建筑信息模型(BIM)對設計過程的影響分析

徐浩 張洋

長久以來，由于設計工具的局限性，設計人員一直以二維的圖形文件作為傳遞信息的媒介和表達設計構思的手段，二維的設計表達方式逐漸被作為思維模式固定下來。二維設計思維的實質是將三維物體分解成平、立、剖等不同片段加以研究，然后通過大腦的綜合思維能力建立起完整的判斷，設計人員在設計過程中需要在三維的形象思維與二維的抽象思維間不斷進行心智轉換，這種轉換過程不僅制約了設計人員的想象，而且也是造成設計錯誤難以消除的根源。為了克服二維表達方式的局限性，設計人員借助于三維模型來表達構思。在最初的階段，設計人員通過制作實體模型來作為建筑表現手段，但這種模型僅能滿足幾何形狀的要求，無法進行更深入的分析。計算機的發展為設計人員提供了更好的平臺，早期的虛擬三維模型也是建筑物的外觀模型，缺乏建筑物內部空間劃分與附屬的物理信息，這種模型只能用來推敲體量，無法支持精確設計構思與設計分析。BIM具有強大的三維設計功能，不僅有助于更好地表達設計構思，其強大的內嵌數據庫可以幫助設計師直接進行精確設計。

1 建筑信息模型概述

近些年來，建筑信息模型(BIM)無論是作為一種新的理念還是一種新的生產工具都得到了業內的廣泛關注。很多人認為它是近幾年出現的新事物，但實際上，BIM的思想由來已久，早在1975年，被譽為“BIM之父”的Chuck Eastman教授就提出未來將會出現可以對建筑物進行智能模擬的計算機系統，并將這種系統命名為“Building Description System”。進入20世紀80年代后，BIM的研究受到CAD的沖擊，但學術界對BIM的研究并未中斷。1986年，美國學者Robert Aish提出了“Building modeling”的概念，這一概念與現在業內廣泛接受的BIM概念非常接近;在“Building modeling”概念提出不久，Building Information modeling的概念就被提出。全球三大建筑軟件開發商Autodesk，Bently及Graphisoft都推出了自己的BIM軟件產品，并在全球多個項目上進行了試用并取得了不錯的效果[1-3］。現在，BIM已不再是學者實驗室研究的思想概念，而是變成了可以在工程實踐中解決實際問題的生產工具。

2 基于BIM的設計過程的特點分析

1)可視化的設計過程，為建筑師提供更深的設計視野。

BIM設計軟件具備直覺式用戶體驗的交互界面，讓設計師的抽象概念可以快速地轉換成可視化的物理模型，簡言之，BIM使設計師可以用真實世界的原理來解決真實世界的問題。設計師拋棄了傳統二維制圖，二維制圖對建筑形式和空間表達的束縛不復存在，設計師可以更好地發揮自己的創造性和想象力，利用建筑信息模型的各種實體造型模塊和工具搭建虛擬空間，實現可視化設計，研究和探索各種復雜空間成為可能[4］。可視化是設計和驗證設計的有力手段，可視化設計不等于在一個簡單的視覺3D模型上進行設計，而且包括了對設計過程的控制和驗證。針對建筑師的設計習慣，BIM設計軟件具有獨特的2D/3D混合視圖功能。3D模型和2D圖面能夠智能聯動，更改了三維模型或二維圖紙;相對應的二維圖紙和三維模型也會自動更新。使用者可以自由選擇2D或3D的工作流程，或是同時在兩者上交互作業，用同一組工具建立和編輯模型，采用混合模式工作，設計師從二維設計前進到三維設計，卻不需要承擔太大的風險與培訓成本。

2)智能化的設計過程，保證信息的協調一致。

BIM采用的是參數化建模技術，操作的對象不再是點、線、圓這些簡單的幾何對象，而是墻體、門、窗、梁、柱等建筑構件;在屏幕上建立和修改的不再是一堆沒有建立起關聯關系的點和線，而是由一個個建筑構件組成的建筑物整體。建筑信息模型將設計模型(幾何形狀與數據)與行為模型(變更管理)有效結合起來，整個建筑模型和整套設計文件是個集成的數據庫。基于BIM的設計過程就是不斷確定和修改各種建筑構件的參數，全面采用參數化設計方式。BIM軟件立足于在數據關聯的技術上進行三維建模，模型建立后，可以隨意生成各種平、立、剖二維圖紙，并保持視圖之間實時、一致的關聯[5］。CAD與BIM軟件的區別見圖1。

圖1 CAD與BIM軟件的本質區別

3)連續的設計過程，一次建模，全程使用。

利用BIM可以進行連續的設計有兩層含意:a.利用BIM可以實現同一專業內的連續設計;b.可以實現在不同專業之間的連續設計。首先以建筑設計為例來說明BIM如何支持在同一專業內的連續設計。在利用傳統的設計工具進行設計時，在方案設計階段，往往需要求助于一些三維建模軟件來完成方案的3D模型，在完成方案設計后，設計師往往需要轉換到平面繪圖工具來完成施工圖設計，導致一些重復建模的工作，而在建筑表現階段做渲染效果圖或者動畫時，又不得不脫離開平面繪圖工具，再次在三維軟件中耗費時間和精力重新建模。而BIM的設計過程實際上就是真實的建筑三維模型建立的過程，并且能夠對模型的渲染進行精細控制，讓渲染效果圖和動畫表現成為建筑三維信息模型過程的副產品。由于在整個設計過程中使用同一模型，因此可以實現信息的重復利用，也使得各項工作可以自然銜接。其次，模型中的數據能夠在跨越不同的專業，在建筑、結構、機電水暖系統(MEP系統)之間交換，不同專業的設計師所完成的智能三維模型將能夠輕易地把模型中攜帶的信息交給其他的專業團隊，讓整個項目中的各參與方都能夠在擁有豐富信息的狀況下進行工作[6，7］(見圖2)。信息的無縫對接避免了信息的重復輸入，減輕設計人員的工作負擔，讓設計師可以用更多的時間來思考設計本身，提高設計的生產效率。

圖2 BIM支持信息在不同的專業系統間無縫對接

3 結語

建筑信息模型是對工程項目信息的數字化表達，是數字技術在建筑業中的直接應用，它代表了信息技術在建筑業中應用的新方向[8］。BIM對設計過程的影響是全面而深遠的，說其全面是因為它影響到設計過程的各個環節，說其深遠則是因為它變革了傳統的設計生產方式。BIM提供的是一種更接近現實世界的設計思維模式，它采用的是模擬現實世界的方式來實現可視化設計和智能化設計，簡言之，BIM的應用使設計師可以用真實世界的原理來解決真實世界的問題。

[1]Eastman C.BIM Handbook:A Guide to Building Information modeling for Owners，Managers，Designers，Engineers and Contractors[M］.John Wiley and Sons，NY，2008:93-460.

[2]Akinci B.A formalism for utilization of sensor systems and integrated projectmodels for active construction quality control[J］.Automation in Construction，2006，15(2):124-138.

[3]Akintoye A，Fitzgerald E..A survey of current cost estimating practices in the UK[J］.Construction management＆ Economics，2000，18(2):55-65.

[4]National Institute of Building Science.National Building Informationmodel Standard[EB/OL］.http://www.facilityinformationcouncil.org/bim，2008.

[5]Gao J，Fischerm.Framework ＆ Case Studies Comparing Implementations ＆ Impacts of3D/4Dmodeling Across Projects.Center for Integrated Facility Engineering[EB/OL］.http://cife.stanford.edu/Publications/index.html，2008.

[6]Taylor JE，Bernstein P.Paradig mtrajectories of building information modeling practice in project networks[J］.Journal of management in Engineering，2009，25(2):69-76.

[7]Jung Y，Joom.Building information modelling(BIM)framework for practical implementation[J］.Automation in Construction，2011，20(2):126-133.

[8]Dossick C S，Neff G.Organizational Divisions in BIM-Enabled Commercial Construction[J］.Journal of Construction Engineering andmanagement，2010，136(4):459-467.