BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用分析

張 麒

（山西省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

BIM 是一種具有物理屬性和功能特征的數(shù)字化模型，能夠準(zhǔn)確將建筑項(xiàng)目的相關(guān)信息資源加以整合，通過向BIM 模型中添加、提取、修改和更新模型信息，讓不同建設(shè)階段的參與者更好地把控各環(huán)節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)化對(duì)建筑項(xiàng)目細(xì)節(jié)的管理，形成對(duì)項(xiàng)目建設(shè)起指導(dǎo)作用的標(biāo)準(zhǔn)化模型。本文在分析BIM 技術(shù)用于建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)后，通過實(shí)際案例展示BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用效果。

1 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的可視化

傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)模式是在二維平臺(tái)上交換各種信息數(shù)據(jù)（如圖1 所示），建筑相關(guān)數(shù)據(jù)主要通過高度離散的二維圖紙進(jìn)行，建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣各專業(yè)設(shè)計(jì)階段相對(duì)獨(dú)立且無關(guān)聯(lián)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，易受設(shè)計(jì)師主觀感知的影響，如果理解不到位就容易出現(xiàn)對(duì)不同信息的重復(fù)釋義，增加建筑設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤率，造成各專業(yè)設(shè)計(jì)工作的重疊或交叉。

圖1 CAD二維設(shè)計(jì)圖例

基于BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模型，是建立在統(tǒng)一數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行的，能夠與建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)各種信息形成共享和互動(dòng)，通過三維的立體空間解決實(shí)際問題，提高了互聯(lián)網(wǎng)資料的可共享性。BIM 技術(shù)在傳統(tǒng)3D 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，不僅增加了可視化窗口，能夠充分利用數(shù)據(jù)信息進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，而且極大地提高了各專業(yè)數(shù)據(jù)交互過程的精準(zhǔn)性，提高建筑各階段設(shè)計(jì)的有效性，為建筑施工提供更縝密的設(shè)計(jì)參考。

1.2 提高項(xiàng)目整體管理效率

BIM 技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工的協(xié)調(diào)、成果質(zhì)量的控制、優(yōu)化施工的計(jì)劃、重大方案的模擬論證、可視化模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的指導(dǎo)，項(xiàng)目信息化管理水平的提高，都表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。在施工全過程中對(duì)深化設(shè)計(jì)、施工工藝、工程進(jìn)度、施工組織及協(xié)調(diào)配合方面運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行模擬管理，解決信息共享問題，形成工程項(xiàng)目的全生命周期數(shù)字化管理的信息模型，提高管理工作效率。

2 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)各階段中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

2.1 效果圖設(shè)計(jì)階段

建筑工程設(shè)計(jì)中，采用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)模型從二維到三維的轉(zhuǎn)變，通過數(shù)據(jù)模型展示，直觀地了解到設(shè)計(jì)方案的最終呈現(xiàn)效果。具體從樓層、軸網(wǎng)創(chuàng)建、墻、柱、門、窗、樓梯等主體構(gòu)件創(chuàng)建、附屬構(gòu)件創(chuàng)建、模型扣減功能、模型相關(guān)檢查功能等內(nèi)容，全面體現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的整體需求。較傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方案更科學(xué)、合理、可行。

2.2 施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段

傳統(tǒng)的建筑施工圖設(shè)計(jì)，通常包括建筑專業(yè)負(fù)責(zé)人、設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)人、設(shè)備專業(yè)設(shè)計(jì)師等在內(nèi)的各專業(yè)人員，這些人員通過與業(yè)主及施工專員等一線人員了解建筑結(jié)構(gòu)整體方向及設(shè)計(jì)需求，進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)方向，通過組織討論會(huì)等形式探討設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)圖紙。這種設(shè)計(jì)圖紙的方式一旦出現(xiàn)施工圖設(shè)計(jì)變更問題，則需重復(fù)上述流程，增加了施工圖設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，降低施工圖設(shè)計(jì)效率，造成了資源的浪費(fèi)。

BIM 技術(shù)的應(yīng)用有效解決了施工圖設(shè)計(jì)流程復(fù)雜化問題，只需要設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)建筑實(shí)際需求創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的管理系統(tǒng)，采用信息化手段，實(shí)現(xiàn)各模塊的有效鏈接。一旦出現(xiàn)修改設(shè)計(jì)方案的需求時(shí)，設(shè)計(jì)師可在對(duì)應(yīng)的管理系統(tǒng)界面輸入修改信息，計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)所接收的信息自行計(jì)算和修復(fù)，快速調(diào)整出完善的設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)效率，確保設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性和可行性，能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)的變更和調(diào)整，較傳統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)方式有較大優(yōu)勢(shì)。

2.3 復(fù)雜建筑形體設(shè)計(jì)階段

未引入BIM 技術(shù)之前，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)較為困難，僅通過二維設(shè)計(jì)方案難以準(zhǔn)確體現(xiàn)建筑的整體結(jié)構(gòu)形態(tài)，但引入BIM 技術(shù)后，設(shè)計(jì)師只需要將相關(guān)的數(shù)據(jù)信息輸入到對(duì)應(yīng)單元格，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)自行計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)，完成三維模型的設(shè)計(jì)，將可視化、立體化的建筑模型呈現(xiàn)出來，如圖2所示。BIM 技術(shù)能夠?qū)⒎稚⒌慕ㄖ?shù)據(jù)進(jìn)行收集、分類、整合，建立出立體化模型，設(shè)計(jì)師可從立體化模型中觀察、了解到建筑所有信息，只需要通過對(duì)個(gè)別參數(shù)的修改實(shí)現(xiàn)整個(gè)模型的完善，更高效、便捷。

圖2 BIM清晰展現(xiàn)較為復(fù)雜的建筑形體設(shè)計(jì)

2.4 不同專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)階段

建筑設(shè)計(jì)中BIM 技術(shù)的應(yīng)用需要設(shè)計(jì)師、施工人員、運(yùn)維人員等多環(huán)節(jié)的專業(yè)人員共同參與，充分將不同視角的專業(yè)意見表達(dá)出來，促進(jìn)設(shè)計(jì)效果更科學(xué)、合理、可操作。在使用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師需要關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)等，涉及到多方面的專業(yè)知識(shí)，僅靠設(shè)計(jì)師單方面的力量難以將各方面的專業(yè)知識(shí)做到疏而不漏，往往會(huì)在設(shè)計(jì)方案完成后與各部門代表組織一次溝通會(huì)，會(huì)上就設(shè)計(jì)方案進(jìn)行討論，各部門代表通過對(duì)圖紙的審核，檢查圖紙中各個(gè)設(shè)計(jì)部位有無疏漏，大大增加了設(shè)計(jì)工時(shí)。BIM 技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)的信息化，通過采用BIM技術(shù)建立出三維模型后，各專業(yè)人員可以共同觀察三維模型，一旦發(fā)現(xiàn)專業(yè)上的問題，設(shè)計(jì)師可立即在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中調(diào)整對(duì)應(yīng)參數(shù)，完善設(shè)計(jì)方案，極大程度上提高了設(shè)計(jì)效率，進(jìn)而提升整個(gè)建筑工程的建設(shè)效率。

3 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例分析

以某國際商務(wù)中心項(xiàng)目為例，從該項(xiàng)目建筑模型建立、空間功能設(shè)計(jì)、裝飾功能設(shè)計(jì)、方案確定等環(huán)節(jié)對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析，具體如下。

3.1 工程概況

該項(xiàng)目位于某沿海地區(qū)，周邊生活配套及道路管網(wǎng)建設(shè)完善，交通便利，且該項(xiàng)目處于重點(diǎn)旅游景區(qū)，具有較好的發(fā)展前景。為響應(yīng)當(dāng)?shù)睾Ｑ蠼?jīng)濟(jì)主體的發(fā)展口號(hào)，緊密結(jié)合項(xiàng)目的位置，以海岸貝殼為主要元素，突出顯示海洋主題，打造具有鮮明主題特色的城市中心項(xiàng)目。

3.2 BIM技術(shù)的具體應(yīng)用

3.2.1 模型建立

完整建筑模型的建立分為2 個(gè)環(huán)節(jié)，一是概念草圖的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，二是體量模型的創(chuàng)建環(huán)節(jié)，就該項(xiàng)目的概念草圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和體量模型創(chuàng)建環(huán)節(jié)加以分析。

（1）在項(xiàng)目的概念設(shè)計(jì)階段，由于該項(xiàng)目對(duì)周圍自然環(huán)境的要求較高，設(shè)計(jì)時(shí)可以走進(jìn)建筑周圍環(huán)境，從自然中尋找設(shè)計(jì)靈感，充分采用自然的設(shè)計(jì)手法進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，藍(lán)色的玻璃如同大海，建筑結(jié)構(gòu)中白色構(gòu)建如同浪花，建筑結(jié)構(gòu)整體看上去就像海中的礁石，千年不朽，主樓形態(tài)可以結(jié)合沙灘貝殼、砂礫等元素，構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單、純凈的建筑結(jié)構(gòu)，并繪制草圖，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的充分融合。

（2）體量模型構(gòu)建僅僅通過設(shè)計(jì)師手繪難以實(shí)現(xiàn)對(duì)整體建筑設(shè)計(jì)概念的表達(dá)，國際商務(wù)中心項(xiàng)目采用BIM 技術(shù)進(jìn)行了體量模型的建立，更清晰地展示出建筑整體的設(shè)計(jì)效果。概念性的體量模型創(chuàng)建好后，還需要依據(jù)項(xiàng)目建設(shè)任務(wù)書中的基本要求對(duì)建筑面積、功能、布局的體量關(guān)系進(jìn)行明確劃分，進(jìn)一步構(gòu)建可視化、細(xì)致化的三維立體模型，以清晰展示建筑整體設(shè)計(jì)效果。

3.2.2 空間功能設(shè)計(jì)

以國際商務(wù)中心項(xiàng)目第二階段的2 號(hào)樓為例，該樓采用了BIM 建模軟件的參數(shù)即時(shí)顯示功能和圖形處理功能，對(duì)項(xiàng)目中的功能空間分區(qū)進(jìn)行了反復(fù)的對(duì)照檢測(cè)和修正調(diào)整，最終確定了建筑主體的功能空間分布：公寓區(qū)域?yàn)楦邔铀遣糠郑诮ㄖ谋澈?cè)設(shè)置2個(gè)交通核心，實(shí)現(xiàn)海面空間利用效果的最大化，達(dá)到海面空間利用最大化的效果，樓層平面中，將公寓房間分東西兩側(cè)布置，中間為走廊，每間公寓進(jìn)深在9m 左右，空間感受良好；建筑的一二層空間作為公寓配套的公共活動(dòng)空間，健身房和咖啡廳的動(dòng)靜搭配，滿足公寓中不同喜好的人群；地下一二層為車庫和機(jī)電設(shè)備存放空間，沿街商業(yè)為配套金融和餐飲商業(yè)。

3.2.3 裝飾功能設(shè)計(jì)

以國際商務(wù)中心項(xiàng)目2 號(hào)樓為例，由于該項(xiàng)目本著“仿真渲染”的原則，為了更加真實(shí)地表現(xiàn)出項(xiàng)目的顏色及材料質(zhì)感，更好地幫助設(shè)計(jì)師將最真實(shí)的思維設(shè)計(jì)效果展示出來，為呼應(yīng)前文提到的“貝殼、礁石”等元素，通過添加豎向桿件（圖3 為豎向桿件渲染效果圖）的方式進(jìn)一步增強(qiáng)建筑的垂直感，用于表示貝殼表面的紋理。借助BIM 立體化的渲染效果，將建筑施工使用的具體材料通過三維設(shè)計(jì)的方式呈現(xiàn)出來，讓相關(guān)人員通過完整的BIM 模型就能了解到建筑的整體外形效果。

圖3 豎向桿件渲染效果圖

此外，該項(xiàng)目中除其他部位的材質(zhì)與顏色均采用BIM 技術(shù)進(jìn)行渲染外，設(shè)計(jì)師還通過與業(yè)主等參與方進(jìn)行意見溝通，以便更精準(zhǔn)、更靈活地進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)。

3.3 方案確定

該項(xiàng)目概念模型建立后，可以借助BIM 技術(shù)對(duì)前期設(shè)置的多個(gè)接口分析軟件對(duì)概念模型的面積、體型系數(shù)、建筑密度、容積率等方面的參數(shù)分析，核對(duì)相關(guān)參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求。此外，還應(yīng)對(duì)項(xiàng)目周圍的交通流線、通風(fēng)情況、日照狀況等方面的性能進(jìn)行分析，并借助BIM 技術(shù)的信息化優(yōu)勢(shì)進(jìn)行修改完善，最終確定科學(xué)、合理、直觀的建筑設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)束語

綜上所述，BIM 技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工的協(xié)調(diào)、成果質(zhì)量的控制、優(yōu)化施工的計(jì)劃、重大方案的模擬論證、可視化模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的指導(dǎo)，項(xiàng)目信息化管理水平的提高，都表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。實(shí)際案例中，將BIM 技術(shù)用于建筑設(shè)計(jì)模型的建立、空間功能的設(shè)計(jì)、裝飾功能的設(shè)計(jì)、方案的確定等環(huán)節(jié)，大大提高了設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量控制的效果。總之，BIM 技術(shù)的應(yīng)用一方面有利于節(jié)省人力和設(shè)計(jì)成本，另一方面有利于提升建筑設(shè)計(jì)效率，并提升建筑施工質(zhì)量。本文所舉案例，進(jìn)一步驗(yàn)證了BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的有效性。