BIM技術在建筑照明設計中的應用展望

李 農 劉玄燁

(北京工業(yè)大學城市照明規(guī)劃設計研究所，北京 100124)

1 BIM技術簡介

BIM是Building Information Modeling(建筑信息模型)的簡稱，是利用數(shù)字技術，表達建設項目幾何、物理和功能信息，以支持項目生命周期中的建設、運營、管理決策的技術、方法或過程［1］。用BIM技術建立起來的項目信息模型稱為BIM模型。它包含了建筑物所有的幾何信息和非幾何信息 (如材料的物理性能、構件的價格等等)［2］。具體來說，BIM技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四個方面:

(1)可視化

在目前的建筑設計環(huán)境下，建筑的相關圖紙只是各個構件在圖紙上采用線條來繪制表達，盡管有建模軟件做出的效果圖可以使人們對建筑外觀有感官了解，但涉及到構造形式和系統(tǒng)管線等就不能夠直接以三維形式呈現(xiàn)，需要專業(yè)人員結合平面圖紙來想象。采用這種方式常出現(xiàn)圖紙間對應不上的錯誤，并且不能夠較好地觀察建筑內部各單元的關系。而BIM提供了可視化的思路，運用BIM軟件，設計師可以創(chuàng)造“所見所想即所得”的虛擬建筑模型，它不僅包含建筑體的三維外觀模型，還包括水暖電等設備系統(tǒng)的三維模型，在設計的任何階段，都可以隨時看到各個部分的設計效果。

(2)模擬分析

二維CAD繪制的圖紙永遠無法進行智能化的分析和模擬，往往需要在相關的分析軟件中單獨建模計算，這將耗費大量時間，并且模型粗糙會使計算產生誤差。而運用BIM技術創(chuàng)建的信息模型中包含著全部的數(shù)據(jù)信息，因此將模型導入到基于BIM技術的分析模擬軟件中，即可進行結構分析、熱工性能分析、管道沖突檢驗、防火安全檢驗、能量分析、規(guī)范檢驗等。不僅省時，而且保證了數(shù)據(jù)的準確性，優(yōu)化了設計方案。

(3)多專業(yè)協(xié)同設計

由于建筑信息模型包含了建筑中的所有信息參數(shù)，因此建筑各工種 (建筑師、結構工程師、設備工程師等)都可以基于此模型進行協(xié)同設計。例如設備專業(yè)人員可以將建好的設備部分的信息模型上傳到核心數(shù)據(jù)模型中，然后利用相關軟件來進行碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)設計沖突后，反饋給相關專業(yè)的設計人員，及時進行修改。

(4)圖紙生成與關聯(lián)修改

基于CAD的設計圖，圖與圖之間沒有信息聯(lián)動，一張圖紙的錯誤常常會導致大量圖紙的逐一修改，工作量大而繁瑣。BIM技術則可避免這一現(xiàn)象，設計的中心是模型而不是圖紙，此時圖紙只是同一個模型中的數(shù)據(jù)從不同角度的表現(xiàn)，因此在任意視圖中的修改都會直接反應在模型中，從而在其他視圖中得到自動更新，這極大的減少了修圖改圖的工作量，提升了設計效率。

2 BIM技術應用于建筑照明設計的必要性

2.1 外在推動

BIM技術最早是為建筑設計服務的，經過近些年的發(fā)展，BIM對建筑業(yè)帶來的變革已經成為不爭的事實。它對建筑設計的成本預算、場地分析、能量分析、能耗分析、規(guī)范驗證、三維協(xié)調等方面都有著創(chuàng)新性的提高，在美國、歐洲、日本等地區(qū)已經相當普及。近幾年，BIM在國內的發(fā)展速度也可謂驚人，住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)于2011年的《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出，“十二五”期間，基本實現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)和加快建筑信息模型的普及應用［3］。合理的政策和良好的發(fā)展環(huán)境為BIM在建筑照明設計中的應用提供了可能性。

與此同時，越來越多的設計院正在將設計平臺由二維CAD轉向BIM，可見其已經成為了未來建筑設計發(fā)展的趨勢。如今的BIM，其內涵與剛提出時相比，已經大大豐富了，不僅是建筑設計專業(yè)，給排水、暖通、電氣等建筑的子專業(yè)都從BIM技術中受益，甚至風景園林專業(yè)也在思考能否將BIM技術引入其中。在如此強大的外力推動下，建筑照明同樣作為建筑系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，也應該緊跟潮流，探索BIM技術是否能為其服務。

2.2 內在需求

除外在的推動力外，行業(yè)內在的需求也是BIM進入建筑照明行業(yè)的重要理由。而探索內在需求就應該考慮照明設計中存在哪些BIM可以解決的問題。總的來說，現(xiàn)有設計環(huán)境中BIM技術對照明設計的提升有如下幾個方面。

(1)圖紙修改

同建筑設計類似，照明設計者也飽受圖紙修改的困擾。而BIM技術基于一個總體的信息模型，如前所述，只要在任意視圖中將模型修改，就會自動反映到所有的圖紙中，使得設計師可以將更多的時間和精力用在設計上，而不是畫圖、改圖上。

(2)信息化

以往編制設計相關的各項報表時，一般需要根據(jù)CAD文件進行測量和統(tǒng)計，之后借助excel等軟件制作報表，這樣的工作非常繁瑣、易錯。并且一旦修改圖紙，所有數(shù)據(jù)都需重新統(tǒng)計。而信息是BIM技術的核心，與傳統(tǒng)建模軟件建立的模型相比，BIM模型最大的特點就是攜帶信息。因此BIM模型也可以理解為一個信息庫，可以提供實時可靠的報表清單，例如燈具選型表，配電盤明細表等等。如果設計修改，報表中的信息也會隨之自動修改，既省時省力，又保證設計的準確性。

(3)一體化

在照明設計中，設計師要嚴格遵循相關的設計規(guī)范要求，例如照度水平、眩光要求、能耗指標等。很多照明計算軟件可以較準確的計算相關的物理量，但是在目前的二維CAD設計環(huán)境中，只能將圖紙導入照明軟件中作為參照底圖使用，之后根據(jù)底圖再次建模、置入燈具后計算。因此一些設計師為了節(jié)省時間，常常憑經驗計算，這樣就不能保證設計的規(guī)范性。除計算外，照明設計最后還要向業(yè)主提供夜景效果圖，目前國內的效果圖制作主要有兩種方法:第一是用三維建模軟件例如3DMAX建立模型，之后置入光源文件，通過渲染生成效果圖;第二種方法是用photoshop等軟件直接將建筑日景的效果圖改為夜景效果。關于第一種方法，建模依然是件費時間的事情，盡管建好的模型可以導入照明計算軟件中繼續(xù)使用，但放置的光源卻無法識別，需要重新放置，對于規(guī)模較大的項目來說，依然費時費力。而第二種方法，需要設計師對光有較好的感覺和想象力，才能準確在PS中選色，而能做到圖上色彩與實際用燈準確一致的少之又少，所以往往圖與實際效果有差距。由于BIM模型包含了設計案中的信息，例如光源、建筑表面材質的光學屬性等信息，因此它既能像傳統(tǒng)CAD設計那樣出照明平面圖，還可以直接渲染，或者將模型導入到基于BIM技術的照明計算軟件中，進行計算，實現(xiàn)照明設計出圖、計算、渲染等相關步驟的一體化。

(4)三維化

在目前的照明設計中，效果圖只能反映某一個角度或者某一個區(qū)域內的照明情況，無論對于設計師還是業(yè)主來說，在項目竣工前都無法準確了解項目區(qū)域內的全部情況。而BIM技術是一種全三維的技術，通過它可以向人們展現(xiàn)一個立體全面的虛擬光環(huán)境，設計師可以看到每個區(qū)域的照明情況，以便發(fā)現(xiàn)問題及時修改方案，實質上提高了照明設計的質量。此外，通過這種全三維的設計模式，可以直接看到照明系統(tǒng)的模型，為設計的深入和之后的施工都提供了便利。

3 BIM技術在建筑照明設計中應用的可能性

要判斷BIM技術能否在照明設計中應用，首先應該選擇合適的軟件作為工具，通過實踐來論證其可能性。

Autodesk Revit是Autodesk公司的系列產品之一。在最新的版本中，其不再分為面向建筑專業(yè)的Revit Architecture、面向結構工程專業(yè)的 Revit Structure、面向機電專業(yè)的Revit MEP三個軟件，而是將他們的功能集中于一個軟件，即Revit2013。本文選擇該軟件作為主體平臺軟件，重點研究其MEP部分在照明設計中起到的作用。

目前國內在照明計算方面較常用的軟件主要有:廣泛應用于學校、設計部門的DIALux;少數(shù)大專院校和少數(shù)幾個較專業(yè)的設計公司中使用的AGI32;建筑設計行業(yè)中進行建筑物理性能評估最常見的軟件——Ecotect［4］。

經過比較，從三者的計算能力來看，DIALux和AGI32強于 Ecotect。從目前的軟件功能來說，Ecotect最大的優(yōu)勢在于其屬于BIM軟件，因此提供了與BIM軟件的接口，例如gbXML文件格式(Green Building Extensible Markup Language的縮寫，即綠色建筑可擴展的標記語言，包含了項目所有的建筑構件數(shù)據(jù))和IFC文件格式 (Industry Foundation Classes的縮寫，是由國際協(xié)同工作聯(lián)盟組織制定的建筑工程數(shù)據(jù)交換標準，為不同軟件應用程序之間的協(xié)同問題提供解決方案。IFC模型包括項目、地點、建筑、樓層等建筑分級，墻、板、柱、梁等元素類型，材料，標準屬性等信息)［5］。當BIM模型以gbXML或IFC文件格式導入后，可在Ecotect中得到一個完整的帶有信息的建筑模型，直接進行計算。但該軟件主要是在建筑設計的早期階段進行建筑物理參數(shù)的分析，因此多為估算，在照明計算方面以天然光的計算為主，可計算的照明指標較少，數(shù)值不夠精確。

AGI32目前只提供了一些二維圖形格式的接口，例如DWG格式。利用導入后的平面圖作為參考，繪制墻體、門窗等構件，不能充分發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢。

DIALux軟件在較新的版本中已經提供了gbXML接口，雖然功能還不健全，導入后只能以多個室內空間的形式出現(xiàn)，無法實現(xiàn)建筑室外照明的計算，但是從中可以看到DIALux對目前BIM潮流的響應，據(jù)悉其下一個階段的任務就是創(chuàng)造IFC接口，到時可將Revit中帶有照明設備的模型導入并直接計算，實現(xiàn)與BIM軟件的完美對接。

基于三款軟件在照明計算能力和BIM接口兩方面的綜合考慮，DIALux將是未來與主體軟件Revit配合使用的進行基于BIM技術的照明設計的照明計算軟件，因此選擇該軟件作為輔助軟件。

經過對Revit2013和DIALux4.10兩個軟件的研究以及它們在照明設計方面的表現(xiàn)，可以說以目前的設計環(huán)境和軟件水平來說，還無法實現(xiàn)照明設計的全部BIM化。但在政策、潮流和行業(yè)自身需求的推動下，將BIM技術應用于照明設計是必要的，也是必然的。隨著Revit軟件的進一步發(fā)展和DIALux軟件接口的日益完善，它們定會成為未來BIM時代照明設計的主流設計工具，得到越來越多設計機構和設計人員的認可，最終實現(xiàn)建筑照明設計的全部BIM化。

4 現(xiàn)存的問題及解決方案

目前的情況下，在照明設計中使用BIM技術主要存在如下幾個問題:

(1)對硬件的要求較高。對于習慣使用CAD進行繪圖的人來說，Revit軟件的運行速度和繪圖的流暢度與CAD仍有很大差距，尤其當項目規(guī)模較大時，通常打開模型就需要十分鐘或更長時間。

(2) “族”是Revit中構成項目模型的基本構件，是一個包含通用屬性參數(shù)集和相關圖形表示的圖元組。與“圖層”在CAD中的作用相似，族是Revit軟件中的一個重要概念。墻體，門窗，甚至圖紙標注都是一個個族文件。在照明設計中所需要的燈具，開關，配電盤等也都是以族的形式出現(xiàn)。例如在燈具族中，包含了燈具的外形尺寸、配光曲線、功率、光通量、色溫等信息，以滿足出圖，計算，渲染等需求。但是Revit軟件自帶的電氣專業(yè)族數(shù)量太少，且多是按國外的標準而做，例如開關的符號就不符合國內的規(guī)范要求，因此很多不適用于國內的工程設計。幾乎每個項目都要根據(jù)實際情況創(chuàng)建若干族，占用很多時間。而如果僅依靠設計師個人的力量創(chuàng)建符合我國實際情況的族庫，難度很大［6］。

(3)Revit軟件是一個綜合的設計軟件，因此與博超、鴻業(yè)等專門服務于電氣及照明設計的軟件相比，其功能還有待加強，例如燈具沿墻布置、矩形均布等等均無法實現(xiàn)。僅依靠一筆一劃，一個一個的布置，效率較低［7］。

(4)接口問題。Revit自身提供的照明計算無法滿足設計要求，勢必需要專業(yè)照明計算軟件DIALux的配合，而如果軟件間的接口問題不能解決，那么BIM技術在照明設計中能發(fā)揮的作用也會大大降低。

(5)目前BIM技術出圖所占照明專業(yè)出圖的數(shù)量仍處在較低的水平。其中設計說明、圖例表、配電系統(tǒng)圖、節(jié)點詳圖等圖紙還無法繪制。而數(shù)目繁多的設備元器件等，由于族庫、輔助繪圖工具不足等原因，仍只能表達到設計方案層次，無法做到施工圖深度［7］。以目前BIM軟件的成熟度，仍然需要使用CAD作為輔助。

若要解決上述問題，使得BIM技術可以在照明設計中使用，主要有以下幾點解決方法:

(1)加快Revit軟件的普及。Revit的應用情況也是影響B(tài)IM發(fā)展的一個很重要因素，它作為新興的BIM軟件，其普及肯定會有一個過程。在CAD依然風行而Revit還未根深蒂固時，出現(xiàn)不被所有人熱衷的情況是很正常的。加強Revit專業(yè)人才的培養(yǎng)是加快其普及的重要途徑。

(2)建立族庫。在照明設計中，每個項目都要根據(jù)實際情況靈活選擇合適的燈具，如果燈具廠家能在目前提供IES配光曲線文件的基礎上，進一步提供適用于Revit的燈具族文件，那么對于照明設計的BIM化將會起到強力的推動作用。

(3)增強Revit軟件的功能或開發(fā)相關的輔助程序。Revit作為平臺軟件，不可能在每一個細節(jié)問題上都做到盡善盡美。基于CAD平臺的天正等插件的開發(fā)，使得CAD的繪圖效率和智能程度都得到了大幅提升，在設計院和學校都被廣泛使用。因此對于目前的Revit來說，急需相關輔助程序的出現(xiàn)，提高軟件的實用性。

(4)解決接口問題。目前基本上所有的建筑類分析軟件都具備了CAD的接口，因此對于BIM接口的開發(fā)也只是時間問題。只有當各類分析軟件都具備了與BIM軟件的接口之后，才能將BIM虛擬模型的優(yōu)勢充分發(fā)揮。

5 展望

綜上所述，雖然目前還無法實現(xiàn)照明設計的全部BIM化，有很多的問題需要解決，但正如本文開頭所述，將BIM技術應用于照明設計是必要且必然的。隨著BIM技術的進一步發(fā)展，相應問題會逐一解決，以Revit和DIALux軟件為工具，未來基于BIM技術的照明設計步驟應分為項目準備，創(chuàng)建電氣設備族，放置相關設備，電力系統(tǒng)創(chuàng)建，照明計算，照明渲染和編制圖紙，最終實現(xiàn)建筑照明設計的全部BIM化，擺脫傳統(tǒng)設計模式的束縛。

［1］何關培．BIM在建筑業(yè)的位置、評價體系及可能應用［J］．土木建筑工程信息技術，2010，2(1)．

［2］趙昂．BIM技術在計算機輔助建筑設計中的應用初探［D］．重慶:重慶大學建筑成規(guī)學院，2006．

［3］建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要出爐 ［J］．施工技術，2011，12．

［4］劉賓．國內常用照明設計軟件比較分析 ［D］．天津:天津大學建筑學院，2006．

［5］歐特克軟件．Autodesk Revit MEP 2012應用寶典［M］．上海:同濟大學出版社，2012．

［6］翟曉華．Revit MEP在電氣設計中的應用 ［J］．建筑電氣，2009，8．

［7］林坤河，關宏德．BIM在建筑電氣設計中的應用情況及探討 ［J］．建筑電氣，2012，5．