建筑信息模型(BIM)对设计过程的影响分析

徐浩 张洋

长久以来，由于设计工具的局限性，设计人员一直以二维的图形文件作为传递信息的媒介和表达设计构思的手段，二维的设计表达方式逐渐被作为思维模式固定下来。二维设计思维的实质是将三维物体分解成平、立、剖等不同片段加以研究，然后通过大脑的综合思维能力建立起完整的判断，设计人员在设计过程中需要在三维的形象思维与二维的抽象思维间不断进行心智转换，这种转换过程不仅制约了设计人员的想象，而且也是造成设计错误难以消除的根源。为了克服二维表达方式的局限性，设计人员借助于三维模型来表达构思。在最初的阶段，设计人员通过制作实体模型来作为建筑表现手段，但这种模型仅能满足几何形状的要求，无法进行更深入的分析。计算机的发展为设计人员提供了更好的平台，早期的虚拟三维模型也是建筑物的外观模型，缺乏建筑物内部空间划分与附属的物理信息，这种模型只能用来推敲体量，无法支持精确设计构思与设计分析。BIM具有强大的三维设计功能，不仅有助于更好地表达设计构思，其强大的内嵌数据库可以帮助设计师直接进行精确设计。

1 建筑信息模型概述

近些年来，建筑信息模型(BIM)无论是作为一种新的理念还是一种新的生产工具都得到了业内的广泛关注。很多人认为它是近几年出现的新事物，但实际上，BIM的思想由来已久，早在1975年，被誉为“BIM之父”的Chuck Eastman教授就提出未来将会出现可以对建筑物进行智能模拟的计算机系统，并将这种系统命名为“Building Description System”。进入20世纪80年代后，BIM的研究受到CAD的冲击，但学术界对BIM的研究并未中断。1986年，美国学者Robert Aish提出了“Building modeling”的概念，这一概念与现在业内广泛接受的BIM概念非常接近;在“Building modeling”概念提出不久，Building Information modeling的概念就被提出。全球三大建筑软件开发商Autodesk，Bently及Graphisoft都推出了自己的BIM软件产品，并在全球多个项目上进行了试用并取得了不错的效果[1-3］。现在，BIM已不再是学者实验室研究的思想概念，而是变成了可以在工程实践中解决实际问题的生产工具。

2 基于BIM的设计过程的特点分析

1)可视化的设计过程，为建筑师提供更深的设计视野。

BIM设计软件具备直觉式用户体验的交互界面，让设计师的抽象概念可以快速地转换成可视化的物理模型，简言之，BIM使设计师可以用真实世界的原理来解决真实世界的问题。设计师抛弃了传统二维制图，二维制图对建筑形式和空间表达的束缚不复存在，设计师可以更好地发挥自己的创造性和想象力，利用建筑信息模型的各种实体造型模块和工具搭建虚拟空间，实现可视化设计，研究和探索各种复杂空间成为可能[4］。可视化是设计和验证设计的有力手段，可视化设计不等于在一个简单的视觉3D模型上进行设计，而且包括了对设计过程的控制和验证。针对建筑师的设计习惯，BIM设计软件具有独特的2D/3D混合视图功能。3D模型和2D图面能够智能联动，更改了三维模型或二维图纸;相对应的二维图纸和三维模型也会自动更新。使用者可以自由选择2D或3D的工作流程，或是同时在两者上交互作业，用同一组工具建立和编辑模型，采用混合模式工作，设计师从二维设计前进到三维设计，却不需要承担太大的风险与培训成本。

2)智能化的设计过程，保证信息的协调一致。

BIM采用的是参数化建模技术，操作的对象不再是点、线、圆这些简单的几何对象，而是墙体、门、窗、梁、柱等建筑构件;在屏幕上建立和修改的不再是一堆没有建立起关联关系的点和线，而是由一个个建筑构件组成的建筑物整体。建筑信息模型将设计模型(几何形状与数据)与行为模型(变更管理)有效结合起来，整个建筑模型和整套设计文件是个集成的数据库。基于BIM的设计过程就是不断确定和修改各种建筑构件的参数，全面采用参数化设计方式。BIM软件立足于在数据关联的技术上进行三维建模，模型建立后，可以随意生成各种平、立、剖二维图纸，并保持视图之间实时、一致的关联[5］。CAD与BIM软件的区别见图1。

图1 CAD与BIM软件的本质区别

3)连续的设计过程，一次建模，全程使用。

利用BIM可以进行连续的设计有两层含意:a.利用BIM可以实现同一专业内的连续设计;b.可以实现在不同专业之间的连续设计。首先以建筑设计为例来说明BIM如何支持在同一专业内的连续设计。在利用传统的设计工具进行设计时，在方案设计阶段，往往需要求助于一些三维建模软件来完成方案的3D模型，在完成方案设计后，设计师往往需要转换到平面绘图工具来完成施工图设计，导致一些重复建模的工作，而在建筑表现阶段做渲染效果图或者动画时，又不得不脱离开平面绘图工具，再次在三维软件中耗费时间和精力重新建模。而BIM的设计过程实际上就是真实的建筑三维模型建立的过程，并且能够对模型的渲染进行精细控制，让渲染效果图和动画表现成为建筑三维信息模型过程的副产品。由于在整个设计过程中使用同一模型，因此可以实现信息的重复利用，也使得各项工作可以自然衔接。其次，模型中的数据能够在跨越不同的专业，在建筑、结构、机电水暖系统(MEP系统)之间交换，不同专业的设计师所完成的智能三维模型将能够轻易地把模型中携带的信息交给其他的专业团队，让整个项目中的各参与方都能够在拥有丰富信息的状况下进行工作[6，7］(见图2)。信息的无缝对接避免了信息的重复输入，减轻设计人员的工作负担，让设计师可以用更多的时间来思考设计本身，提高设计的生产效率。

图2 BIM支持信息在不同的专业系统间无缝对接

3 结语

建筑信息模型是对工程项目信息的数字化表达，是数字技术在建筑业中的直接应用，它代表了信息技术在建筑业中应用的新方向[8］。BIM对设计过程的影响是全面而深远的，说其全面是因为它影响到设计过程的各个环节，说其深远则是因为它变革了传统的设计生产方式。BIM提供的是一种更接近现实世界的设计思维模式，它采用的是模拟现实世界的方式来实现可视化设计和智能化设计，简言之，BIM的应用使设计师可以用真实世界的原理来解决真实世界的问题。

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