BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

牛蔓麗 王曉茹 張 克

1.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院 河南 南陽 473000 2.河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院測(cè)繪環(huán)保工程學(xué)院 河南 南陽 473000

BIM技術(shù)能夠以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立起三維的建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息；建筑設(shè)計(jì)是建筑工程施工全過程中的首要步驟，建筑設(shè)計(jì)的效果好壞直接影響著建筑項(xiàng)目其他步驟的質(zhì)量。而BIM技術(shù)的運(yùn)用猶如給即將衰老的建筑設(shè)計(jì)方法加了一劑強(qiáng)心針，使其重新煥發(fā)活力和生命力。BIM技術(shù)可以將相關(guān)建筑信息參數(shù)編制在設(shè)計(jì)圖紙中，建模成可視化的三維模型，供后續(xù)建筑施工階段參考，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM技術(shù)使圖紙進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代[1]。

1 傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)存在的問題

1.1 工作效率低

現(xiàn)在大部分設(shè)計(jì)者依然采用傳統(tǒng)的CAD技術(shù)來進(jìn)行建筑的初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)；一些高職院校，也還在教授陳舊的建筑設(shè)計(jì)知識(shí)，學(xué)生就業(yè)時(shí)極少用到，用人單位需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行二次培訓(xùn)，造成崗課不匹配，浪費(fèi)了教學(xué)資源。

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)CAD，設(shè)計(jì)人員要進(jìn)行二維圖紙的繪制，施工方也是拿到的二維圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，用二維圖紙展示建筑結(jié)構(gòu)的平面圖、立面圖和剖面圖，容易在數(shù)據(jù)上產(chǎn)生重疊，施工方需要將二維圖紙上的數(shù)據(jù)向三維立體模型轉(zhuǎn)換，耗費(fèi)多余的時(shí)間和精力，容易出錯(cuò)，增加完工時(shí)長(zhǎng)，降低效率。

1.2 可視化程度低

設(shè)計(jì)建筑圖紙時(shí)，一般都是平面三視圖，設(shè)計(jì)過程中需要想象構(gòu)件的立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往使設(shè)計(jì)者投入很大的精力，最后甚至設(shè)計(jì)出錯(cuò)頭。在輸入圖紙數(shù)據(jù)時(shí)還會(huì)出現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況，一旦出錯(cuò)也沒辦法立刻發(fā)現(xiàn)，沒有立體模型可供參考，并且軟件設(shè)計(jì)的二維圖紙無法反映出設(shè)計(jì)構(gòu)造的所有信息，其他相關(guān)人員也不能夠直觀的感受設(shè)計(jì)方案，溝通受到局限，需要不斷的討論、修改，耗時(shí)費(fèi)力，大大延誤了工期。

1.3 協(xié)同性低

建筑工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段與施工階段的專業(yè)知識(shí)不能互通，需要大量商討和協(xié)調(diào)工作，在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)作業(yè)中，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤，只能一個(gè)一個(gè)修改，無法達(dá)到統(tǒng)一修改，可能會(huì)有遺漏的情況，各專業(yè)間無法在同一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同作業(yè)，相互之間無法產(chǎn)生聯(lián)系，各做各的，從而造成信息不對(duì)等的局面，誘發(fā)一系列問題。

2 BIM技術(shù)解決建筑設(shè)計(jì)中的問題

2.1 信息集成解決效率問題

BIM技術(shù)是一種綜合性的建模技術(shù)，它能夠?qū)⒔ㄖ?xiàng)目的各種信息整合并輸入保存。在BIM模型中，我們可以輸入構(gòu)件的幾何信息、位置相對(duì)關(guān)系，也可以輸入整個(gè)工程從項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工到最后的運(yùn)營管理等幾乎所有的項(xiàng)目相關(guān)信息。這使得BIM模型成為一個(gè)包含豐富信息的數(shù)字化建筑副本，為項(xiàng)目的整個(gè)生命周期提供了可視化和數(shù)字化的支持。

一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是BIM技術(shù)在構(gòu)件生產(chǎn)方面的應(yīng)用。通過BIM技術(shù)，我們可以批量生產(chǎn)同一類型的構(gòu)件，只需要編制構(gòu)件的基礎(chǔ)模型，然后輸入相應(yīng)的幾何尺寸數(shù)據(jù)，就可以一次性生產(chǎn)出所需要的相當(dāng)數(shù)量的構(gòu)件。這極大地提高了構(gòu)件生產(chǎn)的效率，減少了重復(fù)勞動(dòng)和錯(cuò)誤，保證了設(shè)計(jì)工作的高效性。

2.2 實(shí)景模型解決可視化問題

BIM技術(shù)結(jié)合了無人機(jī)、GIS技術(shù)和建模軟件的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目的全流程數(shù)字化和可視化管理。通過無人機(jī)進(jìn)行航拍或激光掃描，獲取現(xiàn)場(chǎng)建筑數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS技術(shù)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息整合，構(gòu)建真實(shí)的場(chǎng)景環(huán)境。然后利用建模軟件，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為建筑的三維數(shù)字模型。

在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)可以模擬真實(shí)情況，如光照、材質(zhì)效果等，讓設(shè)計(jì)師和業(yè)主可以在三維數(shù)字模型中直觀地看到建筑設(shè)計(jì)效果。同時(shí)，BIM技術(shù)支持對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多次迭代和修改，實(shí)時(shí)查看變化對(duì)設(shè)計(jì)的影響，有助于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

通過將三維數(shù)字模型與實(shí)景模型融合，BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑項(xiàng)目全流程的可視化。設(shè)計(jì)方案、施工進(jìn)度、資金支出等信息都可以在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上展示，使施工方和業(yè)主方都可以直觀地觀察建筑設(shè)計(jì)的整體過程和相關(guān)細(xì)節(jié)。這樣做不僅大幅降低了工作人員之間的溝通成本、時(shí)間成本以及表達(dá)難度，還提升了項(xiàng)目的整體管理水平和決策效率。

2.3 統(tǒng)一平臺(tái)解決協(xié)同性低的問題

BIM技術(shù)作為一種強(qiáng)大的協(xié)同設(shè)計(jì)工具，將不同設(shè)計(jì)部門和設(shè)計(jì)工作者之間的合作效率最大化。不同專業(yè)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)師可以將自己的設(shè)計(jì)成果上傳，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)計(jì)、建筑外觀設(shè)計(jì)等。這些數(shù)據(jù)信息可以在平臺(tái)上進(jìn)行整合和匹配，形成一個(gè)完整的建筑模型。通過BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以實(shí)時(shí)查看其他團(tuán)隊(duì)成員的設(shè)計(jì)變化，及時(shí)了解設(shè)計(jì)進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)和解決可能出現(xiàn)的沖突或問題。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以在實(shí)時(shí)互動(dòng)的環(huán)境中進(jìn)行在線協(xié)作和交流。這使得設(shè)計(jì)方案的調(diào)整和優(yōu)化可以更加迅速和高效地進(jìn)行，大幅降低了設(shè)計(jì)沖突和錯(cuò)誤，提升了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的作用

BIM技術(shù)用虛擬模型進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，生動(dòng)的表現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)。

3.1 建筑外部設(shè)計(jì)

現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)師可以借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具和BIM技術(shù)，更加便捷地進(jìn)行復(fù)雜形態(tài)的設(shè)計(jì)和模擬。這些技術(shù)使得建筑設(shè)計(jì)過程更加靈活和高效，同時(shí)提供了更多創(chuàng)意和可能性，激發(fā)了設(shè)計(jì)師在幾何形狀上的大膽嘗試。例如河南鄭州CBD的“玉米”樓，它外觀呈現(xiàn)柱形，樓體腰部變粗，兩頭收緊，通體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，在夜間燈光的加持下，宛如一顆飽滿的玉米。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)常受到規(guī)劃法規(guī)、結(jié)構(gòu)限制等的影響，限制了設(shè)計(jì)的創(chuàng)意。然而，通過對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)師可以更加自由地表達(dá)自己的設(shè)計(jì)理念和個(gè)性化需求，將獨(dú)特的幾何形狀融入建筑設(shè)計(jì)中，使建筑更富有個(gè)性和創(chuàng)新[2]。

3.2 建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代建筑中，暖通管道系統(tǒng)可能需要適應(yīng)多樣化的布局和特殊要求。通過BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和分析，確保管道布局的合理性和高效性。在模型中進(jìn)行模擬和分析，可以發(fā)現(xiàn)和解決潛在的設(shè)計(jì)問題，提升系統(tǒng)的性能和效率。BIM技術(shù)可視化特性可以幫助我們合理設(shè)計(jì)內(nèi)部管道走向，更優(yōu)美的設(shè)計(jì)管道結(jié)構(gòu)[3]。

3.3 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的總體作用

根據(jù)建筑設(shè)計(jì)內(nèi)外結(jié)構(gòu)的不同，BIM技術(shù)主要作用：第一，信息整合。BIM技術(shù)的實(shí)質(zhì)是建筑信息模型，在建筑設(shè)計(jì)階段，保證信息的完整性和有效性，為建筑設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確參數(shù)是非常有必要的[4]。第二，信息可視化。BIM技術(shù)的可視化應(yīng)用可以建立三維模型，將建筑進(jìn)行虛擬可視化處理，使實(shí)際設(shè)計(jì)情況與虛擬設(shè)計(jì)情況更貼合。BIM技術(shù)可以展現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)角度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)觀測(cè)，還可以顯示建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)從外形到細(xì)節(jié)到數(shù)據(jù)的全方位可視化。第三，信息互通。由于建筑施工階段需多專業(yè)一起工作，對(duì)全局進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)。BIM技術(shù)提供一個(gè)平臺(tái)貫穿建筑工程整個(gè)生命周期，基于BIM開展討論，成為連接各專業(yè)的紐帶，實(shí)現(xiàn)信息的互通。第四，信息實(shí)時(shí)。在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)需要修改的內(nèi)容時(shí)，可在中心項(xiàng)目文件進(jìn)行修改，BIM技術(shù)使用的建筑信息模型是實(shí)時(shí)更新的，一旦您修改了其中某個(gè)構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息，其他相關(guān)信息會(huì)立即自動(dòng)更新，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的傳遞和共享，真正做到協(xié)同設(shè)計(jì)。模型信息的實(shí)時(shí)性，為其他專業(yè)繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)工作提供最新數(shù)據(jù)，提高工作效率，也省時(shí)省力。

BIM技術(shù)為建筑設(shè)計(jì)在信息整合，信息可視化，互通信息與信息的實(shí)時(shí)性四個(gè)方面的發(fā)揮作用，提高了建筑設(shè)計(jì)的信息化程度，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的弊端。

4 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

BIM的仿真建模功能可以對(duì)建筑現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及周邊環(huán)境進(jìn)行模型模擬搭建，設(shè)計(jì)人員可以通過BIM技術(shù)將當(dāng)?shù)丨h(huán)境信息進(jìn)行輸入，如經(jīng)緯度、年月降雨量、光照、風(fēng)速等信息，這就是BIM技術(shù)的可視化功能，可以直觀的感受到真實(shí)場(chǎng)景的信息，還可將上述參數(shù)進(jìn)行分析并生成不同季節(jié)的氣候形態(tài)，設(shè)計(jì)人員可以基于多樣性的氣候形態(tài)并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇合理、綠色的施工工藝與建筑結(jié)構(gòu)類型，以此達(dá)到增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，并減少對(duì)周邊環(huán)境的影響或污染，達(dá)到綠色建筑設(shè)計(jì)的最終效果。

4.2 構(gòu)造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

BIM技術(shù)在各類復(fù)雜程度較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、形設(shè)計(jì)以及建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用過程中具備較強(qiáng)的應(yīng)用意義。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)工作而言，其最主要的是需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)有參數(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用、通過BIM技術(shù)的幾何建模和參數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師可以更輕松地表達(dá)復(fù)雜形體的設(shè)計(jì)構(gòu)思，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜幾何的建模和可視化。在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，許多建筑結(jié)構(gòu)都需要采用曲線形式，如曲線墻、曲線屋頂?shù)?。BIM技術(shù)的參數(shù)化建模能力和實(shí)時(shí)更新功能，使得設(shè)計(jì)師可以靈活地調(diào)整曲線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更精確的形體表達(dá)。利用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠更加精確地制定設(shè)計(jì)目標(biāo)，并在建模和設(shè)計(jì)過程中保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。這有助于高質(zhì)量完成建筑設(shè)計(jì)，提升設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

4.3 計(jì)算機(jī)信息化輔助應(yīng)用

將BIM技術(shù)中的開放和共享功能與云服務(wù)器、云數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)結(jié)合，通過云數(shù)據(jù)庫的功能，可以記錄每一次設(shè)計(jì)方案的改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的版本管理。設(shè)計(jì)人員可以輕松地追溯每一次的修改和更新，便于回退到之前的版本或者對(duì)比不同設(shè)計(jì)方案的差異。在云端建立多樣化的預(yù)制構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，將每一次的預(yù)制構(gòu)件設(shè)計(jì)方案與搭配方案記錄其中，有助于團(tuán)隊(duì)成員之間的信息共享和經(jīng)驗(yàn)積累。這為未來的建筑設(shè)計(jì)提供了豐富的參考和借鑒，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。隨著時(shí)間的推移，云端數(shù)據(jù)庫會(huì)持續(xù)累積建筑設(shè)計(jì)方案和預(yù)制構(gòu)件信息，形成龐大的數(shù)據(jù)資源。通過合理利用這些大數(shù)據(jù)信息，設(shè)計(jì)人員可以從中獲取有價(jià)值的洞察和啟示，優(yōu)化設(shè)計(jì)決策，推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)的創(chuàng)新和發(fā)展。這樣利用BIM技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，即提高了設(shè)計(jì)效率，也提高了設(shè)計(jì)的信息化、數(shù)字化程度，達(dá)到隨時(shí)隨地可以修改設(shè)計(jì)建筑模型的效果。

5 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用步驟

5.1 方案編制

編制建筑設(shè)計(jì)方案，是建筑設(shè)計(jì)的第一步。工程設(shè)備、裝修與架構(gòu)信息的整合有助于設(shè)計(jì)師在方案編制階段綜合考慮不同方面的需求和要求，確保各個(gè)專業(yè)之間的協(xié)調(diào)與一致性。在方案編制設(shè)計(jì)初期，安全技術(shù)應(yīng)該是設(shè)計(jì)的首要考慮因素。BIM技術(shù)可以進(jìn)行施工安全分析和模擬，幫助設(shè)計(jì)師預(yù)先識(shí)別潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和問題，確保施工人員的安全。BIM技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師在建筑立面和平面的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)一體化的整合。墻面、地板、天花板等要素可以在模型中相互關(guān)聯(lián)和調(diào)整，確保整個(gè)建筑的外觀和功能的統(tǒng)一性。

5.2 方案設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)支持設(shè)計(jì)師在同一模型中模擬多個(gè)方案。通過創(chuàng)建不同設(shè)計(jì)選項(xiàng)，設(shè)計(jì)師可以比較不同方案之間的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終選定最佳的設(shè)計(jì)方案。BIM技術(shù)使得設(shè)計(jì)決策更加科學(xué)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。通過BIM模型的分析和模擬，設(shè)計(jì)師可以預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)方案的性能，從而做出更明智的設(shè)計(jì)決策。BIM技術(shù)可以進(jìn)行施工可行性分析，幫助設(shè)計(jì)師評(píng)估設(shè)計(jì)方案在施工階段的可行性和效率。這有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少施工中的問題和成本。

5.3 編制施工圖

BIM技術(shù)支持參數(shù)化建模，設(shè)計(jì)師可以使用參數(shù)來定義和調(diào)整建筑構(gòu)件的尺寸、材料和屬性等信息。在編制施工圖時(shí)，只需調(diào)整參數(shù)即可快速更新模型，保持一致性和準(zhǔn)確性。BIM技術(shù)支持4D施工模擬，即在BIM模型中添加施工進(jìn)度和工程時(shí)序信息。這有助于施工團(tuán)隊(duì)在編制施工圖時(shí)更好地理解施工過程，規(guī)劃施工順序和資源調(diào)配。BIM技術(shù)可以自動(dòng)為建筑模型添加標(biāo)注和尺寸，減少了手動(dòng)標(biāo)注的繁瑣過程。這樣可以確保施工圖上的標(biāo)注和尺寸與模型一致，避免了標(biāo)注錯(cuò)誤和不一致的問題。利用BIM技術(shù)進(jìn)行立體圖的繪制，建成三維立體虛擬的信息模型，利于直觀地感受建筑的魅力。

6 結(jié)語

運(yùn)用BIM技術(shù)，有效提高建筑設(shè)計(jì)效率和施工質(zhì)量的提升，用建模手段輔助建筑設(shè)計(jì)，顛覆傳統(tǒng)二維平面設(shè)計(jì)方式，建成含有信息的三維虛擬模型，提高建筑設(shè)計(jì)的數(shù)字化、可視化程度，BIM技術(shù)使建筑各專業(yè)間突破鴻溝，達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的平坦大道，使得建筑設(shè)計(jì)和施工的各個(gè)環(huán)節(jié)之間能夠?qū)崿F(xiàn)高度協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)交流。設(shè)計(jì)師、工程師和施工團(tuán)隊(duì)可以共享同一個(gè)BIM模型，確保設(shè)計(jì)和施工過程的信息同步和一致性。這有助于提高數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)性，并避免因信息不一致而引起的問題。BIM技術(shù)使得建筑企業(yè)能夠更加注重項(xiàng)目的細(xì)節(jié)和精益求精。通過建立精確的三維模型，企業(yè)可以更好地規(guī)劃和管理項(xiàng)目，從宏觀到微觀地優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工過程。

在未來發(fā)展中，BIM技術(shù)可以建立大型項(xiàng)目群，建成基于云平臺(tái)的模型數(shù)據(jù)庫，有助于建筑行業(yè)朝著可持續(xù)健康發(fā)展的方向邁進(jìn)。在建筑設(shè)計(jì)中能夠進(jìn)行能耗模擬和優(yōu)化，幫助設(shè)計(jì)師在早期階段預(yù)測(cè)建筑的能耗和熱效益，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。這有助于推動(dòng)建筑行業(yè)的綠色發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。這些積極影響使得BIM技術(shù)成為建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的重要推動(dòng)力。