BIM技術在建筑設計的應用研究

牛蔓麗 王曉茹 張 克

1.河南工業職業技術學院建筑工程學院 河南 南陽 473000 2.河南工業職業技術學院測繪環保工程學院 河南 南陽 473000

BIM技術能夠以建筑工程項目的各項相關信息數據作為基礎，建立起三維的建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息；建筑設計是建筑工程施工全過程中的首要步驟，建筑設計的效果好壞直接影響著建筑項目其他步驟的質量。而BIM技術的運用猶如給即將衰老的建筑設計方法加了一劑強心針，使其重新煥發活力和生命力。BIM技術可以將相關建筑信息參數編制在設計圖紙中，建模成可視化的三維模型，供后續建筑施工階段參考，建筑設計應用BIM技術使圖紙進入數字化時代[1]。

1 傳統建筑設計存在的問題

1.1 工作效率低

現在大部分設計者依然采用傳統的CAD技術來進行建筑的初步設計和施工圖設計；一些高職院校，也還在教授陳舊的建筑設計知識，學生就業時極少用到，用人單位需要對學生進行二次培訓，造成崗課不匹配，浪費了教學資源。

傳統的建筑設計CAD，設計人員要進行二維圖紙的繪制，施工方也是拿到的二維圖紙進行現場作業，用二維圖紙展示建筑結構的平面圖、立面圖和剖面圖，容易在數據上產生重疊，施工方需要將二維圖紙上的數據向三維立體模型轉換，耗費多余的時間和精力，容易出錯，增加完工時長，降低效率。

1.2 可視化程度低

設計建筑圖紙時，一般都是平面三視圖，設計過程中需要想象構件的立體結構進行設計，往往使設計者投入很大的精力，最后甚至設計出錯頭。在輸入圖紙數據時還會出現輸入數據錯誤的情況，一旦出錯也沒辦法立刻發現，沒有立體模型可供參考，并且軟件設計的二維圖紙無法反映出設計構造的所有信息，其他相關人員也不能夠直觀的感受設計方案，溝通受到局限，需要不斷的討論、修改，耗時費力，大大延誤了工期。

1.3 協同性低

建筑工程項目在設計階段與施工階段的專業知識不能互通，需要大量商討和協調工作，在傳統建筑設計作業中，如果數據出現錯誤，只能一個一個修改，無法達到統一修改，可能會有遺漏的情況，各專業間無法在同一個平臺進行協同作業，相互之間無法產生聯系，各做各的，從而造成信息不對等的局面，誘發一系列問題。

2 BIM技術解決建筑設計中的問題

2.1 信息集成解決效率問題

BIM技術是一種綜合性的建模技術，它能夠將建筑項目的各種信息整合并輸入保存。在BIM模型中，我們可以輸入構件的幾何信息、位置相對關系，也可以輸入整個工程從項目的設計、施工到最后的運營管理等幾乎所有的項目相關信息。這使得BIM模型成為一個包含豐富信息的數字化建筑副本，為項目的整個生命周期提供了可視化和數字化的支持。

一個重要的優點是BIM技術在構件生產方面的應用。通過BIM技術，我們可以批量生產同一類型的構件，只需要編制構件的基礎模型，然后輸入相應的幾何尺寸數據，就可以一次性生產出所需要的相當數量的構件。這極大地提高了構件生產的效率，減少了重復勞動和錯誤，保證了設計工作的高效性。

2.2 實景模型解決可視化問題

BIM技術結合了無人機、GIS技術和建模軟件的應用，可以實現建筑項目的全流程數字化和可視化管理。通過無人機進行航拍或激光掃描，獲取現場建筑數據，結合GIS技術將這些數據進行地理信息整合，構建真實的場景環境。然后利用建模軟件，將這些數據轉化為建筑的三維數字模型。

在設計階段，BIM技術可以模擬真實情況，如光照、材質效果等，讓設計師和業主可以在三維數字模型中直觀地看到建筑設計效果。同時，BIM技術支持對設計方案進行多次迭代和修改，實時查看變化對設計的影響，有助于提高設計質量和效率。

通過將三維數字模型與實景模型融合，BIM技術實現了建筑項目全流程的可視化。設計方案、施工進度、資金支出等信息都可以在一個統一的平臺上展示，使施工方和業主方都可以直觀地觀察建筑設計的整體過程和相關細節。這樣做不僅大幅降低了工作人員之間的溝通成本、時間成本以及表達難度，還提升了項目的整體管理水平和決策效率。

2.3 統一平臺解決協同性低的問題

BIM技術作為一種強大的協同設計工具，將不同設計部門和設計工作者之間的合作效率最大化。不同專業團隊的設計師可以將自己的設計成果上傳，如結構設計、機電設計、建筑外觀設計等。這些數據信息可以在平臺上進行整合和匹配，形成一個完整的建筑模型。通過BIM技術，設計人員可以實時查看其他團隊成員的設計變化，及時了解設計進展，發現和解決可能出現的沖突或問題。設計團隊可以在實時互動的環境中進行在線協作和交流。這使得設計方案的調整和優化可以更加迅速和高效地進行，大幅降低了設計沖突和錯誤，提升了設計效率和質量。

3 BIM技術在建筑設計中的作用

BIM技術用虛擬模型進行建筑設計，生動的表現建筑結構。

3.1 建筑外部設計

現代建筑設計師可以借助計算機輔助設計工具和BIM技術，更加便捷地進行復雜形態的設計和模擬。這些技術使得建筑設計過程更加靈活和高效，同時提供了更多創意和可能性，激發了設計師在幾何形狀上的大膽嘗試。例如河南鄭州CBD的“玉米”樓，它外觀呈現柱形，樓體腰部變粗，兩頭收緊，通體網格結構，在夜間燈光的加持下，宛如一顆飽滿的玉米。傳統的建筑設計常受到規劃法規、結構限制等的影響，限制了設計的創意。然而，通過對BIM技術的應用，設計師可以更加自由地表達自己的設計理念和個性化需求，將獨特的幾何形狀融入建筑設計中，使建筑更富有個性和創新[2]。

3.2 建筑內部設計

在現代建筑中，暖通管道系統可能需要適應多樣化的布局和特殊要求。通過BIM技術，設計師可以對管網系統進行優化和分析，確保管道布局的合理性和高效性。在模型中進行模擬和分析，可以發現和解決潛在的設計問題，提升系統的性能和效率。BIM技術可視化特性可以幫助我們合理設計內部管道走向，更優美的設計管道結構[3]。

3.3 BIM技術在建筑設計中的總體作用

根據建筑設計內外結構的不同，BIM技術主要作用：第一，信息整合。BIM技術的實質是建筑信息模型，在建筑設計階段，保證信息的完整性和有效性，為建筑設計提供準確參數是非常有必要的[4]。第二，信息可視化。BIM技術的可視化應用可以建立三維模型，將建筑進行虛擬可視化處理，使實際設計情況與虛擬設計情況更貼合。BIM技術可以展現建筑結構的各個角度，實現動態觀測，還可以顯示建筑結構的各項參數，實現從外形到細節到數據的全方位可視化。第三，信息互通。由于建筑施工階段需多專業一起工作，對全局進行統一協調。BIM技術提供一個平臺貫穿建筑工程整個生命周期，基于BIM開展討論，成為連接各專業的紐帶，實現信息的互通。第四，信息實時。在設計中出現需要修改的內容時，可在中心項目文件進行修改，BIM技術使用的建筑信息模型是實時更新的，一旦您修改了其中某個構件的數據信息，其他相關信息會立即自動更新，實現項目信息的傳遞和共享，真正做到協同設計。模型信息的實時性，為其他專業繼續進行相關工作提供最新數據，提高工作效率，也省時省力。

BIM技術為建筑設計在信息整合，信息可視化，互通信息與信息的實時性四個方面的發揮作用，提高了建筑設計的信息化程度，解決了傳統設計的弊端。

4 BIM技術在建筑設計中的實際應用

4.1 建筑設計中的應用

BIM的仿真建模功能可以對建筑現場環境及周邊環境進行模型模擬搭建，設計人員可以通過BIM技術將當地環境信息進行輸入，如經緯度、年月降雨量、光照、風速等信息，這就是BIM技術的可視化功能，可以直觀的感受到真實場景的信息，還可將上述參數進行分析并生成不同季節的氣候形態，設計人員可以基于多樣性的氣候形態并結合當地實際情況選擇合理、綠色的施工工藝與建筑結構類型，以此達到增強建筑結構整體穩定性，并減少對周邊環境的影響或污染，達到綠色建筑設計的最終效果。

4.2 構造復雜的結構設計應用

BIM技術在各類復雜程度較高的結構設計、形設計以及建筑設計實踐應用過程中具備較強的應用意義。對于建筑設計工作而言，其最主要的是需要結合實際情況對現有參數進行合理運用、通過BIM技術的幾何建模和參數化設計，設計師可以更輕松地表達復雜形體的設計構思，實現對復雜幾何的建模和可視化。在現代建筑設計中，許多建筑結構都需要采用曲線形式，如曲線墻、曲線屋頂等。BIM技術的參數化建模能力和實時更新功能，使得設計師可以靈活地調整曲線設計，實現更精確的形體表達。利用BIM技術，設計團隊能夠更加精確地制定設計目標，并在建模和設計過程中保持數據的一致性。這有助于高質量完成建筑設計，提升設計效率和準確性。

4.3 計算機信息化輔助應用

將BIM技術中的開放和共享功能與云服務器、云數據庫等相關技術結合，通過云數據庫的功能，可以記錄每一次設計方案的改動，實現設計方案的版本管理。設計人員可以輕松地追溯每一次的修改和更新，便于回退到之前的版本或者對比不同設計方案的差異。在云端建立多樣化的預制構件數據庫，將每一次的預制構件設計方案與搭配方案記錄其中，有助于團隊成員之間的信息共享和經驗積累。這為未來的建筑設計提供了豐富的參考和借鑒，提高了設計質量和效率。隨著時間的推移，云端數據庫會持續累積建筑設計方案和預制構件信息，形成龐大的數據資源。通過合理利用這些大數據信息，設計人員可以從中獲取有價值的洞察和啟示，優化設計決策，推動建筑設計的創新和發展。這樣利用BIM技術和計算機技術的結合，即提高了設計效率，也提高了設計的信息化、數字化程度，達到隨時隨地可以修改設計建筑模型的效果。

5 BIM技術在建筑設計中的應用步驟

5.1 方案編制

編制建筑設計方案，是建筑設計的第一步。工程設備、裝修與架構信息的整合有助于設計師在方案編制階段綜合考慮不同方面的需求和要求，確保各個專業之間的協調與一致性。在方案編制設計初期，安全技術應該是設計的首要考慮因素。BIM技術可以進行施工安全分析和模擬，幫助設計師預先識別潛在的安全風險和問題，確保施工人員的安全。BIM技術可以幫助設計師在建筑立面和平面的設計中實現一體化的整合。墻面、地板、天花板等要素可以在模型中相互關聯和調整，確保整個建筑的外觀和功能的統一性。

5.2 方案設計

BIM技術支持設計師在同一模型中模擬多個方案。通過創建不同設計選項，設計師可以比較不同方案之間的優缺點，優化設計，最終選定最佳的設計方案。BIM技術使得設計決策更加科學和數據驅動。通過BIM模型的分析和模擬，設計師可以預測設計方案的性能，從而做出更明智的設計決策。BIM技術可以進行施工可行性分析，幫助設計師評估設計方案在施工階段的可行性和效率。這有助于優化設計，減少施工中的問題和成本。

5.3 編制施工圖

BIM技術支持參數化建模，設計師可以使用參數來定義和調整建筑構件的尺寸、材料和屬性等信息。在編制施工圖時，只需調整參數即可快速更新模型，保持一致性和準確性。BIM技術支持4D施工模擬，即在BIM模型中添加施工進度和工程時序信息。這有助于施工團隊在編制施工圖時更好地理解施工過程，規劃施工順序和資源調配。BIM技術可以自動為建筑模型添加標注和尺寸，減少了手動標注的繁瑣過程。這樣可以確保施工圖上的標注和尺寸與模型一致，避免了標注錯誤和不一致的問題。利用BIM技術進行立體圖的繪制，建成三維立體虛擬的信息模型，利于直觀地感受建筑的魅力。

6 結語

運用BIM技術，有效提高建筑設計效率和施工質量的提升，用建模手段輔助建筑設計，顛覆傳統二維平面設計方式，建成含有信息的三維虛擬模型，提高建筑設計的數字化、可視化程度，BIM技術使建筑各專業間突破鴻溝，達到協調統一的平坦大道，使得建筑設計和施工的各個環節之間能夠實現高度協調和數據交流。設計師、工程師和施工團隊可以共享同一個BIM模型，確保設計和施工過程的信息同步和一致性。這有助于提高數據分析的精準性，并避免因信息不一致而引起的問題。BIM技術使得建筑企業能夠更加注重項目的細節和精益求精。通過建立精確的三維模型，企業可以更好地規劃和管理項目，從宏觀到微觀地優化設計和施工過程。

在未來發展中，BIM技術可以建立大型項目群，建成基于云平臺的模型數據庫，有助于建筑行業朝著可持續健康發展的方向邁進。在建筑設計中能夠進行能耗模擬和優化，幫助設計師在早期階段預測建筑的能耗和熱效益，從而優化設計，實現節能減排。這有助于推動建筑行業的綠色發展和環境保護。這些積極影響使得BIM技術成為建筑行業數字化轉型和可持續發展的重要推動力。