二維CAD與三維BIM設(shè)計對比分析

安 瑩

（西安海棠職業(yè)學院 陜西 西安 710038）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的概念最早是美國的喬治亞理工大學的查克伊士曼學者明明和提出的。BIM的定義為：“建筑信息模型是基于建筑項目中的整個周期內(nèi)的全部幾何特征以及相關(guān)功能需求及構(gòu)件的各種信息匯總到一套獨立的模型中。這套模型同時還是整個建筑項目的施工進度以及建造過程中的過程信息載體”[1]。

目前我國建筑工業(yè)標準《建筑對象數(shù)字化標準》對于BIM模型的定義是：建筑信息的完整、協(xié)調(diào)的組織架構(gòu)，通過基于計算機的相關(guān)程序進行各種操作從而使得建筑信息能夠使用工業(yè)標準語言來詮釋和表達各種建筑設(shè)施的物理和功能特性，同時也能詮釋建筑的各種信息和其生命周期的信息[2]。

信息就是BIM的核心，建立一個完整的BIM模型，需要所有基于建筑項目生命全周期的各種數(shù)據(jù)、過程以及資源[3]，同時BIM模型可以清楚、完整地對工程項目本身進行描述和解釋。

2 二維CAD與三維BIM設(shè)計對比分析

2.1 傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計的缺陷

（1）二維模型很難直觀地反應出設(shè)計的效果，只能通過平面的設(shè)計形象來反應設(shè)計對象，最簡單的問題就是建筑平面圖中，墻體用兩條平行粗實線表示即可，無法真實展現(xiàn)墻體。

（2）無法承載數(shù)字化建筑信息：CAD設(shè)計模式只能加入非常少的數(shù)字信息，而信息和信息間也會存在各種沖突，對整個設(shè)計造成干擾。另外，由于大量不同時期的信息的出現(xiàn)，不僅會出現(xiàn)數(shù)據(jù)間的沖突，也很容易導致數(shù)據(jù)間出現(xiàn)錯誤或紕漏，而且基于二維的模型也無法較好的演示構(gòu)件的空間拓撲關(guān)系。

（3）割裂各工種：一個成功的建筑工程需要建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電，以及數(shù)據(jù)、通訊、安全等各專業(yè)配合共同來完成。在二維CAD設(shè)計中，對于不同專業(yè)的分工雖然有著很明確的界定，但是對于不同分工的合作，則很容易出現(xiàn)問題。最典型的問題就是，在二維環(huán)境中，雖然局部的圖紙信息和資料都正確，但是如果匯總到一起，就會出現(xiàn)各種各樣的問題，銜接、接口的各種沖突和不匹配，從而導致出現(xiàn)“對不上圖”的問題。即便是各個專業(yè)的工程人員參與到整體的拼接上，依然會導致各種問題的存在[4-5]。

（4）優(yōu)化成本高：在傳統(tǒng)工作模式中，如果指定多種優(yōu)化方案，每個優(yōu)化方案都需要經(jīng)過大量的計算和分析，花費、時間精力巨大，會提高優(yōu)化成本，弱化優(yōu)化效果。

（5）工程計算部分難以完成：基于二維環(huán)境中，對于成本預算、施工進度安排以及管道流量等那些計算量多的工程設(shè)計，會有很大的問題和困難。由于二維設(shè)計的各種數(shù)據(jù)和圖表都是相互獨立的，因此在計算這些跨專業(yè)的計算會產(chǎn)生很多問題。比如電氣、建筑專業(yè)的數(shù)據(jù)就很難聯(lián)系在一起，只能是每個專業(yè)人員共同參與，這必然會造成大量人力的浪費，在實踐上也會花費更多的時間，而且也會存在很多出錯的現(xiàn)象。

（6）改圖工作量大：在基于二維設(shè)計環(huán)境中，由于圖元之間是完全獨立的，所以在設(shè)計過程中，尤其是整體設(shè)計中，就會造成設(shè)計的效率低下[3]。而且在CAD設(shè)計中，都是通過點、線、面來進行設(shè)計表達的，而對于設(shè)計對象的相關(guān)屬性則是使用文字進行標注的，由于不同的設(shè)計人員的設(shè)計特定不同，也導致了設(shè)計過程中的統(tǒng)一性相對較差。在對某個設(shè)計對象進行修改時，需要將對應圖元一一修改，工作量巨大，并且修改過程中容易漏改或改錯。

2.2 三維BIM設(shè)計的優(yōu)勢

BIM引領(lǐng)了計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域繼CAD第一次革命之后的第二次革命。BIM技術(shù)主要是以建筑行業(yè)為服務對象，并且BIM技術(shù)可以覆蓋整個建筑工程的生命周期中的各個階段，而且BIM技術(shù)基于3D技術(shù)，能夠集成幾乎所有的建筑工程所需要用到的各種數(shù)據(jù)和信息。在BIM技術(shù)中，核心就是信息的有效使用，通過信息的使用，就可以將BIM技術(shù)中的所有建筑項目的各個部分有效的聯(lián)系在一起，并且這些部分的各種數(shù)據(jù)和信息在BIM的3D模型中都可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在3D模型的設(shè)計環(huán)境中，不同的工種都可以通過一定的設(shè)計原則和設(shè)計流程按部就班的進行有序工作，而且對于信息模型而言，也具有很強的兼容性和跨平臺的適用性，可以在其他的BIM平臺中無縫銜接，工程人員可不斷對信息模型進行分析與優(yōu)化。需要工程出圖時，無需另外繪制圖紙，在三維模型中選取所需位置即可。

同傳統(tǒng)的2D設(shè)計模型相比，3D BIM模型具有以下優(yōu)勢。

（1）面向?qū)ο笤O(shè)計，并且設(shè)計過程直觀化、可視化。由于在3D設(shè)計環(huán)境中，并不是2D設(shè)計中那種通過點、線、面的構(gòu)圖來表示設(shè)計對象的設(shè)計方法，而完全是采用了構(gòu)件進行表示。比如在2D的設(shè)計中，都是通過不同顏色的線條表示不同的管道，但是在3D的設(shè)計環(huán)境中，管道都是通過數(shù)字化渲染的圓管進行表示，從而使得設(shè)計效果更加接近現(xiàn)實，也更容易體現(xiàn)出設(shè)計的思想和設(shè)計理念。由于在3D設(shè)計環(huán)境中，所有的設(shè)計、施工以及管理都是通過可視化進行管理，因此很容易進行不同部門間的溝通協(xié)作。

（2）協(xié)同設(shè)計：由于3D設(shè)計是基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，因此在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員在設(shè)計內(nèi)容都受到實體對象的限制，當各專業(yè)設(shè)計人員在同一個設(shè)計平臺協(xié)同工作時，設(shè)計人員就很容易發(fā)現(xiàn)問題，也能夠第一時間進行聯(lián)系和反饋，這樣就能盡早的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，從而提升設(shè)計的流暢性和縮短設(shè)計周期。

（3）多方案對比，這樣就可以將最適合本設(shè)計的方案盡快的被提取，從而也使得整體的設(shè)計優(yōu)化方案能夠通過更高效、更迅速、更高質(zhì)量的方式來實現(xiàn)。

（4）能夠進行更復雜的設(shè)計和計算：由于BIM技術(shù)完全是基于3D數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)的，本質(zhì)上就是以信息為基礎(chǔ)、為核心。所以在BIM的3D模型中就包括了實體信息以及模型的空間信息，還有模型的各種幾何信息，比如基礎(chǔ)構(gòu)建的長寬高等。同時在這些信息中還帶有很多數(shù)據(jù)，通過合理使用、分析數(shù)據(jù)就可以有效的分析出各種優(yōu)化方案，也可以通過各種優(yōu)化方案來找出最適合的方案，比如通過BIM 3D模型就可以完成各種建筑成本的碰撞檢測優(yōu)化、施工進度模擬等功能，同時也可以利用3D模型來完成各種施工用到的材料用量報表，從而為工程的施工提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

（5）極大提升該設(shè)計質(zhì)量和施工效率，有效降低施工出錯率。在BIM 3D設(shè)計環(huán)境中，尤其是在協(xié)同設(shè)計環(huán)境中，各個工種協(xié)同工作，這樣就能實現(xiàn)1+1＞2的效果，也能夠有效降低施工周期。不僅如此，通過BIM 3D模型的使用，也能夠使用之前已經(jīng)完成的各種模型中間件，從而提升設(shè)計效率。此外，還可以通過3D模型進行不同算法的組合，來找出設(shè)計中可能存在的問題，從而第一時間加以解決，有效降低設(shè)計中的問題。而且在3D模型上，還可以在設(shè)計中對構(gòu)件進行任意的設(shè)計，以及對位置、結(jié)構(gòu)上的剖圖，這就能夠打造更加精確的3D模型，從而為以后的施工提供更加精準的工程數(shù)據(jù)和相關(guān)資料。

3 結(jié)語

通過對比不難發(fā)現(xiàn)，BIM的應用可打破業(yè)主、設(shè)計方、施工方等之間的隔閡，讓建筑的所有信息在各方之間實現(xiàn)信息共享，并且在設(shè)計階段的協(xié)同以及施工的一體化方面提供了巨大的幫助和支撐，因此BIM技術(shù)具有非常強大的應用前景。