BIM技术在当前建筑中的成功应用

BIM技术在当前建筑中的成功应用

张悦悦

绿城房地产集团有限公司310000

摘要：通过对BIM（建筑信息模型）技术的介绍，对比传统的建筑设计方法，它颠覆了基于图纸和二维空间的设计思维模式，以创新性的三维建模技术将设计方案更加直观、更加全面展现出来。由于BIM技术的应用使得复杂的建筑方案设计成为现实。本文采用几个建筑实例，将BIM技术与传统建筑设计在空间造型、流程控制、沟通效率等方面做一对比，说明了BIM技术对传统建筑设计方法的冲击。

关键词：BIM；冲击；拓展；可视化；建筑设计；数据联动

一、引言

伟人曾说过“建筑是3D的，也是2D的，但是归根结底是3D的”。随着建设项目复杂性的不断加大（包括规模的增大以及建筑系统数量和复杂性的增加等），以及由于竞争需要导致的业主对缩短工期和控制造价的压力，建筑业在从未有过的发展和繁荣的同时也切身地感受到了从未有过的挑战（图1）。

图1原始的建筑设计过程

毋庸置疑，BIM（BuildingInformationModeling建筑信息模型）是用来解决2D表达的问题、让建设项目的设计施工运营全过程回归到3D建筑物本来面目的最佳方法。建筑信息模型是建筑学、工程学及土木工程的新工具，是建筑物在设计和建造过程中创建和使用的“可计算数字信息”，是数字化的建筑3D几何模型，在这个模型中，所有建筑构件所包含的信息，不仅仅是几何形状描述的视觉信息，还包含大量的非几何信息，如材料的耐火等级、材料的传热系数、构件的造价、采购信息等。它不同于传统的数字化设计，而是通过数字建模软件将建筑信息虚拟化，为建筑的设计、建造及维护提供帮助。实际上，BIM就是通过数字化技术，在计算机中建立一座虚拟建筑，用数字化的建筑组件表示真实世界中用来建造建筑物的构件。这对传统电脑辅助设计用向量图像构图来表示物体的设计方法来说是个根本的改变，它能够结合众多图则来展示对象。BIM的技术核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，这里的信息可能具有很多种表达类型，诸如建筑的平面图、立面、剖面、详图、三维立体视图、透视图、材料表或是计算每个房间自然采光的照明效果、所需要的空调通风量、冬、夏季需要的空调电力消耗等等，还可以用来展示整个建筑生命周期，包括了兴建过程及营运过程，使建筑师、工程师、施工人员以及业主可以清楚全面地了解项目。

二、BIM对建筑设计的冲击

BIM的应用不仅仅局限于设计阶段，而是贯穿于整个项目全生命周期的各个阶段：设计、施工和运营管理。BIM模型对于三维建筑设计上的应用，能提供各类合适的信息，协助决策者做出准确的判断，可以更加直观地在建筑施工之前修正设计图纸上的问题，通过计算机模拟降低成本与风险，提高项目规划设计的质量，加快项目实施进度，加强各相关部门对于项目的认知、了解和管理。对工程的各个参与方来说，减少错误对降低成本有很重要的影响，还因此减少建造所需要的时间，同时也有助于降低工程的成本。应用BIM有许多知名案例，均为使用该项技术来完成整个设计项目。下面以多个建筑实例说明BIM技术在空间造型、流程控制、沟通效率等方面对传统设计方法的影响和冲击。

2.1拓展空间造型能力

现阶段的建筑设计是将3D的建筑转变为2D的三视图，制图多且效率低，且对于造型复杂的建筑缺乏表达能力，有时为了表达一个曲线扭转的形体，往往要画几十个甚至上百个平面，但仍然不能直观的表现建筑的真实面貌。造型复杂，尤其是结构、内部空间复杂的建筑，如果采用传统的设计流程很容易发生错漏碰缺的情况。同时结构的构件还存在空间定位不准确的情况，如果采用传统的二维设计方式将非常难以描述，在施工过程中也很难精确定位，无法保障后续施工。BIM技术在建筑“空间设计”上较之传统的二维图形拥有无可比拟的优势，它具有不同以往的造型能力和空间的先验性。从“空间设计”角度，BIM是一个很好的可视化载体，能回归建筑的“三维”本质，让设计师真正做到空间设计。通过BIM三维模型，设计师可以进行全方位的3D漫游展示，做到“所见即所得”，能够分析和确立各类复杂曲面的空间搭接位置及空间定位问题等。BIM使建筑师们抛弃了传统的二维图纸，不再苦于如何用传统的二维施工图来表达一个空间的三维复杂形态，从而极大地拓展了建筑师对建筑形态探索的可实施性，空间定位、结构布局等都很难在二维图纸中反映，复杂自由的造型不再成为设计师的羁绊。如今造型各异的建筑不断拔地而起，它们在造型上已经突破了人们的想象，那些过去只存在于建筑师大脑中的影像在BIM的帮助下同样可以成为现实。例如大家熟悉的2008年奥运会主体育场“鸟巢”，其外壳的型钢不是直的，而是曲线的（图2），

图2鸟巢的钢结构

如果用二维图表达就非常困难。而使用BIM技术就可以直观地看到“鸟巢”的三维模型，甚至可以使用这个模型通过计算机直接加工那些异型钢构件，从而实现无纸化建造。基于BIM的三维模型不同于通常效果图所示的三维模型，而是包含了材料信息、工艺设备信息、进度及成本信息等，它是一个完整的建筑信息。建筑师基于BIM实现三维空间曲面造型的定位，以便在任意位置可以切出平面、立面、剖面，引出详图，并转化为二维图纸指导施工。

2.2增强流程控制能力

过去，建筑内部情况、建设环境缺乏设计和掌控，最多是对规范条文等文件的落实，缺乏可以量化的软件，传统的物理模型和工程图根据CAD中的图形来评估建筑性能，这需要大量的人员干预和解释说明，显著增加了分析时间和成本。现在BIM的应用在技术和分析质量上都为我们提供了有力的保障。有了BIM平台中的各种软件，比如对建筑的通风、采光等进行分析和优化，还可以做出即时的分析评判，拓展设计的思考范围和深度，使得建筑更加节能环保。此外，BIM还与众多商用分析工具相集成，可极大地简化日常繁重、复杂的分析工作。通过将建筑模型直接与分析软件相关联，使建筑师可以轻松利用工具，从而在设计流程初期获得有关设计备选方案的即时反馈信息。比如世博文化中心项目设计，按照3Ｒ原则对新能源利用、节能、节水、资源回收和再利用进行了统筹安排，同时采用了多种有效的节能技术手段。通过对能源、水消耗、室内空气品质和可再生材料的使用等多方面进行控制，使世博文化中心被评为中国“三星级绿色建筑”。建筑80%的能效是在设计早期决定的，因此要在设计早期对建筑能效做出评估，以利后续设计、施工、运营中更好的决策。世博文化中心项目就使用了BIM平台下Ecotect软件进行日照分析、采光分析、热环境模拟等分析，使得上述各种绿色技术手段得以在项目中更加高效、顺畅的实施（图3）。

图3BIM平台下的各种软件

2.3提升沟通效率

建筑设计是一个多工种的平台，能及时参与信息的反馈是决定设计有效性的关键因素。

2.3.1业主和设计方的交流

对于业主来说，对建筑的理解，与设计、施工方的沟通，特别是空间体验都是相当重要的，这直接决定了建筑的发展方向。建立建筑信息模型后，可以很方便地引入虚拟现实技术，实现在虚拟建筑中的漫游。以前业主主要是通过平面户型图、建筑模型、效果图及各种媒体广告的形式来了解建筑，而借助基于建筑信息模型的虚拟漫游技术，可进入虚拟建筑中的任何一个位置，亲身感受建筑空间，实时查询信息，可以在几年后才建成的虚拟建筑中漫游，身临其境地观看、感受建成后的环境和氛围，从而方便地实现与设计师的协调。

2.3.2各专业间协调沟通

对参与建筑设计的各专业工种来说，突破2D限制，进行可视化的建筑设计，实现设计师之间的理解和即时沟通，对保证设计意图和施工质量都有重要的意义。BIM是一个信息的数据库，它的信息完善、功能植入、数据的联动与实时更新，都关系着各专业的合作。BIM使建筑、结构、给排水、空调、电气等各个专业基于同一个模型进行工作，从而使真正意义上的三维集成协同设计成为可能。在二维图纸时代，各个专业的协调是一个繁琐费时的工作，做得不好会经常引起施工中的反复变更。而BIM将整个设计整合到一个共享的建筑信息模型中，结构与设备、建筑与设备间的冲突会直观地显现出来，工程师可在三维模型中随意查看，并且能准确查看到可能存在问题的地方，并及时调整自己的设计，从而极大地避免了施工中的浪费，使得设计修改更容易。即从三维模型转化为二维图纸，包括从整体的平面引出局部的平面、局部的详图。这一关联非常具有优势，在传统画图纸的过程中，一张图修改，其他的图都要跟着改，工作量很大。运用BIM，只要对项目做出更改，由此产生的所有结果都会在整个项目中自动协调，各个视图中的平、立、剖面图及相关数据也会随之自动调整，包括尺寸标注等都能自动修改，这一功能大大节省了工作时间，提高了工作效率。降低了工作成本，剖面图和立面图将不需要分配人力，详图索引之间的错误也不会再出现，而这在二维制图时代，各类统计数据是一个非常庞杂、枯燥、单调且极易出错的工作，也是一个相当耗费人力成本的工作。在中国建筑设计研究院设计的徐州建筑职业技术学院图书馆（图4）这个项目中，图纸目录、门窗表、防火分区面积表和材料做法表等，全部应用BIM信息进行自动统计，且同步更新，几乎省掉了一个人力成本。BIM的出现和应用，将设计工作从二维模式转变为三维模式，将设计师大脑空间内的感知转变为设计系统中的理性元素，将各专业枯燥的工程图纸转化为真实、生动的视觉体验，可以在设计的过程中提前体验建筑空间感受，各类设计问题、制图问题和低级错误可以完全依靠规范化的设计模式进行避免。例如，在方案设计中，关于适合在哪里放楼梯的问题，建筑和结构专业也许会有不同意见。若在这里增设一个相机，生成实际的视觉效果，大家就能立刻达成共识。同时可以让设计师之间更加快速和清晰地了解对方所做的工作，提前暴露工程中可能遇到的各类问题。有了BIM这个平台，专业人员的素养和个人能力的培养也得到了极大的提高和改善。

图4数据库信息

2.3.3施工阶段的交流

在建筑生命周期的施工阶段，BIM可以同步提供有关建筑质量、进度以及成本的信息。它可以方便地提供工程量清单、概预算、各阶段材料准备等施工过程中需要的信息，甚至可以帮助人们实现建筑构件的直接无纸化加工建造，比如前面提到的鸟巢就是一个典型的例子。利用BIM可以实现整个施工周期的可视化模拟与可视化管理，帮助施工人员促进建筑的量化，以进行评估和工程估价，对方案的施工图纸也可根据数据模型增设全方位的透视图，为施工方了解图纸提供方便。建筑中无论任何位置，如果施工方对此部分设计没有理解，都可以立刻进行虚拟观察。过去在施工中才能发现的冲突，现在在虚拟的BIM模型中就可以发现，从而大大提升设计速度和质量。施工人员可以迅速为业主制定展示场地使用情况或更新调整情况的规划，从而和业主进行沟通，将施工过程对业主的运营和人员的影响降到最低。

三、结论

BIM从三维入手，将模型和信息整合到一起，从根本上改变了建筑设计的方法和理念，也改善了各个环节中信息丢失、脱节、孤立的情况，这不仅使得方案设计具有更多的可能性，而且调整起来也更加方便，同时也使得方案的评估和优化更加精确和量化。因此，它使得设计的准确度、完整度、可控制度、效率等方面都有所提高，应该说，在设计的各个阶段，BIM技术都能够充分发挥作用。近年来，建筑信息模型正被愈来愈多的专家应用在各式各样的建筑上。从简单的仓库到类型最为复杂的新建筑，BIM理念带给建设行业新一轮的冲击。BIM技术在当前建筑中的成功应用，使我们认识到BIM真正的流程，应该是一个崭新的、集成化的工作模式，而不再是传统二维的各专业协作的工作模式或角度思考，它通过参数化实体造型技术使计算机可以表达真实建筑所具有的信息，突破了用视觉符号来表达设计的固有模式。无论如何，BIM是建筑业发展的大势所趋，这个古老的行业在信息时代和数字化的面前，将要作出的是一个全面的改变。挑战的同时，也更可能会为它带来新的生机。

参考文献

［1］王廷熙．BIM———建筑业的信息革命［N］．中华建筑报，2014-11-22．

［2］建筑学报编辑部．BIM建筑设计大赛获奖作品［J］．建筑学报，2015（6）．