BIM技術(shù)在計算機(jī)輔助建筑設(shè)計中的應(yīng)用初探

廣東中人工程設(shè)計有限公司

摘要：建筑信息模型（Building Information Model，簡稱BIM）技術(shù)是一種利用計算機(jī)進(jìn)行輔助建筑設(shè)計時，直接對帶有特性屬性及信息的構(gòu)件進(jìn)行操作的技術(shù)。區(qū)別于傳統(tǒng)的CAD設(shè)計需要通過線條的增減來模擬建筑設(shè)計，BIM技術(shù)包括了龐大的建筑設(shè)計數(shù)據(jù)庫，具有建筑設(shè)計、構(gòu)件設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等功能，在建筑設(shè)計中發(fā)揮重大的作用。本文從建筑設(shè)計的角度出發(fā)介紹BIM技術(shù)在其中的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：BIM技術(shù)；建筑設(shè)計；應(yīng)用

1、前言

BIM技術(shù)秉承著“虛擬建筑”設(shè)計的理念，替代傳統(tǒng)的2D CAAD已經(jīng)逐步成為計算機(jī)輔助設(shè)計的重要手段，也已經(jīng)得到世界各國研究學(xué)者和行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可。而目前在我國，BIM技術(shù)尚處于剛剛起步的研究和應(yīng)用階段，對BIM技術(shù)在計算機(jī)輔助建筑設(shè)計中的應(yīng)用還存有很大的不足，故此本文簡要探究其應(yīng)用特點。

2、BIM技術(shù)在“模擬建筑”設(shè)計中的優(yōu)點

傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的設(shè)計中存在很多弊端，例如設(shè)計圖紙和繪制圖紙需要耗費大量的人力和資源、設(shè)計不合理以及缺乏直觀的交流。而BIM技術(shù)可以直接建立虛擬三維建筑模型，生產(chǎn)圖紙和圖表文檔。通過直接設(shè)計三維結(jié)構(gòu)來縮短設(shè)計圖紙的時間、提高設(shè)計質(zhì)量和效率。

2.1實現(xiàn)“模擬建筑”

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計通過平面圖紙來表達(dá)，然后采用建模渲染得到效果圖。建筑設(shè)計師的設(shè)計圖紙可能和最終的效果圖存在各種差異而難以完善和彌補(bǔ)。而BIM技術(shù)可以讓建筑設(shè)計師輕松建立虛擬三維建筑模型，可以從多角度、多方位直觀的感受到建筑外形、內(nèi)部空間、結(jié)構(gòu)設(shè)計等效果。在模擬建筑模型的設(shè)計中創(chuàng)作出來“所見即所得”的效果圖，可以有效的對比多種設(shè)計結(jié)構(gòu)之間的差異。這個優(yōu)勢可以大大的減少設(shè)計人員的工作量，降低設(shè)計時間并且擁有直觀感受后，可以充分發(fā)揮出設(shè)計人員的想象力和創(chuàng)造力。通過此也可以讓非專業(yè)人員直接感受到建筑內(nèi)外部的空間結(jié)構(gòu)和效果圖，讓業(yè)主、建筑方、設(shè)計方都可以參與其中。

2.2圖紙和圖表及文檔的自動生成

在傳統(tǒng)的2D CAD設(shè)計環(huán)境下，建筑設(shè)計師需要繪制大量的圖紙，然后從平面圖開始經(jīng)過剖面、立面。發(fā)揮空間想象力在對圖紙進(jìn)行更改，這是一個繁雜冗余的工作，占用的設(shè)計師大量的時間和精力卻不一定有好的結(jié)果。而BIM技術(shù)可以徹底改變這樣的工作方式，虛擬建筑的核心不在是大量的圖紙和文檔說明，而是直觀的三維模型，設(shè)計出合適的、滿足要求的三維模型后，圖紙和文檔會直接從三維模型中生成。無論是剖面圖、立面圖還是平面圖甚至是效果圖等，設(shè)計師都可以再完成虛擬模型設(shè)計后利用BIM技術(shù)自動生成，不在需要大量的時間來想象和更改復(fù)雜的參數(shù)。同樣的對模型的直接修改都會直觀的反應(yīng)到整個建筑設(shè)計中，在任意視圖中的修改都會在其他視圖中自動更新，隨著設(shè)計上的修改而實時更新，這也大幅度的減輕了設(shè)計師的工作量，提高其工作效率。

2.3高級分析能力

BIM在虛擬環(huán)境下建立的模型會有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)錄入來對整個虛擬模型進(jìn)行全面構(gòu)建，在設(shè)計過程中設(shè)計師可以把控每一個細(xì)節(jié)和構(gòu)件，全方位的觀測整體效果。除此以外，BIM技術(shù)還可以對模擬建筑中的非圖形信息進(jìn)行提取，分析，倒入到模擬軟件中，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、熱力性能分析、安全檢驗、能量分析等。把大量的數(shù)據(jù)分析過程交由計算機(jī)系統(tǒng)來完成，可以保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也可以降低設(shè)計師的工作量。

3、BIM技術(shù)在計算機(jī)輔助建筑設(shè)計中的應(yīng)用

3.1BIM技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

綠色建筑提倡節(jié)能環(huán)保，節(jié)能建筑的設(shè)計對于設(shè)計師來說需要各方面的支持，也是對設(shè)計師的一項巨大挑戰(zhàn)，節(jié)能建筑的設(shè)計重要的方面就是降低建筑物能耗。建筑物能耗主要是建筑的造型、方位和結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的，這也是決定建筑物與外部環(huán)境的能量交換、通風(fēng)狀況、采光水平，這些決定了建筑能耗的三分之二以上。不同的建筑設(shè)計會有巨大的能耗差異，因此對建筑能耗起決定性作用的是建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)。這就要求設(shè)計師必須在設(shè)計階段就要引入節(jié)能綠色環(huán)保的概念，提高建筑物節(jié)能技術(shù)。BIM技術(shù)正是可以解決這種是輔助建筑設(shè)計的基礎(chǔ)，利用計算機(jī)技術(shù)可以讓設(shè)計師在設(shè)計階段對模擬建筑的能源消耗和生態(tài)進(jìn)行計算和測評，得到關(guān)于節(jié)能信息的反饋從而進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。BIM技術(shù)可以在設(shè)計時導(dǎo)入材料性能、屬性、結(jié)構(gòu)幾何信息等，然后將模型導(dǎo)入到能量分析軟件中即可以完成能量消耗分析這一過程。

3.2BIM技術(shù)在建筑中的光照分析

日照間距在建筑物的審核過程中是重要的衡量指標(biāo)之一，也是整體規(guī)劃的主要參考標(biāo)準(zhǔn)。尤其是不斷增加的高層和超高層建筑帶來的光照不足問題已經(jīng)日益嚴(yán)峻。出來對整體規(guī)劃作出改變外，改進(jìn)光照分析也是可行措施之一。在利用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬建筑構(gòu)造后，可以動態(tài)的模擬每天的日出日落與陰影遮蔽情況，以此來分析建筑之間的遮擋、建筑物與周圍環(huán)境的影響等。實時動態(tài)的分析更可以在模擬建筑中顯出出來光照變化、強(qiáng)度、范圍、角度等生成動畫形式以供參考。同時，由于光照對建筑物引起的過度暴曬問題也可以得到解決，除了遮蔽和反射的因素外，照射到建筑物上的日光能量可以具體的反應(yīng)出來，以此確定建筑物在各個角度上的日光輻射量，減少日光暴曬度。更有甚者可以利用此來建立太陽能吸收裝置來轉(zhuǎn)化能量，實現(xiàn)綠色環(huán)保的概念。

3.3其他模擬分析

BIM技術(shù)還可以用在熱量分析中，設(shè)置建筑物的位置區(qū)域、時間可以得到熱量分部曲線、衰減增益效果、通風(fēng)增益、內(nèi)部環(huán)境增益等。利用對光照的分析，設(shè)計師還可以對建筑物內(nèi)部空間照明不足的地方進(jìn)行人工光源設(shè)置，直觀的看到白天和夜間的照明效果圖，有利于對照明方案的設(shè)計。對聲音的分析也可以在BIM技術(shù)的支持一下得到解決，同樣利用能量分析軟件設(shè)定好聲源，區(qū)域后利用聲波的特性進(jìn)行聲音分析，回響、混響等結(jié)果可以一目了然，隔音、傳播聲音的強(qiáng)度等也可以呈現(xiàn)給設(shè)計師以供參考。

4、BIM技術(shù)在其他軟件中的應(yīng)用

BIM技術(shù)還具有一個最大的優(yōu)勢就可以和其他軟件結(jié)合進(jìn)行精確分析。例如紐約自由塔在設(shè)計時中用到的BIM技術(shù)和EnergyPlus軟件結(jié)合進(jìn)行最佳自然采光的設(shè)計和能量分析，確定了自由塔具有褶皺狀的外表結(jié)構(gòu)，和扭曲上升的建筑結(jié)構(gòu)。還在自由塔的上方安裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，利用高層建筑高處的風(fēng)力能量進(jìn)行發(fā)電供給給建筑內(nèi)使用。BIM技術(shù)和CFD（Computational Fluid Dynaminc，計算流體動力學(xué)）的結(jié)合使設(shè)計師可以避免手動輸入CFD軟件中要求的各種邊界條件、流體性能、軟件模型等。利用BIM技術(shù)創(chuàng)建的虛擬模型通過IFC數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入到CFD后，可以直省去上述步驟，讓設(shè)計師可以對室內(nèi)外空氣流動狀況進(jìn)行分析。同樣還可以對整體規(guī)劃中的熱環(huán)境、流體環(huán)境進(jìn)行模擬，對內(nèi)部的建筑物在空氣流動性和熱環(huán)境得到改善。

5、結(jié)論

本文在BIM技術(shù)的應(yīng)用探討上，介紹了BIM技術(shù)在計算機(jī)輔助建筑設(shè)計中的應(yīng)用。利用BIM技術(shù)可以在設(shè)計環(huán)節(jié)建立模擬建筑來進(jìn)行大量的研究分析，包括幾何結(jié)構(gòu)、材料、構(gòu)件等，原本需要耗費大量時間的工作如今可以通過計算機(jī)來輔助完成。還可以通過BIM技術(shù)與其他軟件的結(jié)合來進(jìn)行其他領(lǐng)域的分析，例如環(huán)境保護(hù)、暖通工程等。這也大大的提高了工程師的工作效率。BIM技術(shù)在模擬建筑設(shè)計中已經(jīng)越來越重要，應(yīng)用越來越廣泛，這是以后建筑設(shè)計發(fā)展的一項重要科技。

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