淺談BIM與CAD在建筑工程制圖中的聯(lián)系與區(qū)別

□ 劉 聃 鹿 毅

1??CAD技術(shù)

CAD（Computer Aided Design）技術(shù)即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，通過計(jì)算機(jī)軟件及圖形設(shè)備輔助設(shè)計(jì)人員完成建筑物的二維平面的建立、修改、分析或優(yōu)化。CAD解決了手工繪制和手工修改圖紙時(shí)容易出錯(cuò)的問題，同時(shí)將CAD圖形運(yùn)行在建筑所涉及的各專業(yè)中交叉循環(huán)利用，更好地滿足建筑市場需求，節(jié)省了設(shè)計(jì)成本、有效提高了效率。CAD計(jì)算機(jī)輔助繪制代替了傳統(tǒng)手工繪圖，使設(shè)計(jì)更加便捷、有效，大大提升工作效率，在工程繪制圖領(lǐng)域中產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

2??BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)即建立建筑信息模型，主要通過采集建筑工程項(xiàng)目中的各種相關(guān)工程信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行建筑模型的三維圖像建立，并運(yùn)用信息數(shù)字化的三維幾何建模方式呈現(xiàn)建筑物的實(shí)際狀況[1]。建立的建筑三維立體模型能夠保持信息的完備性、關(guān)聯(lián)性、一致性等性能特征，擁有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等5大應(yīng)用表現(xiàn)特點(diǎn)。建筑三維立體模型通過將工程項(xiàng)目中從設(shè)計(jì)到施工運(yùn)營整個(gè)過程所含有的數(shù)字信息、功能要求和性能等建筑信息整合集成，將數(shù)字信息化管理應(yīng)用于整個(gè)建筑項(xiàng)目全生命周期中。BIM技術(shù)通過連接工程項(xiàng)目在不同階段產(chǎn)生和需要的數(shù)據(jù)，在項(xiàng)目的全生命周期中對項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工及后期的運(yùn)行和維護(hù)等過程施行數(shù)字化信息集成綜合管理。BIM除了對采集的信息集成綜合管理外，還可以創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)以及對項(xiàng)目全生命周期的動態(tài)信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享[2]。BIM技術(shù)是在CAD計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)上的技術(shù)延伸和發(fā)展，使工程技術(shù)人員準(zhǔn)確高效地識別項(xiàng)目各項(xiàng)信息，協(xié)同建筑設(shè)計(jì)方、施工方及運(yùn)營方等部門在建筑全生命周期中有效做功，增強(qiáng)建筑的靈活性和可變性，提高建筑的使用效率，降低生產(chǎn)和運(yùn)營成本。

3??聯(lián)系與區(qū)別

CAD技術(shù)與BIM技術(shù)運(yùn)用在建筑物的工程制圖中既有聯(lián)系又有區(qū)別。建筑物的圖紙主要通過繪制的平面圖、立面圖和剖面圖等多個(gè)部位示圖全面展現(xiàn)建筑物的立體狀態(tài)。在CAD技術(shù)時(shí)期，設(shè)計(jì)人員運(yùn)用點(diǎn)、線、面的組成，分別體現(xiàn)建筑物的有形構(gòu)造；但是CAD繪制的圖像屬于二維平面圖像，與傳統(tǒng)手工繪制的圖像相比，雖然能夠有效地降低勞動強(qiáng)度，減少對圖時(shí)硫酸圖紙反復(fù)重疊帶來的失誤率；但卻不能對圖像進(jìn)行直觀呈現(xiàn)，容易在施工人員識別圖像信息的過程中，因?yàn)槿藛T專業(yè)水平的不同，而令識別的圖紙信息與施工實(shí)際操作的過程存在一定的誤差。另外，運(yùn)用CAD技術(shù)繪制的工程二維平面圖也容易出現(xiàn)線條繁多而雜亂的情況，不能全方位清晰展示，須通過3個(gè)部位視圖才能全面表述。而BIM時(shí)期，運(yùn)用BIM技術(shù)繪制的工程圖則可以通過三維建模的立體形式，形象充分展現(xiàn)建筑的設(shè)計(jì)狀態(tài)，獲得建筑物不同角度的視圖。

因此，當(dāng)只需要建筑物的平面、立面和剖面二維圖像時(shí)，CAD與BIM二者之間區(qū)別不明顯；如建筑物的信息或是位置等相關(guān)數(shù)據(jù)需要改變時(shí)，CAD就只能通過更改已有的平面圖、立面圖和剖面圖等相關(guān)能體現(xiàn)建筑物狀態(tài)的圖紙，以及統(tǒng)計(jì)關(guān)于建筑數(shù)據(jù)信息的文件。實(shí)際操作中除了更改數(shù)據(jù)外，還需要重新計(jì)算建筑物的其他相關(guān)數(shù)據(jù)。該技術(shù)方法會導(dǎo)致項(xiàng)目建造時(shí)間延長，耽誤工期，增加建造成本。而采用BIM技術(shù)則只需在建立的三維建筑模型中更改相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，就可以完成對整個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息的更新，從而減少了工程技術(shù)人員的勞動強(qiáng)度，降低了失誤率，將因變動對后續(xù)工作的影響減小，從而提高工作效率。另外，BIM技術(shù)還能保證施工人員在識別圖像信息的過程中，不會因?yàn)槿藛T專業(yè)技術(shù)水平的不同而影響建筑物的實(shí)際施工，導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖紙所呈現(xiàn)的與實(shí)際施工效果間的差距。綜上所述，不難看出運(yùn)用BIM技術(shù)繪制的工程圖更能符合現(xiàn)代智能建筑發(fā)展的要求，達(dá)到建筑施工高品質(zhì)、高效率、低損耗的目的。

圖1 建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展演進(jìn)

如圖1所示，BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)方面的推廣運(yùn)用被譽(yù)為建筑設(shè)計(jì)的第二次革命，是繼CAD技術(shù)之后的又一次創(chuàng)新與突破。BIM建立的模型與CAD繪制的二維圖紙不同，擁有三維、四維（空間+時(shí)間）等更多維度的設(shè)計(jì)。二者之間的對比詳情見表1所示：

與傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)相比較，BIM技術(shù)除了創(chuàng)立三維的立體空間以外，還增加了時(shí)間的維度。這就為建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工帶來了可控和便利。

（1）全生命周期

BIM技術(shù)通過對采集的數(shù)字信息進(jìn)行集成，仿真模擬建筑物的真實(shí)狀態(tài)。BIM技術(shù)可以對建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營協(xié)調(diào)等階段進(jìn)行模擬和共享，以便使項(xiàng)目各方能充分及時(shí)了解現(xiàn)場施工的實(shí)時(shí)情況、工期的完成進(jìn)度、項(xiàng)目成本的管控情況和環(huán)境保護(hù)措施的實(shí)施情況等項(xiàng)目基本信息[3]，促使項(xiàng)目參與者之間的溝通更簡捷有效。

（2）可視化

BIM技術(shù)用三維立體實(shí)物圖的形式將線條式構(gòu)件之間所產(chǎn)生的互動性和反饋性展示出來，避免因施工人員專業(yè)能力的問題導(dǎo)致對建筑物實(shí)際效果理解上的差異，掃清認(rèn)知上的障礙。另外，在建筑項(xiàng)目的整個(gè)生命周期中，可通過BIM技術(shù)的可視化進(jìn)行溝通和討論。

（3）協(xié)調(diào)化

從建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)到施工過程，無論是設(shè)計(jì)施工單位還是業(yè)主之間都需要相互溝通協(xié)調(diào)，從而找出問題的原因并提出相應(yīng)的措施。但在CAD二維設(shè)計(jì)中，各專業(yè)設(shè)計(jì)師與施工人員之間無法做到實(shí)時(shí)溝通與協(xié)同，很多問題都是在出現(xiàn)以后才尋求解決方案。然而，BIM技術(shù)則可以提前模擬出可能產(chǎn)生的問題，幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行修改，協(xié)同設(shè)計(jì)師與施工人員的工作，避免實(shí)際施工操作中出現(xiàn)的沖突問題。同時(shí)BIM技術(shù)還可以幫助電梯井、防火區(qū)與地下排水等布置與其他設(shè)計(jì)布置的協(xié)調(diào)問題，將問題前置化，有效節(jié)約人力、財(cái)力和時(shí)間。

（4）模擬與優(yōu)化

BIM技術(shù)可在設(shè)計(jì)、施工以及后期的運(yùn)營階段進(jìn)行多方位的模擬。如在設(shè)計(jì)階段的節(jié)能、日照、緊急疏散等模擬；在施工實(shí)施階段的施工進(jìn)度和成本控制的模擬，以及在運(yùn)營階段建筑物投入使用后各種日常及緊急情況的處理模擬等。事實(shí)上，信息的完整性、復(fù)雜性都影響著項(xiàng)目的優(yōu)化效果，而BIM技術(shù)則將掌握的信息運(yùn)行貫穿到建筑項(xiàng)目中，做出更有利于項(xiàng)目發(fā)展的優(yōu)化方案，方便項(xiàng)目的各項(xiàng)管理。對于業(yè)主、設(shè)計(jì)方和施工方而言，BIM技術(shù)能夠?qū)?fù)雜的問題簡單化、讓成本管控更精確化、讓項(xiàng)目方案更優(yōu)化。

表1 BIM技術(shù)較二維CAD技術(shù)的優(yōu)勢

4??結(jié)語

目前BIM技術(shù)正在國內(nèi)外建筑行業(yè)中飛速發(fā)展，國內(nèi)許多大型建筑項(xiàng)目開始應(yīng)用BIM技術(shù)。BIM與CAD相比較，BIM更注重在施工設(shè)計(jì)中對圖紙的整合和模擬施工過程，從而優(yōu)化整個(gè)建筑項(xiàng)目，保障項(xiàng)目工期的進(jìn)度[4]。但是，國內(nèi)的BIM技術(shù)還未普及，許多建筑項(xiàng)目面臨著項(xiàng)目分散、人員工作移動性強(qiáng)、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜等問題，嚴(yán)重制約了BIM信息化的推廣應(yīng)用；建筑工程項(xiàng)目如果要全程采用BIM技術(shù)，那么將要求使用者能夠熟練操作使用設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營等階段的十多款相關(guān)軟件[5]。另外，BIM系統(tǒng)中還需要具備能夠存儲海量項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)的能力。因此，BIM技術(shù)受國內(nèi)軟硬件環(huán)境的影響，現(xiàn)還停留在建筑設(shè)計(jì)的初步階段。隨著通信信息技術(shù)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)逐步完善，并最終將取代CAD技術(shù)，引領(lǐng)建筑行業(yè)進(jìn)入智能建筑的時(shí)代。