BIM技術在建筑設計中的應用及發展趨勢

劉津津 唐博

中國建筑設計研究院有限公司 北京 100032

1 BIM技術及意義

BIM（Building Information Modeling，即建筑信息模型）是建設領域中，可被應用于項目全生命周期的一種高度信息化手段。BIM模型集成了所有構件的幾何特征、屬性、功能要求、使用特點等各類信息，其強大的整合能力將項目建設方、設計方、施工方、監理方、物業管理方以及材料器械供應商等各參與單位集中在同一平臺，共享項目信息，推動項目向效果可視化、成本控制精細化、建造品質精致化、設備維護精準化等方向發展。BIM已不只是單純的軟件應用，更成為一種科學管理手段，是實現建設項目信息化、數字化、智能化的重要工具[1]。

伴隨新一輪科技革命的肇始，數字化、信息化浪潮正以不可阻擋之勢席卷全球并洗禮各行各業。媒體和信息通信技術等領域已實現高度信息化，而建筑行業在全球范圍內，即使是發達國家，其產業鏈各環節的信息化程度也普遍處于墊底水平。整個行業仍背負著數字化轉型升級的巨大壓力。

為更好地推動建筑業數字化轉型升級，近年來中央及各地方政府聯合行業管理機構一直高度重視建筑行業BIM技術發展，并相繼出臺了一系列鼓勵、支持信息技術服務行業發展的政策法規，從制度層面提供了保障行業蓬勃發展的良好環境。

2 BIM技術的應用特點

可視化及可優化：通過三維立體模型呈現準確的幾何結構，使設計人員能夠更快捷地掌握建筑整體形態、內部空間形態、構件間的相互關系等，同時還可以通過與渲染軟件的銜接，實時展示建筑效果，方便設計人員針對不同的設計需求對工程進行持續優化。

共享性與協調性：在設計階段，BIM技術通過展現建筑空間、結構構件、設備機器及管線布置等內容實現各專業間的設計信息實時共享，既保證了各專業在空間布置上的協調統一，又提升了設計人員的協同意識。通過提高設計效率及設計準確率，較大程度地克服了傳統設計中存在的各專業間二維圖紙解讀偏差的弊端[2]。

在施工階段及運維階段，BIM信息的共享性能夠保證各參與部門在同一信息基礎上協同工作，降低溝通障礙，提高協作效率，BIM的共享性與協調性貫穿項目的全生命周期。

關聯性與一致性：BIM信息模型中構件內部、構件之間、各分模型之間的參數信息具有關聯性，筑基于于同一邏輯系統。當項目某項信息發生變化時，相應的模型及構件參數會隨之變化，保證BIM系統內部邏輯及信息的一致性。

可分析性與可模擬性：基于完整的BIM模型，通過與各類分析軟件的銜接，可以實現風環境模擬、日照模擬、建設材料用量分析、造價核算等各類指標性分析；亦可以通過施工進度模擬、構件建造模擬等優化施工方案；還可以模擬自然災害對建筑的影響，實現更加科學化的建筑設計。

3 BIM技術在建筑設計中的應用案例-某商業綜合體項目

3.1 項目介紹

作為世界級的都市更新項目，本案立身為促進社會進步，改善社會福祉，激發創業和藝術發展的全新文化中心，比肩倫敦金絲雀碼頭，東京中城以及紐約哈德森碼頭。項目毗鄰某在京著名藝術區，西側是現有商業辦公酒店綜合體，東側為大型體育公園。項目總占地面積3.4萬㎡，總建筑面積約26萬㎡，落成后將為本區域釋放出更多辦公，酒店及零售空間。地下一至三層裙房部分承擔商業功能，四棟塔樓分別為三棟甲級辦公樓和一棟五星級酒店。裙房部分造型設計采用曲直結合，由層疊錯落的室外景觀露臺及景觀樓梯串聯；建筑群整體造型靈動、活力充沛，空間形態豐富，各建筑分體通過若干公共模塊銜接融合。在傳統設計框架內，本案對建筑、結構、機電等專業的分工作業與協調配合提出極大的挑戰，但BIM技術的應用使得這些難題迎刃而解[3]。

3.2 項目中BIM技術的應用

3.2.1 全專業協同設計。本案在BIM設計范式下，由建筑師團隊率先搭建整體建筑模型（包括功能空間、外幕墻方案與局部特色結構構件），借助與BIM銜接的即時渲染軟件及VR技術向業主展示項目整體效果。局部方案調整與效果確認后，結構工程師開始搭建結構體系，核算結構構件尺寸，與建筑團隊協同優化局部空間設計方案。機電工程師隨后介入，對機房、管線排布空間開展精細設計，校核已預留空間尺寸、面積、高度等是否滿足業主、建筑師的控制要求。若滿足則設計完成，否則四方（三專業匯同業主方）重復上述過程直至方案得到各方認可。

3.2.2 復雜變更及時同步。項目造型及空間錯落復雜，結構體系形式多樣（裙房部分采用鋼結構體系，塔樓和地下室采用混凝土框架體系），設備管線綜合布置難度高、工作量大。BIM模型能夠完成對三維空間（構件）精確展示的天然優勢使各專業間的配合變得直觀且高效，設計調整與方案變更能夠在各方工作端得到及時體現，初始方案在不斷的優化迭代中完成蛻變。

圖1 某商業綜合體項目BIM設計最優方案

3.2.3 全生命周期無間配合。本項目現已進展至施工圖階段，從方案深化設計、初步設計到施工圖設計，BIM技術已貫穿至各配合方（建筑師、結構工程師、機電工程師、幕墻深化單位、木結構及連橋設計單位等）并實現了設計成果與業主要求的精準契合。在滿足業主功能策劃及造型審美要求的基礎上最大限度地保證了項目整體設計的安全性、經濟性和最優性。每個環節的無間配合都為項目后期施工與運維增添了一重保障，在避免錯漏碰缺，減少浪費的同時提升了項目的綠色、節能和可持續性[4]。

4 BIM技術在建筑行業的發展趨勢

4.1 BIM+X助力傳統建筑向數字建筑跨越式發展

Information（信息）是BIM技術的核心，更是建筑大數據時代的基石。作為建筑行業的源代碼，BIM與大數據結合的典型形式是建立包含海量案例信息的數據庫系統，該系統可顯著提升信息體量和檢索速度，實現各屬性、各層次構件的快速、精準定位。拓展到相關領域，可有效降低知識獲取成本，弱化行業壁壘，筑牢創新基礎。

BIM+云計算一方面使得各建筑參與單位可以通過云端租用各種計算基礎工具，將自身從昂貴、煩瑣的IT基礎建設中解放出來。另一方面，基于大數據的云檢查可有效提升工程安全裕度。云端批注共享，支持廣域協同，也使審計更加便捷。

BIM技術與物聯網的碰撞，將使整個建筑產業鏈充分融合，使建筑業的發展和實施更加完善及有序。而BIM在和GIS整合后有望廣泛應用于城市及景觀規劃、建筑設計、災害管理、室內導航等場景。

隨著新一代信息技術的加速發展，BIM+X的跨界融合必將為傳統建筑行業帶來深刻變革。結合先進的精益建造理論方法，集成人員、流程、數據、技術和業務系統，推進建筑全過程、全要素、全參與方實現數字化跨越式發展。

4.2 BIM與VR/AR技術深度融合

傳統的建筑設計環節通常由建筑師的設計理念驅動，形成初步建筑外觀與內部構造。再由結構工程師校核結構可靠性與安全性，最后由機電工程師配合校核及優化。BIM+VR（Virtual Reality，即虛擬現實）技術的使用，不僅使得三方在設計階段就可以同步介入，協同完善設計，高效推進項目進程，VR的使用甚至允許客戶直接參與設計，有效降低反復修改設計方案帶來的時間與經濟成本。VR技術與BIM結合應用到建筑施工過程模擬，可以充分比較各種建筑材料和施工方法，進而直觀評價工程預算和施工結果，實現最終的降本增效。

BIM+AR（Augmented Reality，即增強現實）通過向現實世界投射項目信息，使得用戶可以在真實施工場地上預覽設計或施工效果，從源頭避免沖突和設計錯誤。可廣泛應用于項目決策、進度查看和地下工程施工等各個環節[5]。

4.3 BIM+創新應用場景

BIM在歷史建筑模型的構建中，可以同時完成分析、保存建筑形態的任務。通過構建等比例仿真模型，用直觀的視覺語言表現歷史建筑的演變，發覺歷史建筑的設計美感、文化美感和精神內核。在古建筑修復、歷史建筑設計等諸多方面也能發揮重要作用。

BIM等先進信息技術應用到現場施工管理可更好地實現施工現場人、機、料、法、環的整合與控制，實現管理模式由粗放化的傳統工地向數字化、精細化、智能化的智慧工地轉變。

BIM模型是支撐智慧城市建設的必要數據基礎。后者借助信息和通信技術，通過全面收集、分析、整合和處理城市生態系統中的各類信息，使城市中各系統的信息互聯互通，對城市運營管理中的各類需求做出智能化響應和決策支持，推動民眾生活實現普惠便捷、城市治理高效精準生存環境綠色宜居、基礎設施智能可靠[6]。

5 結束語

BIM在建筑設計環節的應用突出體現了其可視化、可優化、一致性等技術優勢。為因應全球產業信息化、數字化、智能化的發展趨勢，建立以BIM技術為核心的系統管理體系刻不容緩。BIM與新一代信息技術的跨界融合，輔以VR/AR等先進視覺感知設備，將成為打造數字建筑、建設智慧城市的中流砥柱。