基于BIM的計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)探討

唐雪靜

摘 要：隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)突飛猛進(jìn)使得信息處理和信息交換的效率大大提高，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域（Computer Aided Architectural Design，簡(jiǎn)稱(chēng)CAAD），目前處于主導(dǎo)地位的2D CAAD技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)不能滿足高速信息化社會(huì)的發(fā)展需要，中國(guó)的建筑業(yè)面臨著產(chǎn)業(yè)效率危機(jī)和向節(jié)能型綠色建筑迅速轉(zhuǎn)變而帶來(lái)的巨大壓力。飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)不僅僅使建筑設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)深度帶來(lái)了突破，同時(shí)也提供了更為先進(jìn)的軟硬件技術(shù)，而基于建筑信息模型（Building Information Model，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM）的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)建筑構(gòu)造、建筑工藝等真實(shí)建筑信息的模擬構(gòu)建一個(gè)虛擬的建筑模型，該模型可以廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、設(shè)備管理、工程量管理、成本管理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，幾乎涵蓋了建筑生命周期的全部信息。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)；建筑信息模型（BIM）；建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU201.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0102-01

1 計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

隨著信息產(chǎn)業(yè)與數(shù)字化技術(shù)的浪潮席卷全球，信息技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)給人們生活帶來(lái)了翻天覆地的變化，尤其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)作為重要工具為設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了徹底的變革。在美國(guó)多數(shù)行業(yè)的生產(chǎn)率都有很大提高，但是建筑行業(yè)的生產(chǎn)力水平在過(guò)去的四十年里落后于美國(guó)其他行業(yè)。建筑行業(yè)生產(chǎn)效率不高不僅僅是美國(guó)的問(wèn)題，而是一個(gè)在全球范圍存在的普遍問(wèn)題。

目前計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為了建筑師們的主要涉及工具，工作效率對(duì)比傳統(tǒng)的手繪方式有明顯的提高，不僅把建筑師從紛繁復(fù)雜的制圖工作中解脫出來(lái)，改變了建筑師傳統(tǒng)的工作方法，提高了他們的工作效率和工作精度。但從建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的客戶要求角度來(lái)看，需要建筑師們?cè)诟痰臅r(shí)間內(nèi)提供更好的設(shè)計(jì)，希望更少的投資得到更多的回報(bào)；從社會(huì)的角度來(lái)說(shuō)，對(duì)建筑功能的要求越來(lái)越高，要求建筑產(chǎn)品綜合性強(qiáng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)給設(shè)計(jì)師提供了更先進(jìn)的工具，加強(qiáng)了設(shè)計(jì)深度與精度，從最開(kāi)始的輔助成圖功能，逐步發(fā)展為虛擬模型、協(xié)同設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。設(shè)計(jì)師們也逐步認(rèn)識(shí)到2D CAAD系統(tǒng)的不足，更多的開(kāi)始運(yùn)用3D CAAD系統(tǒng)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，在3D CAAD技術(shù)中，BIM技術(shù)是目前最新型最高效的計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)[1]。

1.1 國(guó)外BIM技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

雖然在早在上個(gè)世紀(jì)八十年代中期，匈牙利公司就已經(jīng)推出并提出了BIM技術(shù)為核心的虛擬建筑設(shè)計(jì)理念，但由于當(dāng)時(shí)落后的計(jì)算機(jī)軟件、硬件水平，BIM技術(shù)并未得到推廣應(yīng)用。到上個(gè)世紀(jì)的九十年代，通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的深入研究和在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不斷推廣，特別是芬蘭、德國(guó)等國(guó)家，BIM軟件的應(yīng)用率已經(jīng)達(dá)到六成以上。但BIM技術(shù)在國(guó)際上仍是一個(gè)新興的學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，只有在最近十幾年，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異的發(fā)展，BIM技術(shù)才得以在建筑行業(yè)的廣泛使用。

1.2 國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)的BIM技術(shù)尚屬起步階段，國(guó)內(nèi)首個(gè)建筑生命周期管理實(shí)驗(yàn)室在2004年的哈工大成立，隨后清華、同濟(jì)等大學(xué)也先后成立了實(shí)驗(yàn)室。在建筑設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)的模型構(gòu)建開(kāi)始取代2D CAAD技術(shù)，成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的主導(dǎo)，并將進(jìn)一步應(yīng)用到建筑生命周期管理中去。我國(guó)的建筑業(yè)不僅僅面臨世界建筑業(yè)的行業(yè)效率危機(jī)，同時(shí)也面對(duì)著建筑向綠色建筑、節(jié)能建筑轉(zhuǎn)型的壓力，本文從BIM技術(shù)角度出發(fā)，進(jìn)行系統(tǒng)的研究和闡述，希望對(duì)今后BIM技術(shù)在輔助建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用起到指導(dǎo)作用[2]。

1.3 BIM技術(shù)的具體應(yīng)用問(wèn)題

如何在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中將BIM技術(shù)與虛擬能耗模型相結(jié)合，把綠色建筑設(shè)計(jì)、節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，使建筑師能夠更方便、高效的模擬能耗分析，在建筑設(shè)計(jì)階段更準(zhǔn)確的分析預(yù)期能耗標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)

綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程設(shè)計(jì)方法，把人類(lèi)的邏輯思維能力、聯(lián)想能力、創(chuàng)造能力與計(jì)算機(jī)高速計(jì)算與存儲(chǔ)的能力結(jié)合起來(lái)，利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能、圖形處理功能、數(shù)據(jù)處理功能，輔助設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析與計(jì)算機(jī)軟件和硬件發(fā)展水平息息相關(guān)的一門(mén)新型技術(shù)。很多設(shè)計(jì)公司在運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)之后，提高了工作效率兩到三倍，減少了80%的設(shè)計(jì)修改工作量，提高了繪圖質(zhì)量，改善了工作環(huán)境，是擁有巨大生產(chǎn)潛力的一項(xiàng)技術(shù)[3]。設(shè)計(jì)師通過(guò)該技術(shù)擺脫了繁瑣、龐大、低效的手繪工作，以計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)為代表的新技術(shù)改良不僅僅促進(jìn)了計(jì)算機(jī)本身性能的不斷提高，也影響了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)行業(yè)模式，給建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大影響和利益。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用及前景

（1）建筑信息模型（Building Information Model）簡(jiǎn)稱(chēng)BIM是三十年前美國(guó)喬治亞技術(shù)學(xué)院查克·伊斯曼博士提出的，BIM技術(shù)對(duì)建筑進(jìn)行數(shù)字描述，綜合了幾何模型信息、功能信息、構(gòu)建性能、施工進(jìn)度、建造過(guò)程、維護(hù)管理等多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，BIM技術(shù)將這些信息和數(shù)據(jù)從制圖階段拓展到建筑各種信息的創(chuàng)建和管理層面，是多個(gè)學(xué)科之間的相互協(xié)調(diào)，可用于建筑方案設(shè)計(jì)、施工圖繪制、建筑構(gòu)件分析等多個(gè)層面，是一種存儲(chǔ)了完整的建筑信息的最新技術(shù)[4]。（2）BIM技術(shù)不是簡(jiǎn)單的針對(duì)點(diǎn)、線、面等幾何對(duì)象的圖形繪制工具，而是具體的墻體、門(mén)窗等建筑構(gòu)件，修改過(guò)程也不單單是毫無(wú)關(guān)聯(lián)的點(diǎn)、線、面圖像，而是多個(gè)建筑構(gòu)件組成的整體建筑物[5]。（3）BIM技術(shù)的特征：近些年國(guó)際上很多軟件開(kāi)發(fā)公司都致力于完善和升級(jí)BIM軟件，雖然名稱(chēng)不盡相同，但是由參數(shù)定義構(gòu)件、即時(shí)顯示和編輯三維參數(shù)模型、整合的數(shù)據(jù)報(bào)告方式等總體特征都是相似的。在BIM系統(tǒng)中，建筑構(gòu)件對(duì)象化、數(shù)字化，通過(guò)編碼和一系列預(yù)先定義好的參數(shù)來(lái)描述和模擬真實(shí)建筑構(gòu)件的屬性。例如在設(shè)計(jì)承重墻時(shí)，承重墻不僅僅包括長(zhǎng)寬高，同時(shí)還包括墻體材料、墻體保溫新能、墻體處理工藝、墻體造價(jià)等多個(gè)參數(shù)，要求建筑模型既能進(jìn)行傳統(tǒng)的二維平面表達(dá)，同時(shí)也能夠進(jìn)行效果圖、動(dòng)畫(huà)等三維立體動(dòng)態(tài)顯示，無(wú)論哪種顯示都要在對(duì)建筑信息模型進(jìn)行編輯、修改、存儲(chǔ)時(shí)保持高度的相關(guān)性和一致性，并且能夠進(jìn)行完整、系統(tǒng)、實(shí)時(shí)修改和編輯，對(duì)虛擬模型的任何編輯和修改都要能夠全面準(zhǔn)確的反應(yīng)在表格中，實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)同工作[6]。（4）目前BIM技術(shù)可以讓建筑行業(yè)節(jié)省更多的時(shí)間成本、資金成本、提高效率、提高精度、減少人為操作失誤，通過(guò)多學(xué)科互動(dòng)，用戶界面更為清晰，通過(guò)一個(gè)模型的構(gòu)建可以自動(dòng)生成平面、剖面、立面等效果。并可以自動(dòng)生成材料清單、工程量、效果圖、動(dòng)畫(huà)等，實(shí)現(xiàn)20多種數(shù)據(jù)格式之間的相互轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞，應(yīng)用前景非常廣泛。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑行業(yè)整體效率水平有待提高，目前的計(jì)算輔助建筑設(shè)計(jì)無(wú)法滿足信息化社會(huì)的需要，同時(shí)也無(wú)法滿足設(shè)計(jì)師的想象力和創(chuàng)作力，設(shè)計(jì)修改過(guò)程繁瑣而復(fù)雜，效果圖與設(shè)計(jì)圖不一致，很大程度上阻礙了我國(guó)建筑設(shè)計(jì)水平的提高。針對(duì)這些問(wèn)題，BIM技術(shù)恰恰可以提供有效的解決方法，應(yīng)用BIM技術(shù)，建筑設(shè)計(jì)師們可以通過(guò)在構(gòu)建的虛擬模型中包含大量設(shè)計(jì)信息，例如材料信息、結(jié)構(gòu)信息、構(gòu)件信息，這些原本需要設(shè)計(jì)師花費(fèi)大量時(shí)間和精力的工作，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)、高效、精準(zhǔn)的完成，BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用中擁有廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

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