朱志華（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙410000）

探討B(tài)IM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

朱志華（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙410000）

BIM技術(shù)已經(jīng)在建筑施工、建筑設(shè)計(jì)、建筑后期管理等各種階段中得到了普及和應(yīng)用，大大增強(qiáng)了建筑設(shè)計(jì)圖的可實(shí)施性，實(shí)現(xiàn)了建筑工程算量、施工模擬及三維碰撞檢查等工作。本文即主要探討了BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以供參考。

BIM技術(shù)；建筑設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1　引言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，BIM技術(shù)作為其中一種，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有效保證了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量與要求，能夠更直觀、更深入地了解建筑的各個細(xì)節(jié)，直接的反映存在的問題，減少施工現(xiàn)場返工。采用BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑的精細(xì)化設(shè)計(jì)，同時嚴(yán)格控制工程成本，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

2　BIM技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)

2.1BIM技術(shù)概述

建筑信息模型（Building information model，BIM）是由美國學(xué)者提出來的，它主要是指對幾何模型信息、構(gòu)建性能及功能要求等進(jìn)行綜合，并整合建筑項(xiàng)目整個生命周期內(nèi)的相關(guān)信息，使其呈現(xiàn)在單獨(dú)的建筑模型中。近幾年，國內(nèi)外學(xué)者依照此概念，提出了不同的觀點(diǎn)，如：3D模型、虛擬建筑及單個建筑模型等。BIM技術(shù)有效協(xié)調(diào)了不同的設(shè)計(jì)學(xué)科，同時涵蓋了整個建筑生命周期中的建筑信息，它可結(jié)合設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維的具體要求，利用3D模型或2D施工圖等展示所需的數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)具有專門性，它作為基于對象的CAD技術(shù)，使建筑實(shí)現(xiàn)了數(shù)字描述。在此技術(shù)支持下，建筑信息可完整體現(xiàn)在一個電子模型中，并使建筑構(gòu)件具有了數(shù)字化。

2.2BIM技術(shù)的特點(diǎn)

（1）操作的可視化。BIM技術(shù)的一切操作都是在可視化的環(huán)境下完成的，在可視化環(huán)境下進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)、進(jìn)行碰撞檢測、進(jìn)行施工模擬、進(jìn)行避災(zāi)路線分析等一系列的操作。

（2）信息的完備性。BIM是設(shè)施的物理和功能特性的數(shù)字化表達(dá)，包含了設(shè)施的所有信息，體現(xiàn)了信息的完備性。BIM模型包含了設(shè)施的全面信息，除了有設(shè)施3D幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系的描述，還包括整個設(shè)施完整的工程信息的描述。

（3）信息的協(xié)調(diào)性。協(xié)調(diào)性體現(xiàn)在兩個方面：①在數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建實(shí)時的、一致性的關(guān)聯(lián)，對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的任何更改，都馬上可以在其他關(guān)聯(lián)的地方反映出來；②在各構(gòu)件實(shí)體之間實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)顯示、智能互動。

（4）信息的互用性。應(yīng)用BIM可以實(shí)現(xiàn)信息的互用性，充分保證了信息經(jīng)過傳輸與交換以后，信息前后的一致性。

2.3基于BIM技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)

BIM是一種在某些軟件開發(fā)過程中產(chǎn)生的概念，而建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域是首先使用BIM技術(shù)的領(lǐng)域。目前，國際上有很多種運(yùn)用成熟的BIM軟件，這些軟件用于設(shè)計(jì)時，都能更好的幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行空間想象，更好的為建筑設(shè)計(jì)服務(wù)。

在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時，運(yùn)用BIM軟件可以創(chuàng)建出一個虛擬的建筑模型，首先，通過BIM軟件將紙質(zhì)的文件轉(zhuǎn)換成電子版的，而電子版的圖紙只是模型的一個組成部分。BIM將信息進(jìn)行反復(fù)利用重組，結(jié)合2D、3D技術(shù)，建筑師能夠更好的進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，提高建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量。這樣設(shè)計(jì)出來的圖紙，能夠?qū)⒑笃诘娘L(fēng)險(xiǎn)因素控制到最小，不僅如此，還能更好的進(jìn)行質(zhì)量控制，便于交流。

3　建筑設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用流程

3.1構(gòu)建整體結(jié)構(gòu)模型

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)，能夠構(gòu)建完善的建筑整體結(jié)構(gòu)模型，幫助建筑結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱、樓梯以及基礎(chǔ)等構(gòu)件得以充分的描述。以墻體結(jié)構(gòu)構(gòu)件為例：①定義建筑實(shí)體；②利用集合關(guān)聯(lián)實(shí)體進(jìn)行樓層實(shí)體和建筑實(shí)體的關(guān)聯(lián)；③進(jìn)行墻體實(shí)體的定義，并且利用空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)實(shí)體完成樓層實(shí)體與墻體實(shí)體的關(guān)聯(lián)。

3.2管道綜合設(shè)計(jì)

建立在BIM的基礎(chǔ)之上進(jìn)行建筑的給排水工程設(shè)計(jì)，可以將大量的拍圖環(huán)節(jié)省略掉，并將管道綜后的凈空高度更加直觀地展現(xiàn)出來，使工作需求得到最大限度的滿足。作為設(shè)計(jì)人員，不要只看到設(shè)計(jì)繪圖過程中存在的各種問題和矛盾沖突，還要在設(shè)計(jì)完成之后對矛盾沖突進(jìn)行試驗(yàn)與檢測，找到相關(guān)問題并做好反饋工作，及時對工作方案進(jìn)行修改與調(diào)整。

3.3在電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段電氣專業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑電氣設(shè)計(jì)，其流程如圖1所示，具體包括以下方面：①在配電設(shè)計(jì)中，電氣專業(yè)可以通過BIM技術(shù)的協(xié)同功能，搜集暖通專業(yè)和給排水專業(yè)的動力條件，應(yīng)用BIM技術(shù)的檢查功能可以查看動力回路是否完善。當(dāng)動力條件改變時，配電系統(tǒng)也會自動調(diào)整，這就避免了以前二維設(shè)計(jì)時錯、漏動力條件的情況，在生成的配電系統(tǒng)中，軟件可以自動對負(fù)荷進(jìn)行三相平衡調(diào)整，大大加強(qiáng)了供電質(zhì)量；②在照明設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以按照規(guī)范先設(shè)定每個功能房間的照度標(biāo)準(zhǔn)值，在布置燈具時可以實(shí)時查看設(shè)計(jì)是否滿足規(guī)范要求，加快了設(shè)計(jì)速度，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量；③在消防設(shè)計(jì)中，應(yīng)用BIM軟件的檢查功能，可以查看火災(zāi)探測器的保護(hù)是否滿足規(guī)范要求，軟件還可以搜集暖通專業(yè)、給排水專業(yè)和電氣專業(yè)的消防聯(lián)動條件，使電氣專業(yè)的消防設(shè)計(jì)更可靠、安全。

圖1　基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)流程圖

3.4在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

將BIM技能放到運(yùn)暖通空調(diào)的規(guī)劃中運(yùn)用，需要表現(xiàn)出某種特定技能輔佐的效果，這些特定技能一般指的是建筑功能化模擬技能以及參數(shù)化技能等，經(jīng)過運(yùn)用這些特定技能，暖通空調(diào)的規(guī)劃會在功能上產(chǎn)生巨大的改變，該技能可以完成某些特定數(shù)據(jù)信息的變換。BIM技能自身往往也需要支持，如此就對進(jìn)一步提高監(jiān)測水平有很高的推進(jìn)效果，這些技術(shù)支持一般包括信息交流格式IFC以及國際字典結(jié)構(gòu)IFD等等。以往的暖通空調(diào)的規(guī)劃標(biāo)注化很多時候不能獲得有效保障，因而在暖通空調(diào)的規(guī)劃中運(yùn)用BIM技能能夠經(jīng)過準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)信息從而更好地完成三維參數(shù)化。

4　BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1在虛擬建筑中做設(shè)計(jì)

利用BIM技術(shù)，建筑師可以創(chuàng)造虛擬的建筑模型，在虛擬的模型中做設(shè)計(jì)，這樣建筑師可以時時看到設(shè)計(jì)的效果。在任何一個設(shè)計(jì)階段，可以隨時觀看設(shè)計(jì)效果，身臨其境的看自己設(shè)計(jì)的作品，對于設(shè)計(jì)不滿意的地方可以及時進(jìn)行更改，不僅如此，還能考察建筑與周圍環(huán)境的適應(yīng)性，再設(shè)計(jì)過程中不斷進(jìn)行推敲，看設(shè)計(jì)的思路、建筑選材等是否符合要求，這樣可以將設(shè)計(jì)師從天馬行空的想象中解救出來。

4.2協(xié)同設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)代建筑越來越復(fù)雜，在建筑設(shè)計(jì)中也越來越趨于多學(xué)科交叉與合作，這就離不開協(xié)同設(shè)計(jì)。然而在以往的二維CAD時代中，協(xié)同設(shè)計(jì)缺少可操縱的統(tǒng)一技術(shù)平臺，只有個別集成化軟件可以實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)之間部分?jǐn)?shù)據(jù)的交流與傳遞，但仍無法解決在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的種種各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)問題。而BIM技術(shù)的應(yīng)用使得建筑設(shè)計(jì)走向了三維時代，其可以利用三維集成設(shè)計(jì)模型使各專業(yè)實(shí)現(xiàn)在同一個模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)同工作。不同專業(yè)的人員可以通過中間模型處理器對建筑模型進(jìn)行對應(yīng)的創(chuàng)建、修改及注釋，從而更加快速地傳遞和更新信息，以解決各專業(yè)之間信息交流不暢的問題。

4.3效果圖和動畫展示

BIM技術(shù)中包含了強(qiáng)大的建模、渲染及動畫技術(shù)功能，利用該技術(shù)可以將專業(yè)和抽象的二維建筑進(jìn)行更加通俗化與直觀的三維描述，從而使非專業(yè)人員也能夠明確地了解建筑設(shè)計(jì)的項(xiàng)目和功能。其次，若建筑設(shè)計(jì)圖發(fā)生了改變，也可以利用BIM技術(shù)在最短時間內(nèi)完成修改。再者，BIM技術(shù)利用計(jì)算機(jī)軟件，進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)（見圖2），其本身的成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一些專業(yè)的動畫設(shè)計(jì)和效果圖制作軟件。

圖2　軟件效果圖

4.4圖紙文檔自動生成

在2D環(huán)境下，每一張圖紙都是由立面、剖面等組成，再按照工程設(shè)計(jì)更改圖紙，不停的一次次修改，設(shè)計(jì)師很多寶貴的時間都浪費(fèi)在這繁瑣的工作中，占用了大量的時間和精力。而運(yùn)用BIM技術(shù)，可以在事先創(chuàng)建的虛擬模型中進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣更改的就是虛擬的模型而不是圖紙，利用BIM技術(shù)創(chuàng)建出來的模型，設(shè)計(jì)師可以生成任意的圖紙，平面圖、立面圖甚至是3D大樣圖（見圖3），事實(shí)上，根據(jù)不同的需要，可以從軟件中提取不同的信息資料，生成不同的視圖，方面設(shè)計(jì)改變。

圖3　廠房平面與三維模型圖

4.5自動變更管理

在最初的2D工作環(huán)境下，建筑設(shè)計(jì)師有一大部分的時間都運(yùn)用在變更的協(xié)調(diào)工作中，花費(fèi)了大量的精力，而BIM技術(shù)的出現(xiàn)，則幫助他們順利改變了這一困境，所有的圖紙生成都是基于虛擬的模型，而所有的修改和變更都會反映到整個項(xiàng)目的文件中，而BIM最主要的就是一個數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，任何的數(shù)據(jù)或者信息的修改都會在數(shù)據(jù)庫中得到反饋，其他的視圖也會隨之自動進(jìn)行改變和更新，圖紙也會隨著設(shè)計(jì)的不斷進(jìn)行而自動更新（見圖4）。這大大減輕了設(shè)計(jì)師的工作量，不需要把時間和精力都浪費(fèi)在反復(fù)的修改中，這樣的自動變更管理不僅提升了建筑設(shè)計(jì)師工作的效率，更為變更的順利執(zhí)行提供了一個很好的平臺，不會出現(xiàn)變更上的錯誤。

圖4　建筑工程參數(shù)BIM設(shè)計(jì)

4.6基于BIM的性能分析

2DCAD繪制的圖紙，是平面的圖紙，永遠(yuǎn)無法進(jìn)行智能化的模擬，而利用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)出的虛擬模型，包含了大量的數(shù)據(jù)和非數(shù)據(jù)信息，能夠通過提取模型中的數(shù)據(jù)，然后將提取出來的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到模擬分析軟件中，在分析軟件中可以進(jìn)行一系列的分析，例如沖突分析，碰撞檢驗(yàn)，規(guī)范檢驗(yàn)等等，通過這些檢查，可以提前預(yù)知或者預(yù)防后期施工中可能出現(xiàn)的類似問題，及早進(jìn)行修改，降低風(fēng)險(xiǎn)因素。

4.7空間規(guī)劃

建筑在空間規(guī)劃過程中應(yīng)考慮地形因素，借助GIS軟件與3D可視度分析，從而實(shí)現(xiàn)了對建筑可視度直觀與清晰的判斷。在實(shí)際規(guī)劃中，設(shè)計(jì)的地形具有一定復(fù)雜性，需要對其高程、坡度與坡向等進(jìn)行分析，特別是山地地形。在規(guī)劃時，可繪制高程、坡度及坡向等分析圖，如圖5所示。在此基礎(chǔ)上，將為設(shè)計(jì)規(guī)劃提供可靠的數(shù)據(jù)支持。同時，也可借助3D可視度，它不僅可用于規(guī)劃可視度分析，還可用于室內(nèi)視野分析，后者涉及的因素有窗戶尺寸、房間形狀、吊頂做法等，進(jìn)而保證了設(shè)計(jì)的合理性與有效性。

圖5　高程模型圖

5　結(jié)束語

BIM技術(shù)的發(fā)展，在我國建筑行業(yè)引起重大的波動，對我國目前的建筑行業(yè)所存在的問題有重要的意義。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)的應(yīng)用過程中，還需不斷努力，做好人才培養(yǎng)，加強(qiáng)技術(shù)革新，為我國未來的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域做好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)從業(yè)人員的不斷探索和創(chuàng)新。

［1］李 昂，石振武.BIM技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目中的應(yīng)用價(jià)值［J］.經(jīng)濟(jì)師，2014（1）：62～64.

［2］秦凱凱.BIM技術(shù)在大型建筑安裝工程中的應(yīng)用［J］.建筑施工，2014，36（2）：171～173.

［3］楊震卿，張莉莉，張曉玲，等.BIM技術(shù)在超高層建筑工程深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.建筑技術(shù)，2014，45（2）：115～118.

TU201

A

2095-2066（2016）26-0165-03

2016-8-30

朱志華（1982-），男，工程師，主要從事建筑設(shè)計(jì)工作。