建筑室內設計項目中的BIM建模應用研究

黃維彥，吳 昊

(1.南京林業大學，江蘇南京 210037；2.蘇州金螳螂建筑裝飾股份有限公司上海設計公司，上海 200035）

建筑信息模型(Building Information Modeling)簡稱BIM，在經歷了幾十年的發展歷程后，已經成為建筑業的新興力量，不僅是眾多大型復雜建筑項目的主要技術支持，更推動著行業向更加自由多樣的設計形態語更加高效的協同合作和更加完整的全生命周期方向發展。BIM的早期實踐從芬蘭、新加坡等國家開始，隨后在美國展開更多的探索，目前已成為美國等歐美國家的主流力量，也深刻影響到包括中國在內的其他國家的建筑建設。現階段BIM因其“工程信息連續化”“節能分析虛擬化”“建造過程可視化”等特點在國內外各類建筑工程建設中都占據著及其重要的地位[1]。作為建筑項目的完善和補充，室內裝飾裝修工程不可避免的也受到BIM技術的影響和輻射，尤其體現在以BIM為主導的建筑項目中。隨著BIM技術在國內大型工程項目的不斷普及和應用，建筑內裝項目在BIM應用上的實踐機會也越來越多，各大設計院因此積累了大量的經驗，不僅掌握了各種先進的BIM軟件，且正在從根本上改變傳統設計流程，成立專門的BIM項目組來協同各部門之間的工作，逐步適應并更加有效發揮BIM技術的優勢，真正意義上實現了行業的升級換代。本文將從BIM軟件在方案設計階段的應用和BIM建模技術對施工環節的主要輔助作用等幾方面分析和探討其在室內裝飾裝修工程中的應用價值，為未來行業發展提供更多有價值的指導。

1 BIM軟件在建筑內裝項目方案階段的應用

與以往的二維繪圖軟件相比，BIM繪圖軟件采用的是三維模型的創建方式，并搭載了大量信息數據，是一個可以為整個項目所有環節提供所需數據的平臺。淘汰了以點、線、圓等二維圖形來代表建筑構件進行圖紙的繪制模式，BIM軟件支持設計師在設計過程中通過放置墻體、柱、梁以及門窗等構件單元，在電腦中直接建立由構件組成的信息化模型。在設計過程中，不斷增加的各種構件以及攜帶的完整數據，便可在系統中建立起一個越來越龐大的構件庫。由于模型中存儲了大量這樣的信息數據，因此當模型建成后，軟件可以隨時自動生成任意所需的各類圖紙，不管是二維輸出還是三維效果都毫無障礙，且準確可靠。不僅為每個階段提供各類圖紙，通過BIM模型還能直接統計相應的工程用料用量，獲得準確的工作量統計數據，從而極大的提升了工作效率和出圖質量（見圖1）。此外，由于所有圖紙是基于統一的模型基礎輸出的，因此任何一處的修改都能夠在系統中實現實時聯動，所有相關聯的數據會隨之修正，從根本上避免了傳統軟件單純依靠繪圖者手動修改而帶來的疏漏[2]。

在整個方案設計階段，除了精準出圖以外，如何生成一個各方都滿意的設計方案是至關重要的。BIM軟件所具備參數化設計和可視化分析等能力在方案優化及決策過程中都體現出極大的優勢。包括業主方在內的各部門人員都可以調取信息模型，通過直觀的圖像和數據分析結果來幫助形成最終的決策[3]。

BIM的參數化軟件包括Rhinoceros、Revit、DP（Digital Project）、CATIA、Grasshopper等，目前均被廣泛運用在方案設計的建模階段和優化調整中。這些軟件中的曲面建模、參數化設計等功能特別適應于復雜空間的設計優化，不僅能和原有建筑結構模型無縫銜接，在處理特殊異形結構體時也能夠精準高效的還原所需的模型，為方案推敲和后期施工解決后顧之憂[4]。

金螳螂上海設計公司承擔的上海中心大廈底層辦公大堂的室內空間深化設計，原設計方案中頂部天花呈現出自然的有機形態，從其平面形態上看所有的板塊都呈現三角形且處于同心圓的關系中，從立面形態上看則是一個盆狀的結構。如此錯綜復雜的空間形態關系在傳統軟件中是難以表現出來的。在建模環節中，設計團隊首先在上海中心大廈的BIM數據共享平臺上下載其他各專業的BIM模型，以確保尺寸的精確性，并開始進行詳細的分塊建模。由于所有三角形板塊的位置都具有極強的數學邏輯關系，因此特別適合使用Rhinoceros+Grasshopper參數化建模的方式來實現。參數化建模不但節約了建模時間，由于板塊間的數學邏輯關系的建立，使每一個局部的參數變化所帶來的全局變動都能由電腦自動完成，極大的提高了后期設計的修改效率（圖2）[5]。同時，Grasshopper的模型進入Rhinoceros軟件之后再導入Revit中與其他模型進行整合，使每一個板塊都得以在施工圖中精確表達（圖3）。這樣的輸出方式不僅解決了構件的加工和安裝問題，同時也因其精準的位置表達而避免了與其他各種機電定位的沖突，大大提高了施工過程中與其他專業之間的溝通效率。

圖1 BIM軟件所生成的模型攜帶著大量準確的數據信息

圖2 Rhinoceros+Grasshopper參數化建模

圖3 Revitr導出圖紙

圖4 參數化軟件實現動感造型的設計優化

圖5 參數化軟件實現三維空間中燈具排布的設計優化

圖6 BIM軟件對規則天花和不規則天花的區分處理

圖7 各專業間的碰撞檢測

BIM的參數化設計軟件在上海中心大廈裙樓的多功能廳室內設計項目中也發揮了極大的作用。設計方案中需要通過三組特殊的三維曲線圓管來實現類似漣漪的動感空間效果。設計團隊最初打算用簡化多維曲線的方式來解決精度問題。但是通過BIM軟件的測試發現，降維后的曲線造型加工安裝難度雖然降低了，可是原先方案中富有的律動感與活力的空間感卻消失了，造型過于單調和生硬。于是設計團隊利用Rhino + Grasshopper的方法在每組圓管的首尾之間設置了一組200mm高差的等差數列，通過有層次的視覺變化讓整組造型重新擁有律動感，最大程度還原了設計的構想，并以最低的施工成本和更高的精度呈現動感的空間效果（見圖4）。

完成空間造型之后，如何在每一根圓管中合理布置LED燈以達到群星璀璨的視覺效果成為困擾設計團隊的新難題。首先，豐富多樣的動感空間效果使每一根圓管都成為一個密閉的立體空間，在常規的裝飾手段下，難以在軟件中模擬出燈光位置，只能通過鉆眼去一一嘗試。這樣做既耽誤工期又很容易報廢原有的圓管造型。其次，業主已經提前采購好了燈具，總數已定，幾乎沒有可以變動的空間了。此時如果用傳統設計思維來解決，燈具排布的難度非常大。如燈具數量超量了，就需要重新訂貨，連同運輸和安裝，將會造成整個工期的滯后。但使用了BIM參數化軟件就能很輕松的解決這個難題。由于與排布相關的變量只有兩個，一是燈具的數量，二是間距。既然數量是確定的，那么唯一要考慮的變量就只有間距了。間距的變化只有等數排列或等距排列這兩種形式。在參數化軟件Grasshopper中，只需要采用最簡單的劃分命令就可以快速解決這個問題。最終設計團隊利用Grasshopper建立了參數化模型，通過參數驅動，有效控制燈具的排布方式與排布數量，進行預先的排布模擬，準確定位每盞LED燈在圓管內的尺寸和間距，按模型所提供的的數據進行實施后，一次性便成功完成所有燈具的安裝（見圖5）。

在可視化分析方面，BIM設計軟件建模生成的模型中攜帶諸多重要的數據信息，并具有“所見即所得”的特點[6]。各種分析軟件可以非常便捷的為相關人員呈現決策所需的分析結果。設計方案完成后，設計方能夠為業主、運營公司等各個部門全方位展現每一個細節，各方經過對空間利用、審美、流線、采光、材料成本、聲學、消防疏散等方面的分析研究之后，能夠直觀的發現問題并進行討論，大大提高了決策的效率，高效的實現各部門之間的協同合作。

2 BIM在建筑內裝項目施工環節的應用

BIM的建模應用不僅在設計階段體現出巨大的優勢，在施工模擬和現場施工中也表現出極強的優越性。

可視化的BIM模型可以實現施工之前的模擬，精準確定每個構件的尺寸與位置乃至分縫的大小。對于不規則形體的構件，利用BIM軟件的參數化特點，對每個異形模塊進行編號，并在BIM平臺上結合現場尺寸進行預拼裝，利用Revit繪制并導出數據，交給工廠進行加工，在施工之前就把可能出現的問題提前解決，既確保施工的準確性和高效性，又減少材料的浪費和返工，實現真正的綠色施工（如圖6）。

建立在BIM平臺上的內裝項目在施工之前都可以很方便進行碰撞檢測。檢測的價值主要體現在通過碰撞信息發現裝飾設計與其他專業如結構、機電管線等之間是否存在沖突，所有檢測結果都會反饋到模型數據平臺上，與各個團隊實時共享，共同商議處理方案，為施工落地提前做好準備，保證了方案的最優解決方案（見圖7）。

現場施工階段，依靠BIM技術，設計團隊可以在信息模型的基礎上結合全站儀、三維掃描儀等精密設備對安裝進行精確的把控，高效且有質量的保證大型甚至異形空間中各種造型的順利落地[7]。例如在南京青奧中心室內設計施工過程中，室內空間造型復雜且自由曲面空間體量巨大。其中GRG曲面造型正是結合BIM技術，借助數字化施工技術完成最后的施工過程的。整個過程包括：三維掃描→點云建模→模型比對→調整模型→模型分模→部件模具制作→三維掃描部件模具→GRG部件加工→GRG部件掃描→GRG部件安裝→GRG分區域掃描。負責深化設計及施工的金螳螂上海設計公司使用數字儀器和參數化建模，最終精確完成內裝的所有部分。BIM技術再一次在此類建筑內裝項目中展現出其強大優勢。

3 結語

BIM技術的出現促使整個建筑行業高速發展，也快速改變著傳統的室內裝飾裝修設計模式。通過上述的分析和案例展示，BIM不是簡單的二維繪圖工具，而是成為了大量信息數據的集成化載體，并貫穿和服務于建筑的全生命周期[8]。因此，設計師不再是負重前行的繪圖員，掌握數字化技術并學會利用各種分析軟件來提高設計的效率和質量才是未來設計師需要關注的方向。這個時代為我們提供了一個前所未有的機遇，BIM技術所打開的是一扇新的大門，在建造技術迅猛發展的今日，適應和掌握新技術，轉變思維模式是必然的趨勢。國內室內設計行業的從業人員也必須認清這一點，才能在新的變革中獲得更好的機會。