基于參數化BIM建筑設計技術

摘 要：本文從我國設計行業存在的問題引發對BIM技術的探討，對其優勢做了研究。從其使用的幾個方面闡述了該技術的優勢，綜合說明BIM技術是當前提高建筑設計創新能力的關鍵。

關鍵詞：BIM；建筑設計

我國目前建筑設計技術發展的不足：

第一、技術落后，效率低下。 目前很多設計公司，國企仍然將AutoCAD 作為日常設計工具，實際工作中，在建筑視覺模擬、動態模擬分析、以及網絡環境下實現工作狀態的模擬只是少數建筑師的試驗性方法，并未和工程營建結合成一體，導致在設計意圖的表達上無法實現虛擬化體驗，在更高層次的虛擬現實環境下方案表現受到限制，不利于建筑方案的完善。設計工作大量重復，修改圖紙，

引起多米羅效應，導致設計效率低下。

第二、缺少共享的建筑數據庫。沒有在建筑設計行業建構完備的數字化資源系統，大量的與設計相關的信息沒有建立系統的分類和管理，設計師對資料的檢索、獲取，整理都必須花大量的時間和精力，重復性的研究工作經常在設計過程發生中。另外，與設計相關的建造信息、市場信息不能被方便的共享和鏈接到，設計與市場和建造經常發生分離。

第三、工程各環節的分離。常常看到為了吸引甲方，設計部門會作出一些華麗的效果圖，但這樣的效果圖往往包含著虛假信息，它是靠人的審美主觀在主導的，和實際的工程往往出入很大。例如：一個優秀的建筑其設計圖紙與表現可以很平實，而一個糟糕的建筑設計其圖紙與表現卻可以是充滿藝術感。信息的分離，導致圖紙或表現的圖面藝術效果并不能傳遞給最終的建筑。

而BIM技術可以有效解決以上問題，利于建設生產整個過程的價值提高。BIM技術是未來計算機輔助建筑設計的發展趨勢。

我國政府也重視BIM發展，相繼有國家科技部”十一五”的重點研究項目《建筑業信息化關鍵技術研究與應用》，住房和城鄉建設部《2011～2015年建筑業信息化發展綱要》提出，“十二五”期間，基本實現建筑企業信息系統的普及應用，加快建筑信息模型（BIM）。

一．BIM概念

BIM技術上世紀90年代起源于歐洲，其基本思想是，在計算機上進行建筑設計時，不再是對線段、弧線、圓等基本圖元進行操作，而是對帶有屬性信息的建筑構件進行操作。

BIM即\"建筑信息模型\" （Building Information Modeling），運用BIM技術，建筑師作設計的過程，就是建造一個真實建筑的過程。這個虛擬的建筑模型，包含了大量建筑材料和建筑構件特征等信息，是一個包含了建筑全部信息的綜合電子數據庫。在這樣一個真實的智能的建筑模型中，建筑師可以任意的輸出平面、剖面、立面，以及各種細部詳圖、建筑材料、門窗表，還可以輸出預算報表、施工進度等等。

二．參數化BIM的實際應用

現在越來越多的世界知名建筑師和事務所開始使用BIM軟件進行建筑設計。在F·蓋里的事務所中，他們用先進的模擬軟件進行整體環境設計和模型制作，他們的施工圖數據完全是從已完成的數字模型中獲得的。

他的畢爾巴鄂古根海姆博物館的整個結構技術參數和圖紙繪制都是在這種計算機的輔助下建立模型完成的。這個博物館的外觀鈦金屬板，是利用CNC刨槽機銑出來聚苯乙烯板模型，然后送到捷克制造工廠里，制作出鋼模子，再將這些模子被運到瑞典，將4 mm厚的不銹鋼板加熱到1815℃，用一個1500 t的壓力壓到鋼模子里形成復合曲面的形態。他在設計時，先作出紙模型，然后使用三維空間數字化儀（3D digitizer）將曲面的坐標輸入電腦，用 CATIA 軟件制作建筑信息模型（BIM）。CATIA是利用參數驅動來設計模型的。這是一種約束幾何的參數化，用一組參數約束該幾何圖形的一組結構尺寸序列，參數與設計對象的控制尺寸有顯式對應，當賦予不同的參數序列值時，就可驅動達到新的目標幾何圖形，其設計結果是包含設計信息的模型。

蓋里的建筑信息模型不僅應用于建造工人的施工過程，在設計階段也應用與結構和材料的分析，使得表面復雜的面板得到解決。

三．BIM的優勢

1. 聯動性

用BIM軟件，可以從建立模型開始，即時獲得建筑模型的各個方面的信息，比如設計出一個建筑平面，切換視角，即可看到建筑的剖面和里面以及三維立體模型，同時可以生成施工圖，材料表，造價表等。如果要改動其中一個數據，那么與之相關聯的其他數據也會聯動，保證了建筑模型的精確性。筆者本人做一個上海中心的建筑模型，利用revit體量建模，定義各個構件的參數，之后，移動了曲面的其中一個節點，則該模型的立面、剖面、平面數據同時發生的了變化，圖紙里的標注尺寸也相應改變，再重新生成渲染圖，形成新的模型。

這種聯動性讓各個專業之間的交流更加清晰，較低層次的任務，例如繪制圖紙、文檔生成、創建進度表等都是聯動生成。一個建筑設計不同視圖的圖紙在修改的時候都會自動更新。

2. 5D 管理

通過BIM 5D施工系統快速建立3D 施工模型，將大大減少設計文檔錯誤，從而節約成本。5D即傳統的3D加上時間、成本。這些信息可以通過BIM集成，這樣就可以分析施工工序的合理性。5D 施工管理解決方案可以將預算過程中創建的信息分解到生產中，設計、成本、進度三部分相互關聯，任一個部分的變化都會及時自動的反映在另外兩個部分。這將大大縮短評估預算的時間，顯著提高預算準確性；可以增強項目施工的可預見性，在施工的初期及早發現問題；設計、預算、進度可以同步獲得；而且，在施工的任意階段，也同樣可以通過與 3D 模型的關聯，保持最新的、準確的造價計算。這就讓設計方、施工方、管理方有了同一溝通的平臺，減少誤差，保證信息的精確性。

3. 工程周期管理

采用 BIM 技術，從建筑設計開始，創建的就是數字化的建筑信息，可以說，BIM 技術從根本上改變了建筑信息的創建方式和創建過程。再應用建筑生命周期管理的相關技術，就可以改變建設工程信息的管理和共享過程，從而實現建筑生命周期管理。

雖然目前國內大部分工程還沒有使用 BIM進行工程的管理，建筑設計中創建的數字化模型數據庫的核心部分主要還是建筑實體和構件的基本數據。但不久，隨著信息化技術在建筑行業的深入發展，將會有越來越多的功能會被開發利用，如概預算、進度計劃、采購、工程生命周期管理等，一種是整合的形式出現在一個BIM軟件中，像是CATIA；一種是其他各個方面的軟件共享BIM的模型數據來計算，在各自的工作環節產生出相應的工程數據，并將這些數據整合到最初的模型中，對建筑信息模型進行補充和完善。像是目前的revit、archicad等。兩種方法都體現出BIM使用的潛力巨大。在建筑項目實施的整個過程中，自始至終只有一個唯一的建筑信息模型，包含完整的建筑工程數據。在北京SOHO項目中，設計師扎哈.哈迪德從設計開始就使用BIM技術，方案設計采用參數化方法完成建筑模型，利用CATIA建模，生成施工圖紙，施工過程中使用BIM模型來指導現場施工，同時控制工程的成本、管理，完工后，利用同一BIM模型進行后期的維護，生命中期的管理。整個過程節約了成本，提高了效率。最終BIM完成了從設計，施工、成本控制、后期維護、生命周期管理的全過程。讓這個項目成為國內BIM全過程應用的第一個成功案例。

四．結語

目前我國缺乏系統化的、行之有效的 BIM 標準，這些標準包括數據交換標準，BIM 應用能力評估準則，規范 BIM 項目實施流程等。美國是最先出BIM標準的國家，2002年已經頒布NBIMS，英國，德國也相繼出臺標準，日本是亞洲第一個建立該標準的國家。BIM技術在我國設計行業才剛開始實踐，我國雖然將BIM作為十二五發展的重點發展項目，但標準至今未建立起來，這就影響了推廣和使用。

另外，BIM作為設計技術的第二次革命，它與以前技術最大的不同在于思維方式。必須將原來的二維化思維方式轉向三維化。這樣才能提高設計價值，讓建筑業發展的更好。

參考文獻：

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