淺談BIM與CAD在建筑工程制圖中的聯系與區別

□ 劉 聃 鹿 毅

1??CAD技術

CAD（Computer Aided Design）技術即計算機輔助設計，通過計算機軟件及圖形設備輔助設計人員完成建筑物的二維平面的建立、修改、分析或優化。CAD解決了手工繪制和手工修改圖紙時容易出錯的問題，同時將CAD圖形運行在建筑所涉及的各專業中交叉循環利用，更好地滿足建筑市場需求，節省了設計成本、有效提高了效率。CAD計算機輔助繪制代替了傳統手工繪圖，使設計更加便捷、有效，大大提升工作效率，在工程繪制圖領域中產生了深遠的影響。

2??BIM技術

BIM（Building Information Modeling）技術即建立建筑信息模型，主要通過采集建筑工程項目中的各種相關工程信息數據，進行建筑模型的三維圖像建立，并運用信息數字化的三維幾何建模方式呈現建筑物的實際狀況[1]。建立的建筑三維立體模型能夠保持信息的完備性、關聯性、一致性等性能特征，擁有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等5大應用表現特點。建筑三維立體模型通過將工程項目中從設計到施工運營整個過程所含有的數字信息、功能要求和性能等建筑信息整合集成，將數字信息化管理應用于整個建筑項目全生命周期中。BIM技術通過連接工程項目在不同階段產生和需要的數據，在項目的全生命周期中對項目的規劃設計、施工及后期的運行和維護等過程施行數字化信息集成綜合管理。BIM除了對采集的信息集成綜合管理外，還可以創建新的數據以及對項目全生命周期的動態信息數據實現實時共享[2]。BIM技術是在CAD計算機繪圖基礎上的技術延伸和發展，使工程技術人員準確高效地識別項目各項信息，協同建筑設計方、施工方及運營方等部門在建筑全生命周期中有效做功，增強建筑的靈活性和可變性，提高建筑的使用效率，降低生產和運營成本。

3??聯系與區別

CAD技術與BIM技術運用在建筑物的工程制圖中既有聯系又有區別。建筑物的圖紙主要通過繪制的平面圖、立面圖和剖面圖等多個部位示圖全面展現建筑物的立體狀態。在CAD技術時期，設計人員運用點、線、面的組成，分別體現建筑物的有形構造；但是CAD繪制的圖像屬于二維平面圖像，與傳統手工繪制的圖像相比，雖然能夠有效地降低勞動強度，減少對圖時硫酸圖紙反復重疊帶來的失誤率；但卻不能對圖像進行直觀呈現，容易在施工人員識別圖像信息的過程中，因為人員專業水平的不同，而令識別的圖紙信息與施工實際操作的過程存在一定的誤差。另外，運用CAD技術繪制的工程二維平面圖也容易出現線條繁多而雜亂的情況，不能全方位清晰展示，須通過3個部位視圖才能全面表述。而BIM時期，運用BIM技術繪制的工程圖則可以通過三維建模的立體形式，形象充分展現建筑的設計狀態，獲得建筑物不同角度的視圖。

因此，當只需要建筑物的平面、立面和剖面二維圖像時，CAD與BIM二者之間區別不明顯；如建筑物的信息或是位置等相關數據需要改變時，CAD就只能通過更改已有的平面圖、立面圖和剖面圖等相關能體現建筑物狀態的圖紙，以及統計關于建筑數據信息的文件。實際操作中除了更改數據外，還需要重新計算建筑物的其他相關數據。該技術方法會導致項目建造時間延長，耽誤工期，增加建造成本。而采用BIM技術則只需在建立的三維建筑模型中更改相關的參數數據，就可以完成對整個項目數據信息的更新，從而減少了工程技術人員的勞動強度，降低了失誤率，將因變動對后續工作的影響減小，從而提高工作效率。另外，BIM技術還能保證施工人員在識別圖像信息的過程中，不會因為人員專業技術水平的不同而影響建筑物的實際施工，導致設計圖紙所呈現的與實際施工效果間的差距。綜上所述，不難看出運用BIM技術繪制的工程圖更能符合現代智能建筑發展的要求，達到建筑施工高品質、高效率、低損耗的目的。

圖1 建筑設計的發展演進

如圖1所示，BIM技術在建筑設計方面的推廣運用被譽為建筑設計的第二次革命，是繼CAD技術之后的又一次創新與突破。BIM建立的模型與CAD繪制的二維圖紙不同，擁有三維、四維（空間+時間）等更多維度的設計。二者之間的對比詳情見表1所示：

與傳統的CAD設計相比較，BIM技術除了創立三維的立體空間以外，還增加了時間的維度。這就為建筑項目的設計和施工帶來了可控和便利。

（1）全生命周期

BIM技術通過對采集的數字信息進行集成，仿真模擬建筑物的真實狀態。BIM技術可以對建筑項目的設計、施工和運營協調等階段進行模擬和共享，以便使項目各方能充分及時了解現場施工的實時情況、工期的完成進度、項目成本的管控情況和環境保護措施的實施情況等項目基本信息[3]，促使項目參與者之間的溝通更簡捷有效。

（2）可視化

BIM技術用三維立體實物圖的形式將線條式構件之間所產生的互動性和反饋性展示出來，避免因施工人員專業能力的問題導致對建筑物實際效果理解上的差異，掃清認知上的障礙。另外，在建筑項目的整個生命周期中，可通過BIM技術的可視化進行溝通和討論。

（3）協調化

從建筑項目的設計到施工過程，無論是設計施工單位還是業主之間都需要相互溝通協調，從而找出問題的原因并提出相應的措施。但在CAD二維設計中，各專業設計師與施工人員之間無法做到實時溝通與協同，很多問題都是在出現以后才尋求解決方案。然而，BIM技術則可以提前模擬出可能產生的問題，幫助設計師進行修改，協同設計師與施工人員的工作，避免實際施工操作中出現的沖突問題。同時BIM技術還可以幫助電梯井、防火區與地下排水等布置與其他設計布置的協調問題，將問題前置化，有效節約人力、財力和時間。

（4）模擬與優化

BIM技術可在設計、施工以及后期的運營階段進行多方位的模擬。如在設計階段的節能、日照、緊急疏散等模擬；在施工實施階段的施工進度和成本控制的模擬，以及在運營階段建筑物投入使用后各種日常及緊急情況的處理模擬等。事實上，信息的完整性、復雜性都影響著項目的優化效果，而BIM技術則將掌握的信息運行貫穿到建筑項目中，做出更有利于項目發展的優化方案，方便項目的各項管理。對于業主、設計方和施工方而言，BIM技術能夠將復雜的問題簡單化、讓成本管控更精確化、讓項目方案更優化。

表1 BIM技術較二維CAD技術的優勢

4??結語

目前BIM技術正在國內外建筑行業中飛速發展，國內許多大型建筑項目開始應用BIM技術。BIM與CAD相比較，BIM更注重在施工設計中對圖紙的整合和模擬施工過程，從而優化整個建筑項目，保障項目工期的進度[4]。但是，國內的BIM技術還未普及，許多建筑項目面臨著項目分散、人員工作移動性強、現場環境復雜等問題，嚴重制約了BIM信息化的推廣應用；建筑工程項目如果要全程采用BIM技術，那么將要求使用者能夠熟練操作使用設計、施工和運營等階段的十多款相關軟件[5]。另外，BIM系統中還需要具備能夠存儲海量項目信息數據的能力。因此，BIM技術受國內軟硬件環境的影響，現還停留在建筑設計的初步階段。隨著通信信息技術的快速發展，BIM技術逐步完善，并最終將取代CAD技術，引領建筑行業進入智能建筑的時代。