基于BIM的計算機輔助建筑設計探討

唐雪靜

摘 要：隨著全球經濟的高速發展，信息技術、互聯網技術、數字化技術突飛猛進使得信息處理和信息交換的效率大大提高，在計算機輔助設計領域（Computer Aided Architectural Design，簡稱CAAD），目前處于主導地位的2D CAAD技術的應用已經不能滿足高速信息化社會的發展需要，中國的建筑業面臨著產業效率危機和向節能型綠色建筑迅速轉變而帶來的巨大壓力。飛速發展的計算機技術和信息技術不僅僅使建筑設計精度和設計深度帶來了突破，同時也提供了更為先進的軟硬件技術，而基于建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM）的綜合數據庫系統可以通過對建筑構造、建筑工藝等真實建筑信息的模擬構建一個虛擬的建筑模型，該模型可以廣泛應用于建筑設計、設備管理、工程量管理、成本管理、結構設計，幾乎涵蓋了建筑生命周期的全部信息。

關鍵詞：計算機輔助建筑設計；建筑信息模型（BIM）；建筑節能設計

中圖分類號：TU201.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0102-01

1 計算機輔助建筑設計的現狀

隨著信息產業與數字化技術的浪潮席卷全球，信息技術和數字化技術給人們生活帶來了翻天覆地的變化，尤其在產品設計領域，數字化技術作為重要工具為設計工作帶來了徹底的變革。在美國多數行業的生產率都有很大提高，但是建筑行業的生產力水平在過去的四十年里落后于美國其他行業。建筑行業生產效率不高不僅僅是美國的問題，而是一個在全球范圍存在的普遍問題。

目前計算機已經成為了建筑師們的主要涉及工具，工作效率對比傳統的手繪方式有明顯的提高，不僅把建筑師從紛繁復雜的制圖工作中解脫出來，改變了建筑師傳統的工作方法，提高了他們的工作效率和工作精度。但從建筑設計行業的客戶要求角度來看，需要建筑師們在更短的時間內提供更好的設計，希望更少的投資得到更多的回報；從社會的角度來說，對建筑功能的要求越來越高，要求建筑產品綜合性強。計算機技術和信息技術給設計師提供了更先進的工具，加強了設計深度與精度，從最開始的輔助成圖功能，逐步發展為虛擬模型、協同設計等多個方面。設計師們也逐步認識到2D CAAD系統的不足，更多的開始運用3D CAAD系統進行建筑設計，在3D CAAD技術中，BIM技術是目前最新型最高效的計算機輔助建筑設計技術[1]。

1.1 國外BIM技術發展和應用現狀

雖然在早在上個世紀八十年代中期，匈牙利公司就已經推出并提出了BIM技術為核心的虛擬建筑設計理念，但由于當時落后的計算機軟件、硬件水平，BIM技術并未得到推廣應用。到上個世紀的九十年代，通過對BIM技術的深入研究和在建筑設計領域的不斷推廣，特別是芬蘭、德國等國家，BIM軟件的應用率已經達到六成以上。但BIM技術在國際上仍是一個新興的學術研究領域，只有在最近十幾年，伴隨著計算機技術的日新月異的發展，BIM技術才得以在建筑行業的廣泛使用。

1.2 國內BIM技術發展和應用現狀

目前國內的BIM技術尚屬起步階段，國內首個建筑生命周期管理實驗室在2004年的哈工大成立，隨后清華、同濟等大學也先后成立了實驗室。在建筑設計中，BIM技術的模型構建開始取代2D CAAD技術，成為計算機輔助設計的主導，并將進一步應用到建筑生命周期管理中去。我國的建筑業不僅僅面臨世界建筑業的行業效率危機，同時也面對著建筑向綠色建筑、節能建筑轉型的壓力，本文從BIM技術角度出發，進行系統的研究和闡述，希望對今后BIM技術在輔助建筑設計中的應用起到指導作用[2]。

1.3 BIM技術的具體應用問題

如何在建筑設計過程中將BIM技術與虛擬能耗模型相結合，把綠色建筑設計、節能設計應用到建筑設計過程中，使建筑師能夠更方便、高效的模擬能耗分析，在建筑設計階段更準確的分析預期能耗標準。

1.4 計算機輔助建筑設計技術

綜合了計算機科學與工程設計方法，把人類的邏輯思維能力、聯想能力、創造能力與計算機高速計算與存儲的能力結合起來，利用計算機的計算功能、圖形處理功能、數據處理功能，輔助設計師對產品進行設計和分析與計算機軟件和硬件發展水平息息相關的一門新型技術。很多設計公司在運用了計算機輔助建筑設計技術之后，提高了工作效率兩到三倍，減少了80%的設計修改工作量，提高了繪圖質量，改善了工作環境，是擁有巨大生產潛力的一項技術[3]。設計師通過該技術擺脫了繁瑣、龐大、低效的手繪工作，以計算機輔助建筑設計為代表的新技術改良不僅僅促進了計算機本身性能的不斷提高，也影響了傳統的建筑設計行業模式，給建筑設計帶來了巨大影響和利益。

2 BIM技術的應用及前景

（1）建筑信息模型（Building Information Model）簡稱BIM是三十年前美國喬治亞技術學院查克·伊斯曼博士提出的，BIM技術對建筑進行數字描述，綜合了幾何模型信息、功能信息、構建性能、施工進度、建造過程、維護管理等多項數據信息，BIM技術將這些信息和數據從制圖階段拓展到建筑各種信息的創建和管理層面，是多個學科之間的相互協調，可用于建筑方案設計、施工圖繪制、建筑構件分析等多個層面，是一種存儲了完整的建筑信息的最新技術[4]。（2）BIM技術不是簡單的針對點、線、面等幾何對象的圖形繪制工具，而是具體的墻體、門窗等建筑構件，修改過程也不單單是毫無關聯的點、線、面圖像，而是多個建筑構件組成的整體建筑物[5]。（3）BIM技術的特征：近些年國際上很多軟件開發公司都致力于完善和升級BIM軟件，雖然名稱不盡相同，但是由參數定義構件、即時顯示和編輯三維參數模型、整合的數據報告方式等總體特征都是相似的。在BIM系統中，建筑構件對象化、數字化，通過編碼和一系列預先定義好的參數來描述和模擬真實建筑構件的屬性。例如在設計承重墻時，承重墻不僅僅包括長寬高，同時還包括墻體材料、墻體保溫新能、墻體處理工藝、墻體造價等多個參數，要求建筑模型既能進行傳統的二維平面表達，同時也能夠進行效果圖、動畫等三維立體動態顯示，無論哪種顯示都要在對建筑信息模型進行編輯、修改、存儲時保持高度的相關性和一致性，并且能夠進行完整、系統、實時修改和編輯，對虛擬模型的任何編輯和修改都要能夠全面準確的反應在表格中，實現信息共享和協同工作[6]。（4）目前BIM技術可以讓建筑行業節省更多的時間成本、資金成本、提高效率、提高精度、減少人為操作失誤，通過多學科互動，用戶界面更為清晰，通過一個模型的構建可以自動生成平面、剖面、立面等效果。并可以自動生成材料清單、工程量、效果圖、動畫等，實現20多種數據格式之間的相互轉換和數據傳遞，應用前景非常廣泛。

3 結語

綜上所述，隨著信息技術、計算機技術、網絡技術、數字化技術的不斷進步，建筑行業整體效率水平有待提高，目前的計算輔助建筑設計無法滿足信息化社會的需要，同時也無法滿足設計師的想象力和創作力，設計修改過程繁瑣而復雜，效果圖與設計圖不一致，很大程度上阻礙了我國建筑設計水平的提高。針對這些問題，BIM技術恰恰可以提供有效的解決方法，應用BIM技術，建筑設計師們可以通過在構建的虛擬模型中包含大量設計信息，例如材料信息、結構信息、構件信息，這些原本需要設計師花費大量時間和精力的工作，現在計算機可以自動、高效、精準的完成，BIM技術在建筑設計的應用中擁有廣闊的前景。

參考文獻

[1]張麗萍，李毅.基于BIM的計算機輔助建筑設計研究[J].自動化與儀器儀表，2017，（10）：91-93.

[2]李東.基于BIM的計算機輔助建筑設計研究[J].山西建筑，2017，（24）：257-258.

[3]張文川.BIM技術在計算機輔助建筑節能設計中的應用研究[J].科技經濟市場，2016，（07）：70-71.

[4]周華.計算機輔助建筑設計中BIM技術的應用[J].無線互聯科技，2015，（14）：146-148.

[5]劉曉光.BIM技術在計算機輔助建筑設計中的應用[J].計算機光盤軟件與應用，2014，（10）：28-29.

[6]郭定國.基于BIM的計算機輔助建筑設計與施工管理研究[D].廈門大學，2014.