建筑信息模型(BIM)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的影響分析

徐浩 張洋

長(zhǎng)久以來(lái)，由于設(shè)計(jì)工具的局限性，設(shè)計(jì)人員一直以二維的圖形文件作為傳遞信息的媒介和表達(dá)設(shè)計(jì)構(gòu)思的手段，二維的設(shè)計(jì)表達(dá)方式逐漸被作為思維模式固定下來(lái)。二維設(shè)計(jì)思維的實(shí)質(zhì)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(guò)大腦的綜合思維能力建立起完整的判斷，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要在三維的形象思維與二維的抽象思維間不斷進(jìn)行心智轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換過(guò)程不僅制約了設(shè)計(jì)人員的想象，而且也是造成設(shè)計(jì)錯(cuò)誤難以消除的根源。為了克服二維表達(dá)方式的局限性，設(shè)計(jì)人員借助于三維模型來(lái)表達(dá)構(gòu)思。在最初的階段，設(shè)計(jì)人員通過(guò)制作實(shí)體模型來(lái)作為建筑表現(xiàn)手段，但這種模型僅能滿(mǎn)足幾何形狀的要求，無(wú)法進(jìn)行更深入的分析。計(jì)算機(jī)的發(fā)展為設(shè)計(jì)人員提供了更好的平臺(tái)，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(nèi)部空間劃分與附屬的物理信息，這種模型只能用來(lái)推敲體量，無(wú)法支持精確設(shè)計(jì)構(gòu)思與設(shè)計(jì)分析。BIM具有強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)功能，不僅有助于更好地表達(dá)設(shè)計(jì)構(gòu)思，其強(qiáng)大的內(nèi)嵌數(shù)據(jù)庫(kù)可以幫助設(shè)計(jì)師直接進(jìn)行精確設(shè)計(jì)。

1 建筑信息模型概述

近些年來(lái)，建筑信息模型(BIM)無(wú)論是作為一種新的理念還是一種新的生產(chǎn)工具都得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。很多人認(rèn)為它是近幾年出現(xiàn)的新事物，但實(shí)際上，BIM的思想由來(lái)已久，早在1975年，被譽(yù)為“BIM之父”的Chuck Eastman教授就提出未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)可以對(duì)建筑物進(jìn)行智能模擬的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并將這種系統(tǒng)命名為“Building Description System”。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，BIM的研究受到CAD的沖擊，但學(xué)術(shù)界對(duì)BIM的研究并未中斷。1986年，美國(guó)學(xué)者Robert Aish提出了“Building modeling”的概念，這一概念與現(xiàn)在業(yè)內(nèi)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(kāi)發(fā)商Autodesk，Bently及Graphisoft都推出了自己的BIM軟件產(chǎn)品，并在全球多個(gè)項(xiàng)目上進(jìn)行了試用并取得了不錯(cuò)的效果[1-3］?，F(xiàn)在，BIM已不再是學(xué)者實(shí)驗(yàn)室研究的思想概念，而是變成了可以在工程實(shí)踐中解決實(shí)際問(wèn)題的生產(chǎn)工具。

2 基于BIM的設(shè)計(jì)過(guò)程的特點(diǎn)分析

1)可視化的設(shè)計(jì)過(guò)程，為建筑師提供更深的設(shè)計(jì)視野。

BIM設(shè)計(jì)軟件具備直覺(jué)式用戶(hù)體驗(yàn)的交互界面，讓設(shè)計(jì)師的抽象概念可以快速地轉(zhuǎn)換成可視化的物理模型，簡(jiǎn)言之，BIM使設(shè)計(jì)師可以用真實(shí)世界的原理來(lái)解決真實(shí)世界的問(wèn)題。設(shè)計(jì)師拋棄了傳統(tǒng)二維制圖，二維制圖對(duì)建筑形式和空間表達(dá)的束縛不復(fù)存在，設(shè)計(jì)師可以更好地發(fā)揮自己的創(chuàng)造性和想象力，利用建筑信息模型的各種實(shí)體造型模塊和工具搭建虛擬空間，實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)，研究和探索各種復(fù)雜空間成為可能[4］。可視化是設(shè)計(jì)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有力手段，可視化設(shè)計(jì)不等于在一個(gè)簡(jiǎn)單的視覺(jué)3D模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且包括了對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的控制和驗(yàn)證。針對(duì)建筑師的設(shè)計(jì)習(xí)慣，BIM設(shè)計(jì)軟件具有獨(dú)特的2D/3D混合視圖功能。3D模型和2D圖面能夠智能聯(lián)動(dòng)，更改了三維模型或二維圖紙;相對(duì)應(yīng)的二維圖紙和三維模型也會(huì)自動(dòng)更新。使用者可以自由選擇2D或3D的工作流程，或是同時(shí)在兩者上交互作業(yè)，用同一組工具建立和編輯模型，采用混合模式工作，設(shè)計(jì)師從二維設(shè)計(jì)前進(jìn)到三維設(shè)計(jì)，卻不需要承擔(dān)太大的風(fēng)險(xiǎn)與培訓(xùn)成本。

2)智能化的設(shè)計(jì)過(guò)程，保證信息的協(xié)調(diào)一致。

BIM采用的是參數(shù)化建模技術(shù)，操作的對(duì)象不再是點(diǎn)、線(xiàn)、圓這些簡(jiǎn)單的幾何對(duì)象，而是墻體、門(mén)、窗、梁、柱等建筑構(gòu)件;在屏幕上建立和修改的不再是一堆沒(méi)有建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系的點(diǎn)和線(xiàn)，而是由一個(gè)個(gè)建筑構(gòu)件組成的建筑物整體。建筑信息模型將設(shè)計(jì)模型(幾何形狀與數(shù)據(jù))與行為模型(變更管理)有效結(jié)合起來(lái)，整個(gè)建筑模型和整套設(shè)計(jì)文件是個(gè)集成的數(shù)據(jù)庫(kù)。基于BIM的設(shè)計(jì)過(guò)程就是不斷確定和修改各種建筑構(gòu)件的參數(shù)，全面采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方式。BIM軟件立足于在數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的技術(shù)上進(jìn)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(shí)時(shí)、一致的關(guān)聯(lián)[5］。CAD與BIM軟件的區(qū)別見(jiàn)圖1。

圖1 CAD與BIM軟件的本質(zhì)區(qū)別

3)連續(xù)的設(shè)計(jì)過(guò)程，一次建模，全程使用。

利用BIM可以進(jìn)行連續(xù)的設(shè)計(jì)有兩層含意:a.利用BIM可以實(shí)現(xiàn)同一專(zhuān)業(yè)內(nèi)的連續(xù)設(shè)計(jì);b.可以實(shí)現(xiàn)在不同專(zhuān)業(yè)之間的連續(xù)設(shè)計(jì)。首先以建筑設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)明BIM如何支持在同一專(zhuān)業(yè)內(nèi)的連續(xù)設(shè)計(jì)。在利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在方案設(shè)計(jì)階段，往往需要求助于一些三維建模軟件來(lái)完成方案的3D模型，在完成方案設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)師往往需要轉(zhuǎn)換到平面繪圖工具來(lái)完成施工圖設(shè)計(jì)，導(dǎo)致一些重復(fù)建模的工作，而在建筑表現(xiàn)階段做渲染效果圖或者動(dòng)畫(huà)時(shí)，又不得不脫離開(kāi)平面繪圖工具，再次在三維軟件中耗費(fèi)時(shí)間和精力重新建模。而B(niǎo)IM的設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)際上就是真實(shí)的建筑三維模型建立的過(guò)程，并且能夠?qū)δＰ偷匿秩具M(jìn)行精細(xì)控制，讓渲染效果圖和動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)成為建筑三維信息模型過(guò)程的副產(chǎn)品。由于在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用同一模型，因此可以實(shí)現(xiàn)信息的重復(fù)利用，也使得各項(xiàng)工作可以自然銜接。其次，模型中的數(shù)據(jù)能夠在跨越不同的專(zhuān)業(yè)，在建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電水暖系統(tǒng)(MEP系統(tǒng))之間交換，不同專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)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(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)，讓整個(gè)項(xiàng)目中的各參與方都能夠在擁有豐富信息的狀況下進(jìn)行工作[6，7］(見(jiàn)圖2)。信息的無(wú)縫對(duì)接避免了信息的重復(fù)輸入，減輕設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)，讓設(shè)計(jì)師可以用更多的時(shí)間來(lái)思考設(shè)計(jì)本身，提高設(shè)計(jì)的生產(chǎn)效率。

圖2 BIM支持信息在不同的專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)間無(wú)縫對(duì)接

3 結(jié)語(yǔ)

建筑信息模型是對(duì)工程項(xiàng)目信息的數(shù)字化表達(dá)，是數(shù)字技術(shù)在建筑業(yè)中的直接應(yīng)用，它代表了信息技術(shù)在建筑業(yè)中應(yīng)用的新方向[8］。BIM對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的影響是全面而深遠(yuǎn)的，說(shuō)其全面是因?yàn)樗绊懙皆O(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，說(shuō)其深遠(yuǎn)則是因?yàn)樗兏锪藗鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)方式。BIM提供的是一種更接近現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)計(jì)思維模式，它采用的是模擬現(xiàn)實(shí)世界的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)和智能化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)言之，BIM的應(yīng)用使設(shè)計(jì)師可以用真實(shí)世界的原理來(lái)解決真實(shí)世界的問(wèn)題。

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