探討BIM技術在建筑設計中的應用

朱志華（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙410000）

探討BIM技術在建筑設計中的應用

朱志華（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南長沙410000）

BIM技術已經在建筑施工、建筑設計、建筑后期管理等各種階段中得到了普及和應用，大大增強了建筑設計圖的可實施性，實現了建筑工程算量、施工模擬及三維碰撞檢查等工作。本文即主要探討了BIM技術在建筑設計中的應用，以供參考。

BIM技術；建筑設計；應用

1　引言

計算機網絡技術不斷發展，BIM技術作為其中一種，在建筑結構設計中的應用，有效保證了建筑結構設計質量與要求，能夠更直觀、更深入地了解建筑的各個細節，直接的反映存在的問題，減少施工現場返工。采用BIM技術，能夠實現對建筑的精細化設計，同時嚴格控制工程成本，因而具有廣泛的應用前景。

2　BIM技術與建筑設計

2.1BIM技術概述

建筑信息模型（Building information model，BIM）是由美國學者提出來的，它主要是指對幾何模型信息、構建性能及功能要求等進行綜合，并整合建筑項目整個生命周期內的相關信息，使其呈現在單獨的建筑模型中。近幾年，國內外學者依照此概念，提出了不同的觀點，如：3D模型、虛擬建筑及單個建筑模型等。BIM技術有效協調了不同的設計學科，同時涵蓋了整個建筑生命周期中的建筑信息，它可結合設計、施工及運維的具體要求，利用3D模型或2D施工圖等展示所需的數據。BIM技術具有專門性，它作為基于對象的CAD技術，使建筑實現了數字描述。在此技術支持下，建筑信息可完整體現在一個電子模型中，并使建筑構件具有了數字化。

2.2BIM技術的特點

（1）操作的可視化。BIM技術的一切操作都是在可視化的環境下完成的，在可視化環境下進行建筑設計、進行碰撞檢測、進行施工模擬、進行避災路線分析等一系列的操作。

（2）信息的完備性。BIM是設施的物理和功能特性的數字化表達，包含了設施的所有信息，體現了信息的完備性。BIM模型包含了設施的全面信息，除了有設施3D幾何信息和拓撲關系的描述，還包括整個設施完整的工程信息的描述。

（3）信息的協調性。協調性體現在兩個方面：①在數據之間創建實時的、一致性的關聯，對數據庫中數據的任何更改，都馬上可以在其他關聯的地方反映出來；②在各構件實體之間實現關聯顯示、智能互動。

（4）信息的互用性。應用BIM可以實現信息的互用性，充分保證了信息經過傳輸與交換以后，信息前后的一致性。

2.3基于BIM技術的建筑設計

BIM是一種在某些軟件開發過程中產生的概念，而建筑設計領域是首先使用BIM技術的領域。目前，國際上有很多種運用成熟的BIM軟件，這些軟件用于設計時，都能更好的幫助設計師進行空間想象，更好的為建筑設計服務。

在進行建筑設計時，運用BIM軟件可以創建出一個虛擬的建筑模型，首先，通過BIM軟件將紙質的文件轉換成電子版的，而電子版的圖紙只是模型的一個組成部分。BIM將信息進行反復利用重組，結合2D、3D技術，建筑師能夠更好的進行建筑設計，提高建筑設計的質量。這樣設計出來的圖紙，能夠將后期的風險因素控制到最小，不僅如此，還能更好的進行質量控制，便于交流。

3　建筑設計中BIM技術的應用流程

3.1構建整體結構模型

在建筑結構設計中應用BIM技術，能夠構建完善的建筑整體結構模型，幫助建筑結構中的梁、板、柱、樓梯以及基礎等構件得以充分的描述。以墻體結構構件為例：①定義建筑實體；②利用集合關聯實體進行樓層實體和建筑實體的關聯；③進行墻體實體的定義，并且利用空間結構關聯實體完成樓層實體與墻體實體的關聯。

3.2管道綜合設計

建立在BIM的基礎之上進行建筑的給排水工程設計，可以將大量的拍圖環節省略掉，并將管道綜后的凈空高度更加直觀地展現出來，使工作需求得到最大限度的滿足。作為設計人員，不要只看到設計繪圖過程中存在的各種問題和矛盾沖突，還要在設計完成之后對矛盾沖突進行試驗與檢測，找到相關問題并做好反饋工作，及時對工作方案進行修改與調整。

3.3在電氣設計中的應用

現階段電氣專業BIM技術應用于建筑電氣設計，其流程如圖1所示，具體包括以下方面：①在配電設計中，電氣專業可以通過BIM技術的協同功能，搜集暖通專業和給排水專業的動力條件，應用BIM技術的檢查功能可以查看動力回路是否完善。當動力條件改變時，配電系統也會自動調整，這就避免了以前二維設計時錯、漏動力條件的情況，在生成的配電系統中，軟件可以自動對負荷進行三相平衡調整，大大加強了供電質量；②在照明設計中，設計人員可以按照規范先設定每個功能房間的照度標準值，在布置燈具時可以實時查看設計是否滿足規范要求，加快了設計速度，提高了設計質量；③在消防設計中，應用BIM軟件的檢查功能，可以查看火災探測器的保護是否滿足規范要求，軟件還可以搜集暖通專業、給排水專業和電氣專業的消防聯動條件，使電氣專業的消防設計更可靠、安全。

圖1　基于BIM技術的設計流程圖

3.4在暖通空調中的應用

將BIM技能放到運暖通空調的規劃中運用，需要表現出某種特定技能輔佐的效果，這些特定技能一般指的是建筑功能化模擬技能以及參數化技能等，經過運用這些特定技能，暖通空調的規劃會在功能上產生巨大的改變，該技能可以完成某些特定數據信息的變換。BIM技能自身往往也需要支持，如此就對進一步提高監測水平有很高的推進效果，這些技術支持一般包括信息交流格式IFC以及國際字典結構IFD等等。以往的暖通空調的規劃標注化很多時候不能獲得有效保障，因而在暖通空調的規劃中運用BIM技能能夠經過準確獲取數據信息從而更好地完成三維參數化。

4　BIM技術在建筑設計中的應用

4.1在虛擬建筑中做設計

利用BIM技術，建筑師可以創造虛擬的建筑模型，在虛擬的模型中做設計，這樣建筑師可以時時看到設計的效果。在任何一個設計階段，可以隨時觀看設計效果，身臨其境的看自己設計的作品，對于設計不滿意的地方可以及時進行更改，不僅如此，還能考察建筑與周圍環境的適應性，再設計過程中不斷進行推敲，看設計的思路、建筑選材等是否符合要求，這樣可以將設計師從天馬行空的想象中解救出來。

4.2協同設計

隨著現代建筑越來越復雜，在建筑設計中也越來越趨于多學科交叉與合作，這就離不開協同設計。然而在以往的二維CAD時代中，協同設計缺少可操縱的統一技術平臺，只有個別集成化軟件可以實現不同專業之間部分數據的交流與傳遞，但仍無法解決在設計過程中出現的種種各專業之間的協調問題。而BIM技術的應用使得建筑設計走向了三維時代，其可以利用三維集成設計模型使各專業實現在同一個模型的基礎上進行協同工作。不同專業的人員可以通過中間模型處理器對建筑模型進行對應的創建、修改及注釋，從而更加快速地傳遞和更新信息，以解決各專業之間信息交流不暢的問題。

4.3效果圖和動畫展示

BIM技術中包含了強大的建模、渲染及動畫技術功能，利用該技術可以將專業和抽象的二維建筑進行更加通俗化與直觀的三維描述，從而使非專業人員也能夠明確地了解建筑設計的項目和功能。其次，若建筑設計圖發生了改變，也可以利用BIM技術在最短時間內完成修改。再者，BIM技術利用計算機軟件，進行三維模型的設計（見圖2），其本身的成本也遠遠低于一些專業的動畫設計和效果圖制作軟件。

圖2　軟件效果圖

4.4圖紙文檔自動生成

在2D環境下，每一張圖紙都是由立面、剖面等組成，再按照工程設計更改圖紙，不停的一次次修改，設計師很多寶貴的時間都浪費在這繁瑣的工作中，占用了大量的時間和精力。而運用BIM技術，可以在事先創建的虛擬模型中進行設計，這樣更改的就是虛擬的模型而不是圖紙，利用BIM技術創建出來的模型，設計師可以生成任意的圖紙，平面圖、立面圖甚至是3D大樣圖（見圖3），事實上，根據不同的需要，可以從軟件中提取不同的信息資料，生成不同的視圖，方面設計改變。

圖3　廠房平面與三維模型圖

4.5自動變更管理

在最初的2D工作環境下，建筑設計師有一大部分的時間都運用在變更的協調工作中，花費了大量的精力，而BIM技術的出現，則幫助他們順利改變了這一困境，所有的圖紙生成都是基于虛擬的模型，而所有的修改和變更都會反映到整個項目的文件中，而BIM最主要的就是一個數據信息系統，任何的數據或者信息的修改都會在數據庫中得到反饋，其他的視圖也會隨之自動進行改變和更新，圖紙也會隨著設計的不斷進行而自動更新（見圖4）。這大大減輕了設計師的工作量，不需要把時間和精力都浪費在反復的修改中，這樣的自動變更管理不僅提升了建筑設計師工作的效率，更為變更的順利執行提供了一個很好的平臺，不會出現變更上的錯誤。

圖4　建筑工程參數BIM設計

4.6基于BIM的性能分析

2DCAD繪制的圖紙，是平面的圖紙，永遠無法進行智能化的模擬，而利用BIM技術設計出的虛擬模型，包含了大量的數據和非數據信息，能夠通過提取模型中的數據，然后將提取出來的數據導入到模擬分析軟件中，在分析軟件中可以進行一系列的分析，例如沖突分析，碰撞檢驗，規范檢驗等等，通過這些檢查，可以提前預知或者預防后期施工中可能出現的類似問題，及早進行修改，降低風險因素。

4.7空間規劃

建筑在空間規劃過程中應考慮地形因素，借助GIS軟件與3D可視度分析，從而實現了對建筑可視度直觀與清晰的判斷。在實際規劃中，設計的地形具有一定復雜性，需要對其高程、坡度與坡向等進行分析，特別是山地地形。在規劃時，可繪制高程、坡度及坡向等分析圖，如圖5所示。在此基礎上，將為設計規劃提供可靠的數據支持。同時，也可借助3D可視度，它不僅可用于規劃可視度分析，還可用于室內視野分析，后者涉及的因素有窗戶尺寸、房間形狀、吊頂做法等，進而保證了設計的合理性與有效性。

圖5　高程模型圖

5　結束語

BIM技術的發展，在我國建筑行業引起重大的波動，對我國目前的建筑行業所存在的問題有重要的意義。在建筑結構設計中BIM技術的應用過程中，還需不斷努力，做好人才培養，加強技術革新，為我國未來的建筑設計領域做好堅實的基礎，實現從業人員的不斷探索和創新。

［1］李 昂，石振武.BIM技術在建筑工程項目中的應用價值［J］.經濟師，2014（1）：62～64.

［2］秦凱凱.BIM技術在大型建筑安裝工程中的應用［J］.建筑施工，2014，36（2）：171～173.

［3］楊震卿，張莉莉，張曉玲，等.BIM技術在超高層建筑工程深化設計中的應用［J］.建筑技術，2014，45（2）：115～118.

TU201

A

2095-2066（2016）26-0165-03

2016-8-30

朱志華（1982-），男，工程師，主要從事建筑設計工作。