CAD 與BIM 在建筑工程制圖中的對(duì)比分析

汪 信

（蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730300）

0 引言

現(xiàn)階段，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為我國(guó)多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域提供了重要支持。CAD 技術(shù)在建筑工程制圖中的應(yīng)用主要以人力為主，需要在多方軟件的支持下開展相應(yīng)工作。而新發(fā)展起來(lái)的BIM 技術(shù)能夠根據(jù)工程情況建立起信息化模型，幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步判斷當(dāng)前設(shè)計(jì)方案是否可行，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高工程設(shè)計(jì)水平和建設(shè)效果。因此，有必要對(duì)BIM 和CAD 的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析，提高對(duì)二者的應(yīng)用水平，促進(jìn)建筑工程的進(jìn)一步發(fā)展。

1 CAD 與BIM概述

1.1 關(guān)于CAD

CAD 技術(shù)指的是以計(jì)算機(jī)相關(guān)設(shè)備為基礎(chǔ)，在各類圖形軟件的幫助下，由設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程的實(shí)際要求進(jìn)行圖形的設(shè)計(jì)。CAD 技術(shù)主要是幫助建筑人員完成二維平面圖紙的設(shè)計(jì)與修改工作，CAD 設(shè)計(jì)技術(shù)能夠顯著減少在傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)模式中人工設(shè)計(jì)、繪圖易出現(xiàn)的設(shè)計(jì)失誤，并且能夠在保障設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，提升設(shè)計(jì)效率。在20 世紀(jì)80 年代，CAD 系統(tǒng)開始成為各大建筑工程中的常見(jiàn)技術(shù)之一，在短時(shí)間內(nèi)取得較好的應(yīng)用效果，完全取代傳統(tǒng)手工繪圖方式。目前，CAD 技術(shù)在建筑、機(jī)械、航天等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛而有效的應(yīng)用。

1.2 關(guān)于BIM

BIM 技術(shù)是在現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展過(guò)程中興起的一種新興技術(shù)，以傳統(tǒng)CAD 計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)為基礎(chǔ)，它將建筑工程建設(shè)的各種相關(guān)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的創(chuàng)建，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)方案的全過(guò)程模擬。在三維立體模型和三維圖像的幫助下，設(shè)計(jì)人員可針對(duì)設(shè)計(jì)方案當(dāng)中存在的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整修改和優(yōu)化。BIM 技術(shù)由于優(yōu)勢(shì)明顯，已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑工程中的常用技術(shù)之一。BIM 技術(shù)通過(guò)建立三維立體模型，能夠?qū)⒄麄€(gè)施工過(guò)程中的數(shù)字信息、功能要求等進(jìn)行有效整合，并實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程全生命周期的信息化管理。通過(guò)連接不同階段的工程項(xiàng)目信息，BIM 技術(shù)能夠?qū)ㄖこ痰囊?guī)劃設(shè)計(jì)、施工過(guò)程、后續(xù)驗(yàn)收進(jìn)行綜合處理，除了能夠提高信息數(shù)據(jù)的處理效率之外，還能夠建立起較為完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理[1]。

2 BIM 與CAD 的對(duì)比

2.1 BIM 技術(shù)先進(jìn)性

（1）BIM 技術(shù)能夠以甲方的實(shí)際需求和情況為基礎(chǔ)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)過(guò)程的可視化、直觀化和合理性。在三維設(shè)計(jì)環(huán)境中，BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)際建筑情況的仿真模擬，相比起二維設(shè)計(jì)中的點(diǎn)、線、面構(gòu)成元素來(lái)說(shuō)，BIM 設(shè)計(jì)技術(shù)中具有墻、窗以及門等圖形，能夠更好地呈現(xiàn)建筑的實(shí)際情況。設(shè)計(jì)人員可以在此過(guò)程中對(duì)建筑進(jìn)行深入了解，及時(shí)排查設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并進(jìn)行優(yōu)化和整改。二維設(shè)計(jì)中主要是利用不同顏色的線條來(lái)表示管道的差異，但BIM 技術(shù)能夠通過(guò)數(shù)字化渲染的方式來(lái)表示管道具體情況，使得設(shè)計(jì)效果能夠更貼近現(xiàn)實(shí)要求。

（2）BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)建筑企業(yè)所有相關(guān)部門的協(xié)同設(shè)計(jì)和功能優(yōu)化。在BIM 協(xié)同平臺(tái)的支持之下，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以共同針對(duì)相同設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行溝通和交流，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)進(jìn)行聯(lián)系和反饋，制定合理措施進(jìn)行整改。通過(guò)這樣的方式能夠大大提高設(shè)計(jì)的合理性，減少設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，從而提高施工效率。

（3）BIM 技術(shù)可以對(duì)若干種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的對(duì)比和分析。在對(duì)比過(guò)程中，能夠?qū)⒚恳环N方案的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)進(jìn)行充分展現(xiàn)，便于設(shè)計(jì)人員及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，與此同時(shí)，在使用BIM 設(shè)計(jì)技術(shù)開展設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，如果需要更改設(shè)計(jì)參數(shù)或是設(shè)計(jì)方案，只需要將參數(shù)進(jìn)行更改，與其相關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)更改，能夠有效地提高設(shè)計(jì)工作效率。在此過(guò)程中就能夠制定出性價(jià)比較高、科學(xué)性較強(qiáng)的合理的設(shè)計(jì)方案，促進(jìn)建筑工程更高效，更迅速，更高質(zhì)量地完成[2]。

（4）BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜的計(jì)算和設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)以現(xiàn)代信息化技術(shù)和三維數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠利用信息數(shù)據(jù)的便捷性進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化。因此，通過(guò)BIM 技術(shù)建立起的三維仿真模型具有一定的復(fù)雜性，本身包含著實(shí)體建筑的信息、空間信息、幾何信息、基礎(chǔ)構(gòu)建信息等重要數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，BIM 技術(shù)還能夠?qū)σ陨闲畔⑦M(jìn)行整合和優(yōu)化，在各類數(shù)據(jù)的支持下提出相應(yīng)的方案，為設(shè)計(jì)提供有效支持。此外，在BIM 技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，還能夠?qū)ㄖこ痰倪M(jìn)度、成本等重要內(nèi)容進(jìn)行有效模擬，確認(rèn)設(shè)計(jì)方案是否可行。

2.2 CAD 相對(duì)BIM 的單一性

（1）CAD 設(shè)計(jì)技術(shù)只能夠在平面上顯示建筑的設(shè)計(jì)效果，相較于傳統(tǒng)人工繪制設(shè)計(jì)圖紙的方式，CAD 設(shè)計(jì)技術(shù)雖然能夠有效減少由于人工繪制失誤帶來(lái)的設(shè)計(jì)缺陷，提升設(shè)計(jì)工作效率，但始終是二維設(shè)計(jì)模式，無(wú)法直觀顯示設(shè)計(jì)方案是否合理。例如，在CAD 建筑平面圖中，只能用兩條平行的粗實(shí)線來(lái)表示墻體，而沒(méi)有辦法對(duì)墻體的具體情況進(jìn)行展示，包括厚度、質(zhì)量、所采用的材料和最終效果等。除此之外，由于CAD 設(shè)計(jì)技術(shù)在使用過(guò)程中只能夠通過(guò)點(diǎn)、線、面的形式來(lái)表現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中存在有很多的線條，很容易就會(huì)出現(xiàn)線條混亂的情況，并且無(wú)法在同一平面內(nèi)展現(xiàn)設(shè)計(jì)的三維圖。但使用BIM 設(shè)計(jì)技術(shù)就能夠通過(guò)三維立體模型直接展示出設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)，便于設(shè)計(jì)人員了解設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的多種角度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足之處并進(jìn)行修改。

（2）CAD 技術(shù)難以利用數(shù)字化的方式來(lái)保存建筑信息。在應(yīng)用CAD 技術(shù)時(shí)，只能夠應(yīng)用較少的數(shù)字信息，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較多信息的儲(chǔ)存，缺乏設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，對(duì)于過(guò)往數(shù)據(jù)的讀取、調(diào)用非常困難，并且無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)資料管理工作，無(wú)法將以往設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化模式，無(wú)法解決設(shè)計(jì)資料保存困難、損壞以及遺失等問(wèn)題。

（3）CAD 技術(shù)會(huì)造成不同工種之間聯(lián)系的割裂。建筑工程包含的內(nèi)容眾多，包括結(jié)構(gòu)、水電、暖風(fēng)、通信、安全等專業(yè)內(nèi)容。在CAD 的應(yīng)用過(guò)程中雖然能夠明確不同專業(yè)的任務(wù)，但并沒(méi)有對(duì)其具體工作內(nèi)容和要求進(jìn)行規(guī)定。例如，在二維設(shè)計(jì)環(huán)境中，即使相關(guān)部分的圖紙、數(shù)據(jù)、資料等都齊全準(zhǔn)確，匯總之后也難以實(shí)現(xiàn)有效融合，反而會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，導(dǎo)致銜接不暢，使得實(shí)際施工難以進(jìn)行。在這樣的情況下，即使對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，也會(huì)大大浪費(fèi)時(shí)間、精力和成本，不利于工程的進(jìn)一步開展。

（4）對(duì)CAD 設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化需要消耗大量的成本。在CAD 技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，如果需要對(duì)具體設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，就需要對(duì)每個(gè)方案重新計(jì)算、分析，不僅會(huì)消耗大量的時(shí)間、精力和成本，還會(huì)在一定程度上延誤工期，不利于工程的順利進(jìn)行。

（5）CAD 的工程計(jì)算效果較差。CAD 技術(shù)中的計(jì)算無(wú)法滿足建筑工程實(shí)際計(jì)算的需要，由于CAD 所采用的二維設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)、圖表等信息相互獨(dú)立，如果是跨專業(yè)計(jì)算就很難進(jìn)行融合，不僅浪費(fèi)時(shí)間，還會(huì)引起成本的消耗，也無(wú)法避免計(jì)算出錯(cuò)的情況。

（6）CAD 設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的地方較多。在基于二維的設(shè)計(jì)環(huán)境中，由于圖元之間較為獨(dú)立，導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)的效率較低。在CAD 中，設(shè)計(jì)以點(diǎn)、線、面的形式來(lái)表示，而設(shè)計(jì)對(duì)象的相關(guān)屬性則以文字標(biāo)示，由于不同設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)不同，這也導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，修改設(shè)計(jì)對(duì)象時(shí)，需要一一修改相應(yīng)的圖元，時(shí)間耗費(fèi)較大，且容易在修改過(guò)程中出現(xiàn)遺漏或錯(cuò)誤，無(wú)法保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 BIM 與CAD 在建筑工程制圖中的對(duì)比

3.1 可視化特點(diǎn)

在建筑工程中，傳統(tǒng)的CAD 主要以點(diǎn)、線、面組成的二維平面圖的形式出現(xiàn)，再配合相關(guān)的建筑符號(hào)或標(biāo)志來(lái)展示具體內(nèi)容。施工的平面圖、剖面圖、立面圖等圖形和數(shù)據(jù)，如果其中任何部分發(fā)生更改，則必須檢查和更正所有圖紙。因此，傳統(tǒng)CAD 在使用過(guò)程中必須確保工作人員的連續(xù)性和專業(yè)性，提升信息傳遞的效率和對(duì)稱性，避免過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。而BIM 技術(shù)的三維視圖中可以直觀地將各類數(shù)據(jù)和圖形，根據(jù)實(shí)際需求和變更需要進(jìn)行調(diào)整，以便設(shè)計(jì)師或其他項(xiàng)目利益相關(guān)者能夠掌握所有構(gòu)件及參數(shù)的情況，提升對(duì)建筑的整體感知[3]。

3.2 數(shù)據(jù)處理

在建設(shè)工程制圖的過(guò)程中，因?yàn)楦鞣N原因引起的數(shù)據(jù)丟失時(shí)有發(fā)生，所以對(duì)數(shù)據(jù)的管理難度較大，導(dǎo)致CAD 數(shù)據(jù)采集難度也隨之增加。對(duì)于BIM 技術(shù)而言，則可以對(duì)工程模型進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，繪圖人員通過(guò)在建模過(guò)程中對(duì)信息的處理，就能夠?qū)ㄖ锏恼w情況做到有效把握。同時(shí)，將傳統(tǒng)的二維圖紙轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體模型，并通過(guò)屬性的參數(shù)化設(shè)置，能夠?yàn)閰⑴c項(xiàng)目的人員提供便捷，使其能夠更好地了解項(xiàng)目情況，把握好整個(gè)項(xiàng)目的細(xì)節(jié)和重點(diǎn)。相對(duì)于CAD 設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)說(shuō)，BIM 的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式都是以文件體現(xiàn)的，所有的設(shè)計(jì)文件和建筑模型參數(shù)都存儲(chǔ)在一個(gè)集成的數(shù)據(jù)文件中，所有數(shù)據(jù)彼此之間相互依賴。

3.3 數(shù)據(jù)使用方式

CAD 的數(shù)據(jù)使用方式需要各專業(yè)單獨(dú)完成后統(tǒng)一匯總，再進(jìn)行核查和處理。但由于在設(shè)計(jì)繪制的初始階段，各專業(yè)之間的聯(lián)系不緊密，缺乏協(xié)調(diào)和溝通，往往導(dǎo)致建筑工程出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更，影響著工期和成本的控制。而BIM 技術(shù)可以同時(shí)將不同環(huán)節(jié)的各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)信息的交互和資源的共享，從而保障工程設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

3.4 數(shù)據(jù)的生命周期

通常情況下，傳統(tǒng)的CAD 并不具備多項(xiàng)處理的能力，只能夠支持單一階段的任務(wù)，難以在多個(gè)任務(wù)之間形成重疊和優(yōu)化。BIM 模型從設(shè)計(jì)階段就考慮到項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)工作，并從初期就開始信息收集工作，并根據(jù)搜集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬與共享工作，大大提高了項(xiàng)目數(shù)據(jù)的共享和統(tǒng)一，保障各個(gè)施工部門能夠在第一時(shí)間了解到工程項(xiàng)目的開展情況，為整個(gè)建筑從設(shè)計(jì)到報(bào)廢形成全生命周期的數(shù)據(jù)支撐和保障。

3.5 崗位分配

在建筑工程設(shè)計(jì)中，為確保整體施工圖能夠順利完成，需要對(duì)具體人員進(jìn)行合理配置。BIM 代表一種新的建筑設(shè)計(jì)方法，需要擺脫傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)組織，選擇專業(yè)能力最強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)較為豐富的設(shè)計(jì)人員來(lái)組建BIM 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)需要處理建筑工程設(shè)計(jì)、施工過(guò)程管理、工程施工協(xié)調(diào)等活動(dòng)內(nèi)容，建筑施工開始時(shí)一旦有BIM 介入，施工企業(yè)無(wú)須花費(fèi)更多的時(shí)間以及人力成本來(lái)進(jìn)行管理，能夠節(jié)省大量的時(shí)間和人力，從而提高整個(gè)建筑工程的效率和質(zhì)量。

3.6 具有協(xié)調(diào)化特點(diǎn)

在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作開始之前，設(shè)計(jì)人員是需要加強(qiáng)與建筑企業(yè)、業(yè)主三方的聯(lián)系的，只有詳細(xì)地溝通才能夠保障設(shè)計(jì)出的內(nèi)容符合相關(guān)要求。在設(shè)計(jì)中，也需要加強(qiáng)交流才能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足之處。如果設(shè)計(jì)工具是CAD 軟件，設(shè)計(jì)工作人員很難及時(shí)開展與施工單位之間的交流，經(jīng)常是在施工問(wèn)題出現(xiàn)后才進(jìn)行交流，才解決更改設(shè)計(jì)方案，這樣的方式不但增加了現(xiàn)場(chǎng)管理工作的難度，還有可能增加施工成本。而使用BIM軟件開展設(shè)計(jì)工作，能夠通過(guò)三維立體模型預(yù)先發(fā)現(xiàn)可能會(huì)出現(xiàn)的施工問(wèn)題，便于設(shè)計(jì)工作人員與施工單位進(jìn)行協(xié)調(diào)，便于優(yōu)化設(shè)計(jì)更改方案，以此減少在后續(xù)施工中出現(xiàn)施工事故的可能性。

4 結(jié)束語(yǔ)

BIM 作為CAD 技術(shù)的迭代，在設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)、管理階段都有著更為明顯的優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前的建筑行業(yè)中發(fā)揮了重要作用，能夠在保障設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。因此，從業(yè)者應(yīng)該更好地掌握這項(xiàng)技術(shù)，應(yīng)用在工程管理中，提高應(yīng)用效果，推動(dòng)我國(guó)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化、現(xiàn)代化的發(fā)展。