淺析BIM技術在建筑設計階段的優勢與應用

李宏軍 代彬 武軼楠 冉彥立 張可

【摘 要】BIM是建筑工程行業的新技術，實現了建筑一致性參數化建模，能夠實現建筑從設計到施工，直至全壽命周期的運行，各項信息完全集中于一個三維信息模型中，具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性突出優勢。本文從建筑設計階段淺析BIM技術的優勢與應用。

【關鍵詞】BIM；參數化；三維信息模型；建筑設計

一、引言

上世紀60年代，CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）誕生于麻省理工學院，但由于計算機發展水平的限制，只有美國通用汽車及波音使用。隨著小型計算機費用的下降及PC的應用，在上世紀70～80年代，CAD得到了迅速發展，美國Autodesk公司也在當時發展壯大起來。CAD的發展，為建筑工程行業人機交互設計提供了平臺，同時終結了手工繪圖的時代，這普遍被稱為建筑工程行業第一次革命，即“甩圖板”計劃。

BIM是Building Information Modeling（建筑信息模型）的簡稱，是建筑工程行業的數字化建模新技術。在1975年，美國Eastman教授提出了建筑描述系統（Building Description System）的概念[1]，這是BIM的時期提法，故他也被稱作“BIM之父”。在2002年，由Laiserin提出了目前所使用的Building Information Modeling [2]，Autodesk公司也在同年采用了BIM這一名稱進行宣傳。隨后，BIM技術迅速得到全球業界的廣泛認可，計算機的快速發展為這一概念的實現提供了保障，這是一項能夠實現建筑信息集成的技術，將建筑從設計到施工，直至全壽命周期的運行，各項信息完全集中于一個三維信息模型中，Chuck Eastman教授的著作BIM Handbook [3]對BIM的根本理論和應用進行了嚴謹客觀的闡述。BIM技術將推動二維信息時代向三維信息時代的變革，這是建筑工程行業的第二次革命。

目前，BIM技術一致參數化建模特點決定其如下優勢：可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性。本文將從設計階段對BIM應用進行分析。

二、建筑方案設計

基于傳統的CAD技術，尚停留在二維信息時代，呈現出來的是平面圖、立面圖以及剖面圖等平面圖樣，需要識圖人員經過大腦處理，而形成抽象的立體模型。而BIM技術采用數字化的方式來表示建筑構件所有信息，這些數字化信息可以表達構件的屬性和行為，并支持數字化分析工作。因此，BIM技術能夠直接呈現三維數字化信息模型，直觀、具體。

建筑方案設計，是建筑師基于對設計任務書的理解、信息收集、設計條件分析，進行的創造性構思，對項目進行功能布局及外形輪廓的不斷調整，直至滿足項目文化、周邊環境、功能要求、經濟指標、技術可行等要求。建筑方案設計的過程是一個動態的圖示思維表達的過程，建筑師在此過程中常常需要根據實踐中出現的問題不斷地進行設計方案的比選、調整與優化，以尋求更好的解決方案，直至拿出最終的設計成果。BIM技術能夠將建筑方案通過數字化信息模型直接呈現在設計師面前，方案特點一目了然，無論是方案間比選，抑或是方案的調整與優化，BIM技術都具有無與倫比的優勢。除此之外，BIM技術能夠進行造型、體量及空間分析，以及能耗和建造成本分析等，使得初期方案決策更具有科學性。

三、多專業協同與優化設計

一個建筑工程設計需要多專業協同配合，首先是建筑專業對建筑的功能布局、外形及輪廓、裝修做法等進行設計，再由結構、設備（包括給水排水、暖通空調及氣專業）以及幕墻專業分別進行設計。整個設計過程涉及專業多、問題多、技術問題細致而復雜，專業間協同工作是二維設計的一大難題，往往由于各專業設計師之間溝通不到位，出現設計沖突，如暖通管線布置與梁碰撞、結構柱過大影響建筑使用、梁高過高影響建筑凈高等問題。這些沖突只有在后期進行圖紙校審過程，甚至施工階段才能發現，造成重復設計、窩工等現象。

BIM模型中所有信息可以達到一致關聯，即如果一個信息改變，所有相關信息都將隨之改變。BIM的協同性能夠極大改進建筑業在過程、專業、組織等方面割裂問題、通過提高各方面協同集成水平，突破了二維CAD僅停留在本專業、本組織間的協同。因此，基于BIM技術的設計過程，三維信息模型可以共享，并可以實時更新，一個專業進行了修改，其他專業均可以查看到最新模型，這樣專業間的溝通效率將大幅提高。即使出現了設計沖突，由于BIM模型數字化特征，可以進行協調檢查，針對設計中的“錯漏碰缺”，在設計早期進行處理，有效減少變更單數量。

四、建筑模擬分析

在建筑設計過程中，不僅需要建筑物的模型模擬，還需要進行節能模擬、緊急疏散模擬、日照模擬、熱能傳導模擬等。傳統二維設計，每種模擬需要采用專門軟件進行獨立建模與模擬，獨立建模耗費過多工作量，且模型難以達到施工圖的深度，只能近似模擬。BIM技術可以基于三維信息模型進行所需的各種模擬實驗，達到統一模型、節約時間與勞動成本。

五、出具施工圖

BIM模型不僅能繪制常規的建筑設計圖紙及構件加工的圖紙，還能通過對建筑物進行可視化展示、協調、模擬、優化，并出具各專業圖紙及深化圖紙，如綜合管線圖、綜合結構留洞圖、碰撞檢查報告和建議改進方案圖等更為實用的施工圖，使工程表達更加詳細。BIM技術如此方便的出圖能力，使得設計師耗費在施工圖階段的大量時間被解放出來，進而將更多的時間放在前期的方案及擴初設計，讓建筑工程項目的設計更加合理和科學。

六、結論

BIM技術在設計階段能夠在建筑方案設計階段、協同工作、建筑模擬分析以及出具施工圖方面都有無與倫比的優勢，較傳統二維設計過程具有突破性變革，能夠有效提高建筑設計質量和設計效率。

【參考文獻】

[1] C. Eastman， The Use of Computers Instead of Drawings， AIA Journal， 1975， 63（3）： 46–50.

[2] J. Laiserin， Comparing Pommes and Naranjas， The LaiserinLetter？， 2002， 16.

[3] C. Eastman， P. Teicholz， R. Sacks， K. Liston， BIM Handbook： A Guide to Building Information Modeling for Owners， Managers， Designers， Engineers and Contractors， Hoboken， New Jersey： John Wiley & Sons， Inc.， 2008.