表1中的数据分析可以看出,毕业生绝大部分进入设计单位工作,而且大量集中在d类小型的设计机构中。这一类的设计机构,不同于前三类的设计单位,通常不设置专门的方案所(室),而是由1~2位方案主创建筑师带领设计人员完成方案的创作及表达任务。毕业生进入这些设计机构后,跟随主创设计师加入设计团队,主要进行建模推敲形体、方案局部修改、平彩渲染、文本制作等工作;有的要参与动画漫游、实体模型制作、现场方案汇报工作;方案中标或批准后,部分人员还要继续完成施工图的设计、图纸交底与施工现场服务。可见,就业市场对地方建筑类高校毕业生,不要求具有太强的方案原创能力和理论素养,而是要求具有实践动手能力、团队协作能力、沟通协调能力和解决现场问题的能力。表1南阳理工学院建筑学专业毕业生就业去向汇总表(2005届~2010届)行业考研设计单位行政主管部门房地产公司其他行业人数12abcd93174202合计:316人214337比例3%74%5%10%8%注:表中a类设计单位为中国建筑设计500强设计院,b类设计单位为除a类外的综合甲级设计院,c类设计单位为员工人数为50~200人的中型设计机构,d类设计单位为员工人数为50人以下的小型设计机构。
自2012年开始,笔者所在课题组连续3年跟踪毕业生,调查就业单位意见、收集学生诉求,了解在校期间学生所学专业理论知识及所掌握的能力对工作的重要性。对在设计单位就业的学生发放问卷120份,回收100份,问卷汇总分析如表2~表4所示。
通过调查分析,了解到目前地方高校所开课程与毕业生工作岗位需求存在着较大偏差,突出体现在课程设置重理论、轻实践,重基础、轻技能,重艺术、轻技术,反映出地方高校建筑学专业培养目标定位及课程体系构建与社会脱节的现象。
究其原因,主要是地方高校的教育模式趋同于重点名校,而毕业生就业去向却异化于重点名校,导致人才培养滞后于特定的社会需求。一直以来,地方高校开办建筑学专业都是以“建筑老八校”为楷模,无论培养目标、教学计划、课程设置,还是教学内容、教学方法都与“建筑老八校”大同小异,甚至连课程设计题目也克隆或模仿。
然而由于地方高校在社会声誉、办学条件、师资力量、教学资源、生源质量等方面都落后于建筑名校[2],毕业生在考研和就业上都无法与之竞争。重点名校的毕业生毕业后或通过考研、保送继续攻读硕士学位,或进入中国建筑设计500强的大型设计机构从事设计研究,他们需要培养的是研究型或技术研究型的人才;而地方高校的毕业生则多集中在中小型的设计公司工作,需要培养的则是工程技术型或管理技术型人才,即“生产型”建筑师[3]。学生所在的单位规模和所扮演的工作角色不同,导致对教学要求也有所不同,学生在完成低年级所应具备的通识性理论知识和技能后,高年级建筑设计课程的教学设计所培养的能力也应有所差异。
民用建筑设计I~VI是建筑学专业的主干核心课程,作为主要的教学科目贯穿于本科学习的全过程,包括公共建筑设计、住宅建筑设计、建筑群体设计、高层建筑设计、大跨度建筑设计、室内设计、细部设计与建筑构造、建筑环境艺术设计等。设计题目由简到繁、由浅入深,训练学生的方案创造能力、空间建构能力、技术分析能力,以及对人和场所、活动和设施之间关系的洞察能力[4],在建筑学专业培养目标中具有重要的地位。
民用建筑设计V、VI是建筑学专业高年级建筑设计课程,也是毕业设计和就业前的先导课程,在建筑学专业第7和第8学期开设,教学对象为大四学生。这些学生在前6学期的教学活动中,已经储备了专业所需的建筑制图、建筑构成、建筑历史、建筑物理、建筑构造、建筑结构等方面的基本理论知识和简单的绘图设计技能,能完成三级以下小型建筑的方案设计。但还需要通过高年级建筑设计课程的训练,弥补前6学期的知识缺漏,缩小教学和就业岗位之间的差距,从而做好毕业设计前的综合能力训练,以满足就业市场及用人单位对技术人才的需求。
结合社会调研结果与企业反馈信息,不难发现当前地方高校高年级建筑设计课程还存在着一些问题。
在校期间课程设计多为“假题假做”,理想的设计条件和实际工程现状存在着较大差距;设计要求较为宽松,学生只需满足功能流线要求、掌握好形式构图、加强表现能力,即可完成一份良好的设计作业。设计中学生往往盲目追求方案的与众不同和表现手法的绚丽夺目,较少关心建筑形式和内容、建筑材料和结构、使用功能和经济投入等因素的必然联系。这种理想主义的思维方式催生出“奇奇怪怪”的创作构思,与实际工程的要求相差甚远,从而造成学习内容与工作要求之间的严重脱节。
课程教学过程,主要强调对学生建筑功能划分、形体造型组织、空间构成能力的培养,而对建筑构造技术缺乏关注。学生的注意力仅仅停留在建筑形式、立面色彩和空间造型方面,不会用学过的构造技术知识去追求形式与功能的统一,难以做到建筑造型、建筑细部构造与建筑结构的有机结合,更欠缺对方案的解说与模型建构能力。这种状况导致就业后无法快速适应建筑市场所要求的文本、动画和模型、答辩于一体的综合能力要求。
教师在评图时只针对方案设计能力和图面表现质量进行考察,较少考察学生知识的深度和广度,缺乏多角度考察学生的创新能力和解决实际问题能力的新型考核方式。
任课教师中缺少具有职业背景和实践经验的“双师型”教师,导致学生在校期间无法接触实际工程项目,实践训练较少,无法将课堂学习向就业岗位有机延续。同时由于教师缺乏工程实践经验,也无法及时引导学生熟悉建筑设计市场现行的法规、政策与规范。
修改过去“深化理论知识、增强学生创新研究能力”的教学目标,通过既定的设计题目及过程训练,加强建筑技术与建筑法规方面内容的拓展深化,提高综合应用能力和分析设计能力,使学生具备主动分析环境,以及把分析结果转换成设计目标的能力、协调复杂关系的能力、建筑设计成果的实施能力、人际交往的能力、在实践中表达和学习的能力,适应职业建筑师所需的工程实践、工程创新、工程研究能力和职业素养的培养需要,缩短学生就业后的适应期,满足企业人力资源竞争前延的需要[4]。
改革传统的教学内容安排,以学生专业实践能力、综合素质培养为导向,重构建筑学专业民用建筑设计课程V、VI的教学体系。根据课程教学目标和特点,以项目为载体,以工程实际问题和岗位要求为主线来优化教学编排与设计,及时增加学科前沿新知识和现代建筑技术内容,进一步强化学生知识应用能力和工程意识的培养,以及专业实践能力的培养,建立应用型的课程体系。
重新编排课程设计任务书,立足实际工程,以当地规划局核定的规划设计要点为依据,增加对政策、环境、气候、经济方面的设计要求。将民用建筑设计V的题目设定为流线复杂的综合医院建筑方案设计(包括门诊楼和病房楼)和兼顾文脉、结构、技术的博物馆建筑方案设计,训练学生处理复杂流线和功能的能力,引导他们学会建立建筑的文化特性和工程特性间的关联关系。将民用建筑设计VI整合为集居住、办公、商业、文化、交通于一体的城市综合体建筑方案及施工图设计,通过前期调研、过程草图、工具模型、概念设计到方案文本、施工图设计的教学,要求学生了解建筑从前期策划到开工建设所需经历的复杂程序,引导学生深入了解社会、经济、技术等对建筑方案的制约因素,掌握工作岗位中常见的几种建筑类型的功能关系、空间组合、相关规范及设计原理,提高学生的综合能力。在为大多数学生积累就业所需的技术素养的同时,也照顾到少数考研学生对理论知识的渴求。
摒弃传统的“灌输式”传授知识方法,树立“学生为本”的课程教学观,按照职业建筑师应具备的知识、能力和态度三个模块来安排教学。
在任务书发放后,引导学生查阅文献,组织学生参观已建成的典型建筑或进行现场教学,要求学生撰写调研报告、PPT讲述,教师启发、诱导、帮助,为学生提供自由表述、质疑、探究、讨论问题的机会,培养学生独立自主学习和合作讨论的能力;结合方案成果的展示与演说,训练学生的表达能力和让业主接受其设计理念的能力[5]。
改革过去各自为政的设计模式,参照设计院的项目组模式,组建设计团队。学生每8~10人为一组,取长补短,发挥各自的专长,共同完成方案文本、表现、动画、模型、施工图、汇报和答辩工作。通过项目合作,培养学生的协作能力、沟通能力和团队精神;同时也便于每个学生充分了解自己的专业特长,明确就业方向。
重视模型制作对培养学生建立多维空间的重要性, 强化成果模型的制作和表现能力,使学生深入理解建筑与建构的概念,将艺术型建筑教育体系改为技术应用型建筑教育体系,从传统的画建筑、描建筑向做建筑、造建筑转变,做到画、做、造的有机结合。
增加对BIM系列绘图软件操作能力的培训,帮助学生尽快适应设计软件市场的更新换代。
改变评定设计成绩时拍脑袋、凭感觉等缺乏准确性、科学性的做法,制定建筑设计课程质量标准,使教师在工作中“有法可依”。将调研报告、课程论文、课堂讨论与课程设计过程草图的成绩评定共同作为课程的考核手段。
在课题结束时的评图环节,改变过去的“关门评图”为“开门评图”[6],指导教师不担任评审教师,评审团主要由建筑设计、技术方向的教师,校外的专家和外校的教师组成。每个学生通过讲述设计过程,解读模型,播放动画,尽可能地展示自己的设计成果。评审教师通过询问图纸细节,捕捉创作思路,从而领会设计者的创作动机。
选择实际场地,真题线],逐渐积累与工程实际相结合的综合性、设计性实践教学项目,充实到课程设计题目库中,加强与课程改革相适应的教学资源建设,筹建项目库、案例库。
依托实践教学基地建设,有计划地培养青年教师。可安排他们在设计单位参与实际项目,积累工程经验,通过建筑设计实践为教学提供案例素材;同时筹建兼职教师库,外聘和引进职业建筑师与校内教师组成课程组,通过结合、带动,提高现有教师的实践能力和职业经验。
目前,国内开设建筑学专业的高校越来越多,在建设部人事教育司备案的就有74所,通过建筑学评估的有35所[8]。在毕业生逐年增加的形势下,就业问题更为严峻。地方高校建筑学专业要想在竞争中赢得主动,必须瞄准就业市场,针对岗位要求适时改进教学内容与教学手段,培养具有工程实践经验、动手操作能力、沟通协调能力的复合型高级工程技术人才。自2012年开始,学校着手对高年级民用建筑设计课程进行改革,通过近四年的探索,不断调整教学内容和方法,完善课程体系,使之逐渐适应就业岗位需要。2014年,在国内建筑设计市场不景气的情况下,学校建筑学专业仍然达到92%的初始就业率,说明课程改革取得了一定的教学效果。当然,随着社会经济结构的变化,改革思路还会随之调整,需要继续探索、创新和提高。
[1] 袁敬伟,韦宝畏、我国建筑类高校人才培养模式改革探索[J]、吉林建筑工程学院学报,2010(4):78-81、
[2]刘瑞杰,高力强、地方高校建筑类教育差异性发展之探讨[J]、河北师范大学学报:教育科学版,2010(8):83-87、
[3]吴农,王浩哲、从普利兹克建筑奖看我国高等建筑教育中的问题[J]、高等建筑教育,2015(1):5-8、
[4]赵敬辛,韩博,李勇、 同济大学建筑学专业本科教育特色探究[J]、高等建筑教育,2013(5):21-25、
[5]刘勇、当前建高校筑学教育中的实践性问题[J]、教育理论与实践,2009(7):43-44、
[6]龚恺、东南大学建筑系四年级建筑设计教学研究[J]、建筑学报,2005(12):24-26、
[7]张淑润,宋晓庆、 建筑学专业毕业设计教学中的几点思考[J]、中国电力教育,2011(10):138-139、
[8]、 地方中低端高校建筑教育办学方向的思考[C]、北京:中国建筑工程出版社,2009、
在很多经典建筑中都应用到了很多力学方面的模型,力学模型应用得好,不仅土木建筑坚实稳固、美观艺术,而且科学省力。我们在中学物理中学到了很多力学模型,在诸多土木建筑中我们都可以发现它们的实际应用。本文是根据我在中学物理中学到的力学模型知识结合实际中的土木建筑所进行的一点思考。
世界各国有许许多多的经典建筑,我国古代也有许多优秀的建筑方面的世界物质文化遗产,长城、赵州桥、岳阳楼、都江堰等。那一土一木,一砖一瓦,都是我国古代建筑师们智慧的结晶。虽然钢筋混凝土代替了传统的土木建筑,虽然家居装修代替了先民们遗留下来的木工手艺,可是唯一不变的是建筑中那种崇尚结实耐用,美观和谐价值观,以及对力学模型应用的科学手段。下面根据我所学到的中学力学知识,谈谈我对土木建筑的一点思考。
遵循认识论的规律,其研究方法是首先从生活、工程或实验中观察各种现象,从复杂的现象中抓住共性,找出反映事物本质的主要因素,略去次要因素,经过简化,把做机械运动的实际物体抽象为力学模型。建立力学模型是工程力学研究方法中很重要的一个步骤。
中国先秦典籍《考工记》对当时营造宫室的屋顶、墙、基础和门宙的构造已有记述。唐代的《大唐六典》,宋代的《木经》和《营造法式》,明代成书的《鲁班经》和清代的清工部《工程做法》等,都有关于建筑构造方面的内容。公元前一世纪罗马维特鲁威所著《建筑十书》,文艺复兴时期的《建筑四论》和《五种柱式规范》等著作均有对当时建筑结构体系和构造的记述。在19世纪,由于科学技术的进步,建筑材料、建筑结构、建筑施工和建筑物理等学科的成长,建筑构造学科也得到充实和发展。
在土木建筑中,会应用到许多力学方面的模型,如三角形模型、菱形模型、滑轮组模型、传送带模型、相似三角形模型、正交分解模型、力矩模型,小船渡河模型、轻杆模型、连通器模型……力学模型应用得好,不仅土木建筑坚实稳固、美观艺术,而且科学省力,使我们在建筑中发现科学之美,体味应用之美。下面详细谈谈以上模型是如何应用到具体的建筑中去的。
1、三角形力学模型在建筑中的应用。自然界中结构无处不在,大自然是我们最好的老师。结构和力有着密切的联系,结构决定着物体的强度。同是由碳元素构成的金刚石和石墨,由于它们结构的差异,导致这两种物质的硬度有着天壤之别,石墨具有层状的结构,层与层之间可以相对滑动,因此根据石墨的这一特点经常把它用作剂,门锁的锁孔里面放一些铅笔芯,就可以很好地解决用钥匙打开锁子时,难以拔掉钥匙的问题。而金刚石每一个面是三角形的,三角形的结构使得金刚石具有很高的硬度,同时使得它具有很高的稳定性,不会像石墨那样可以在层与层之间发生相对滑动。任何多边形都不具有稳定性,而唯独三角形具有稳定性,在我们的日常生活中,利用三角形的稳定性,可以解决很多问题,例如我们坐的小板凳或椅子的腿松了,这时只要在凳腿上斜拉一根木条或铁丝,形成三角形,就解决了椅子松动不稳的难题。土木建筑的结构可分为实体结构、框架结构和壳体结构,长城就是典型的实体结构建筑,框架结构如建筑中多用的脚手架,无论如何都要用三角形的稳定性;壳体结构如圣彼得堡大教堂的穹顶。其实在房屋的建筑中,马鞍状的房梁,埃菲尔铁塔等,三角形模型无处不在。不仅如此,三角形法则作为平行四边形重要的衍生法则,在土木建筑中有着重要的应用,例如在粉刷墙壁时,应用滚轮将涂料粉刷到墙壁上去,在缓慢推动滚轮的过程中,滚轮处于一种动态的平衡状态之中,滚轮所受重力、墙壁对滚轮的弹力,以及手通过长杆对滚轮的推力构成一个封闭的三角形,随着推力方向的变化,墙壁对滚轮的弹力也随之发生变化,这直接影响着涂层的均匀程度。
2、菱形力学模型在建筑中的应用。土木建筑讲究对称美,结构对称的房梁,结构对称的脚手架,凡是对称的一切建筑,对称的杆件上所承受的力是对称的,而且根据力的合成的知识,平行四边形在两边相等时就成了菱形,菱形法的合力与分力之间的关系。合力一定时,两分力之间的夹角越大,分力越大,因此斧子劈柴时,斧子越锋利,劈柴越省力,效果越好;菱形法中合力一定,两分力之间的夹角越小,两分力越小,房梁一般是这样设计的。随着科技的发展,社会的进步,物理模型已渗入到土木工程建筑的各个领域。在土木建筑中,还有许多物理模型也在广泛地应用,例如解决钢筋混凝土问题热胀冷缩模型。一般的物质(少数几种例外),都具有热胀冷缩的特性。可是,不同的物质受热或冷却的时候,伸缩的速度和幅度各不相同。一般说来,密度小的物质,要比密度大的物质容易发生伸缩,伸缩的幅度也大,传热快的物质,要比传热慢的物质容易伸缩。明白了这个道理,对我们很有用处。凡需要经受较大温度变化的东西,如果它们是用两种不同材料合在一起做的,那么在选择材料的时候,就必须考虑它们的热膨胀性质,两者越接近越好。工程师在设计房屋和桥梁时,都广泛采用钢筋混凝土,就是因为钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样,尽管春夏秋冬的温度不同,也不会产生有害的作用力,所以钢筋混凝土的建筑十分坚固。物理是一门实用性很强的科学,与工农业生产、日常生活有着极为密切的联系。物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象。
在居室装修的过程中,偌大一个楼房,要想使整个房子的地砖铺平到相同高度谈何容易,那么如何应用我们现有的物理知识,寻找这个地平呢?只要我们展开想象的翅膀,就会发现可以应用连通器模型解决这一难题。用细长水管做一个连通器,应用这个连通器的物理知识,我们可以在房屋的各个角落找到同一高度,从而找到整个房子的地平来。当然,在铺放每一块地砖时,我们可以使用“水平仪”进行检测。当我们携带以上力学模型,用力学的眼观审视我们身边的每一个土木建筑,就会发现处处都是力学模型的应用。当我们应用力学眼光去欣赏每一个经典建筑,我们就会惊叹于古人的智慧了,因为在古代,力学知识还没有发展到当今这样发达的程度,很多合理的建筑,我们的先民们,虽然从力学模型的角度说不出所以然来,但那种穿越时空的应用,使我们感受到科学知识的无穷魅力。现代建筑,既已有了理论的指导,就应该是理论指导下的科学实践,我相信在科学的引领下,我们会设计出更多更好的建筑精品来,力学经典模型在土木建筑中一定会大放异彩!
[4]李诫(宋)、校注:邹其昌、营造法式[M]、北京:人民出版社,2011、
近年来,建筑信息模型(BIM)的发展和应用引起了工程建设业界的广泛关注。各方一致的观点是其引领建筑信息化未来的发展方向,必将引起整个建筑业及相关行业革命性的变化。但是,如果对林林总总的研究成果、应用案例等进行深入的分析,却不难发现其中存在着一个基础性的问题:即如何认识建筑信息模型(BIM),建筑信息模型本身有着怎样的内涵、特点及外延,如何去界定其概念范围。
对于以上问题如不能通过深入的分析来有效解决,必将会影响到建筑信息模型的发展,进而会给整个建筑业的发展来负面影响。本文通过对较为流行的建筑信息模型概念的分析,试图建立建筑信息模型的概念结构体系,并对在建筑信息模型中所包含的研究问题及方向进行分析。
建筑信息模型(BIM)的概念最早可以追溯到1970年代,时任卡内基梅隆大学建筑和计算机科学专业教授Chuck Eastman于1975年提出了“Building Description System(BDS)”的概念,可以被视为最早提出的与之相关的概念。建筑信息模型的概念是伴随着信息技术在建筑业的深入运用而产生和发展的,由于其历经的时间较长,且概念的提出者往往又从多个方面来理解与之相关的问题,因此,其又常以不同的名称出现,如单一建筑模型(Single Building Model/SBM)、集成建筑模型(Integrated Building Model/IBM)、通用建筑模型(Generic Building Model/GBM)及虚拟建筑模型(Virtual Building Model/VBM,Graphisoft)等。近年来,随着各方的看法逐渐趋于一致,建筑信息模型(BIM)的说法得到了广泛的认同。[1]
对建筑信息模型有着多种不同的定义,汇总分析一些较为权威的关于建筑信息模型的定义有:(1)建筑信息模型是出于可视化、工程分析、冲突分析、规范标准检查、成本分析、竣工验收、预算及其他多种目的而建立一个设施电子化模型的行动。(NIBS,美国国家建筑科学研究院)(2)一种与数据库相联系基于模型的项目信息技术。(AIA,美国建筑师协会)(3)BIM作为一个动词或形容词用来描述关于工具、过程和技术,其通过数字化的、机器可读的文档对一个建筑物的性能、规划及其运营维护来实现。因此,BIM用来描述一种活动,而不是一个对象,为了描述建模活动的结果,我们使用建筑信息模型或建筑模型。(Charles Eastman,Georgia Institute of Technology)(4)建筑信息模型是开发和使用一个多方面的计算机软件数据模型,该模型不止用来存储新建或改扩建项目的设计文档,还可以用来对其的建设和运营进行模拟。由此产生的建筑信息模型是一个数据丰富,对象化,智能化和参数化的设施数字表现,来自不同用户的适当的需要,可以提取和分析,以产生反馈并对设施的设计进行改进。(GSA,美国总务管理局)(5)为了项目的设计、建造和运营等需要而创建和使用数字化模型的过程。(McGraw-Hill)(6)是一种建筑设计和文档化的方法,其主要特征是在建设项目的设计、建设阶段创建和使用协调的、内部一致性的、可计算的信息。(Autodesk)(7)一个在分布化的数据库管理系统中建立的包含整个建设项目生命周期的图形化和非图形化方面信息的模型的过程。(Bentley)(8)是一个包含了图形文件(图纸)及非图形文件(合同、进度计划和其他数据)的单一知识库。(Graphisoft)(9)是一个在建筑物结构在细节方面进行建模和沟通的过程,以有利于建设项目的整个生命周期。(Tekla)[2]
以上所汇总的关于建筑信息模型定义的来源涵盖了研究结构、政府部门及商业机构。通过对上对建筑信息模型定义的分析可以发现,由于不同的定义主体所处的地位不同,其对建筑信息模型的认识存在着一定的差异,主要可以划分为三个类型:实体论,即认为建筑信息模型是一个模型或知识库,在其中包含了涉及整个建设工程生命周期的信息;技术论,即建筑信息模型是一种实现建设工程信息管理的技术或者方法;过程论,即建筑信息模型是一种信息管理的过程。不过,一般而言不论基于哪种观点,建筑信息模型都表现出了以下几个方面的特征:①模型中包含的信息涉及整个项目生命周期;②为项目协同建设提供支持;③其中涉及的信息是可计算的,强调信息的完全数字化;④由参数定义的、互动的建筑物构件构成,且构件中包含了丰富的信息;⑤建筑信息模型中信息的表现可以通过图形化及非图形化的方式实现。[3]
通过对上述的建筑信息模型概念的分析可以看出,建筑信息模型不只是一个简单的技术、模型实体或者实现的过程,其应该是一个综合多种维度不同因素的集合体,如图1所示。其主要的内涵包括以下几个方面:
2、1 建筑信息模型的基础、核心和对象是模型在建筑信息模型中模型是基础、核心和工作对象。从本质上来看,作为实体的建筑信息模型是存储了项目集成化信息的数据库,并以数据库为核心实现多种不同程度的应用。同时,这样的一个或多个包含了建设工程全生命周期数字化信息模型实体,也为建设项目的各个参与方提供了一个信息交互的平台。
按照不同的分类体系,模型又可以划分为多种不同的类型。如按照模型中所集成的信息的特征,可以分为3D模型、4D模型、5D模型乃至nD模型等;按照专业和项目建设阶段划分,可以划分为设计模型(又可以细分为建筑模型、结构模型、MEP模型、综合模型、各种分析模型等),施工模型(又可以细分为总包模型、专业分包模型等)、制造模型、设施运营管理模型等;按照模型中的信息集中化程度,可以划分为集中式模型和分布式模型等。对于不同类型的建筑信息模型,其中所包含的信息的集成化程度、内容等各个方面存在着较大的差异,在建筑信息模型的应用过程中,必须要针对不同的需求,选择具有针对性的模型。
在运用建筑信息模型的建设项目中,项目各个参与方首先需要的是建立模型,并以各种不同的方式和程度将项目信息集成于其中;其次,要将部分或全部的项目工作与模型联系起来,以模型作为项目工作开展的辅助手段,并尽可能地将模型与其他的信息系统和信息手段相交互,以最大程度地实现信息共享;最后,要将各个阶段的工作成果在模型中体现出来。在这个过程里,我们可以发现在建设项目物质流动的过程中,还存在着一个以模型为核心的信息流动过程。建筑信息模型成为了项目团队之间的工作平台、交互工具和沟通渠道,成为了工作的基础、对象,同时,也是整个与建筑信息模型相关的工作的核心。
2、2 技术是实现和应用建筑信息模型的基础要有效地建立和运用建筑信息模型,相关的技术条件必须要达到一定的水平。如果追溯建筑信息模型的发展历程,不难发现:虽然相关的理念提出已经有差不多40余年的时间,但建筑信息模型真正得到普及和应用是进入21世纪以后的事情,产生这种现象的一个最重要的原因便是早期相关的软硬件等技术条件无法满足现实的需要。因此,只有具备了坚实的技术基础,才能使建筑信息模型真正发挥其效能,而在技术条件不具备的条件下奢谈建筑信息模型的应用只能是构建一座“空中楼阁”。与建筑信息模型相关的技术可以分为以下几个方面:(1)信息交互标准;(2)nD模型建模技术;(3)与建筑信息模型相关的分析方法及应用工具开发技术;(4)应用建筑信息模型的建设项目项目全寿命周期项目管理技术;(5)建筑信息模型与其他信息系统(如ERP、GIS)等的集成技术;(6)符合建筑信息模型需要的高效、快捷、低成本的软硬件平台应用开发技术。
2、3 合同、管理措施是建筑信息模型的保障建筑信息模型的运用绝对不只是一个单纯的技术过程。由于建设工程项目多阶段、多参与方的特点,使得在建筑信息模型的运用中往往需要多方参与其间,而各方在建设项目中所处的地位及利益关系之间往往又存在一定的矛盾性;同时,项目的各个参与方对建筑信息模型的认知程度和应用能力之间存在差异;此外,由于建筑信息模型的影响,会出现一些新的工程项目建设模式(如IPD)等,也随时会对原有的建设模式的组织构成、工作流程、工作方法、工作内容等产生新的影响,因此,会使得建筑信息模型的应用中会增加新的风险,需要严密的合同和高效地的项目组织管理工作来调整。[4]
总体而言,建筑信息模型应用中的合同和管理措施主要有以下几个方面:①合同的拟定,风险的分担、争议的解决机制的建立;②对项目管理组织及对项目各个参与方的内部组织机构、工作流程、工作内容等的影响;③基础的管理体系及制度的建立;④对既有项目管理模式的影响,新的项目管理模式的建立;⑤对项目管理人员的影响。
2、4 建筑信息模型是一个集成化、综合性的过程建筑信息模型的集成化强调的是对整个建设项目生命周期中来自各个阶段、各个专业、各个参与方的信息的集成,信息的集成化程度越高,其效能的发挥也就越加显著。综合则是强调对建筑信息模型要从技术、合同、管理等多角度入手,而不应孤立的将建筑信息模型视为一个单纯的技术过程,就技术而论技术,忽略了其中更为复杂的法律和管理问题,这可能会导致建筑信息模型应用产生适得其反的效果。分析国内外建筑信息模型应用的案例,特别是一些建筑信息模型应用失败的情况中,是不难发现这一点的。同时,由于建筑信息模型及其应用中所涉及的问题是处在一个不断发展演化的过程中,所以要以动态发展的眼光来看待其中的问题。
综合以上分析,可以得到如下的结论:①建筑信息模型是一个综合多种不同维度的综合体,单纯的从某一个方面入手不能收到事半功倍的效果;②模型是建筑信息模型的基础、核心和对象,但是,在实际的工作中,模型的应用必须辅以相关的合同、管理手段,才能真正发挥其作用,并有效规避风险;③技术是建筑信息模型的基础,只有在坚实的技术支持下,才能使建筑信息模型发挥其作用。因此,相关的技术研发工作必须要得到加强。
随着信息时代的到来,社会发展对建筑业的信息化提出了更新、更高的要求。作为业界所公认的建筑业信息化未来的重要发展方向,人们对建筑信息模型给予了更多的关注。在住建部所公布的“2011-2015年建筑业信息化发展纲要”中建筑信息模型占有重要地地位。[5]但是,在建筑信息模型的研究和应用中只有做到多角度入手,以综合措施作为保障,才能使建筑信息模型充分地发挥其效能。
[2]张泳,付君,王全凤、建筑信息模型的建设项目管理[J]、华侨大学学报(自然科学版),2008(3)、
[3]丁士昭等、建筑工程信息化导论[M] 、北京:中国建筑工业出版社,2005、