二維CAD與三維BIM設計對比分析

安 瑩

（西安海棠職業學院 陜西 西安 710038）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的概念最早是美國的喬治亞理工大學的查克伊士曼學者明明和提出的。BIM的定義為：“建筑信息模型是基于建筑項目中的整個周期內的全部幾何特征以及相關功能需求及構件的各種信息匯總到一套獨立的模型中。這套模型同時還是整個建筑項目的施工進度以及建造過程中的過程信息載體”[1]。

目前我國建筑工業標準《建筑對象數字化標準》對于BIM模型的定義是：建筑信息的完整、協調的組織架構，通過基于計算機的相關程序進行各種操作從而使得建筑信息能夠使用工業標準語言來詮釋和表達各種建筑設施的物理和功能特性，同時也能詮釋建筑的各種信息和其生命周期的信息[2]。

信息就是BIM的核心，建立一個完整的BIM模型，需要所有基于建筑項目生命全周期的各種數據、過程以及資源[3]，同時BIM模型可以清楚、完整地對工程項目本身進行描述和解釋。

2 二維CAD與三維BIM設計對比分析

2.1 傳統二維CAD設計的缺陷

（1）二維模型很難直觀地反應出設計的效果，只能通過平面的設計形象來反應設計對象，最簡單的問題就是建筑平面圖中，墻體用兩條平行粗實線表示即可，無法真實展現墻體。

（2）無法承載數字化建筑信息：CAD設計模式只能加入非常少的數字信息，而信息和信息間也會存在各種沖突，對整個設計造成干擾。另外，由于大量不同時期的信息的出現，不僅會出現數據間的沖突，也很容易導致數據間出現錯誤或紕漏，而且基于二維的模型也無法較好的演示構件的空間拓撲關系。

（3）割裂各工種：一個成功的建筑工程需要建筑、結構、水暖電，以及數據、通訊、安全等各專業配合共同來完成。在二維CAD設計中，對于不同專業的分工雖然有著很明確的界定，但是對于不同分工的合作，則很容易出現問題。最典型的問題就是，在二維環境中，雖然局部的圖紙信息和資料都正確，但是如果匯總到一起，就會出現各種各樣的問題，銜接、接口的各種沖突和不匹配，從而導致出現“對不上圖”的問題。即便是各個專業的工程人員參與到整體的拼接上，依然會導致各種問題的存在[4-5]。

（4）優化成本高：在傳統工作模式中，如果指定多種優化方案，每個優化方案都需要經過大量的計算和分析，花費、時間精力巨大，會提高優化成本，弱化優化效果。

（5）工程計算部分難以完成：基于二維環境中，對于成本預算、施工進度安排以及管道流量等那些計算量多的工程設計，會有很大的問題和困難。由于二維設計的各種數據和圖表都是相互獨立的，因此在計算這些跨專業的計算會產生很多問題。比如電氣、建筑專業的數據就很難聯系在一起，只能是每個專業人員共同參與，這必然會造成大量人力的浪費，在實踐上也會花費更多的時間，而且也會存在很多出錯的現象。

（6）改圖工作量大：在基于二維設計環境中，由于圖元之間是完全獨立的，所以在設計過程中，尤其是整體設計中，就會造成設計的效率低下[3]。而且在CAD設計中，都是通過點、線、面來進行設計表達的，而對于設計對象的相關屬性則是使用文字進行標注的，由于不同的設計人員的設計特定不同，也導致了設計過程中的統一性相對較差。在對某個設計對象進行修改時，需要將對應圖元一一修改，工作量巨大，并且修改過程中容易漏改或改錯。

2.2 三維BIM設計的優勢

BIM引領了計算機輔助設計領域繼CAD第一次革命之后的第二次革命。BIM技術主要是以建筑行業為服務對象，并且BIM技術可以覆蓋整個建筑工程的生命周期中的各個階段，而且BIM技術基于3D技術，能夠集成幾乎所有的建筑工程所需要用到的各種數據和信息。在BIM技術中，核心就是信息的有效使用，通過信息的使用，就可以將BIM技術中的所有建筑項目的各個部分有效的聯系在一起，并且這些部分的各種數據和信息在BIM的3D模型中都可以實現數據共享。在3D模型的設計環境中，不同的工種都可以通過一定的設計原則和設計流程按部就班的進行有序工作，而且對于信息模型而言，也具有很強的兼容性和跨平臺的適用性，可以在其他的BIM平臺中無縫銜接，工程人員可不斷對信息模型進行分析與優化。需要工程出圖時，無需另外繪制圖紙，在三維模型中選取所需位置即可。

同傳統的2D設計模型相比，3D BIM模型具有以下優勢。

（1）面向對象設計，并且設計過程直觀化、可視化。由于在3D設計環境中，并不是2D設計中那種通過點、線、面的構圖來表示設計對象的設計方法，而完全是采用了構件進行表示。比如在2D的設計中，都是通過不同顏色的線條表示不同的管道，但是在3D的設計環境中，管道都是通過數字化渲染的圓管進行表示，從而使得設計效果更加接近現實，也更容易體現出設計的思想和設計理念。由于在3D設計環境中，所有的設計、施工以及管理都是通過可視化進行管理，因此很容易進行不同部門間的溝通協作。

（2）協同設計：由于3D設計是基于面向對象的設計方法，因此在設計的過程中，設計人員在設計內容都受到實體對象的限制，當各專業設計人員在同一個設計平臺協同工作時，設計人員就很容易發現問題，也能夠第一時間進行聯系和反饋，這樣就能盡早的發現問題和解決問題，從而提升設計的流暢性和縮短設計周期。

（3）多方案對比，這樣就可以將最適合本設計的方案盡快的被提取，從而也使得整體的設計優化方案能夠通過更高效、更迅速、更高質量的方式來實現。

（4）能夠進行更復雜的設計和計算：由于BIM技術完全是基于3D數字化技術實現的，本質上就是以信息為基礎、為核心。所以在BIM的3D模型中就包括了實體信息以及模型的空間信息，還有模型的各種幾何信息，比如基礎構建的長寬高等。同時在這些信息中還帶有很多數據，通過合理使用、分析數據就可以有效的分析出各種優化方案，也可以通過各種優化方案來找出最適合的方案，比如通過BIM 3D模型就可以完成各種建筑成本的碰撞檢測優化、施工進度模擬等功能，同時也可以利用3D模型來完成各種施工用到的材料用量報表，從而為工程的施工提供必要的數據支撐。

（5）極大提升該設計質量和施工效率，有效降低施工出錯率。在BIM 3D設計環境中，尤其是在協同設計環境中，各個工種協同工作，這樣就能實現1+1＞2的效果，也能夠有效降低施工周期。不僅如此，通過BIM 3D模型的使用，也能夠使用之前已經完成的各種模型中間件，從而提升設計效率。此外，還可以通過3D模型進行不同算法的組合，來找出設計中可能存在的問題，從而第一時間加以解決，有效降低設計中的問題。而且在3D模型上，還可以在設計中對構件進行任意的設計，以及對位置、結構上的剖圖，這就能夠打造更加精確的3D模型，從而為以后的施工提供更加精準的工程數據和相關資料。

3 結語

通過對比不難發現，BIM的應用可打破業主、設計方、施工方等之間的隔閡，讓建筑的所有信息在各方之間實現信息共享，并且在設計階段的協同以及施工的一體化方面提供了巨大的幫助和支撐，因此BIM技術具有非常強大的應用前景。