BIM在建筑设计中的应用及发展趋势

王光宇

(大连万达商业规划研究院有限公司，北京 100022)

1 BIM简介

BIM是Building Information Modeling缩写，中文意思即:建筑信息化模型，也可理解为建筑数字模型。是近年来在建筑设计行业中新兴的一种工程数字化设计方式，通过整体虚拟建筑信息模型实现全方位、全方面的土建设计及相关检测、管网控制等工作。涉及领域越发广泛，目前大量用于设计、建造、管理等的数字化管理工作，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，采用BIM技术，不仅可以实现设计阶段的协同设计，施工阶段的建造全过程一体化和运营阶段对建筑物的智能化维护和设施管理，同时打破从业主到设计、施工运营之间的隔阂和界限，实现对建筑全生命周期管理，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少工程风险及浪费。[1]

2 BIM在建筑设计中的应用

BIM技术最拿手的是复杂形体设计及建造应用，是可针对复杂形体进行数据整合和验证，使得多维曲面的设计得以实现。应用信息技术系统及设备，现代建筑师可以充分直观地展示新时代的设计理念和建筑美学，可以尽情地表达大胆的创意和神奇的构思，塑造并优化创作成果，使其创作成果达到传统创作方式无法比拟的新境界。建筑师可利用计算机对复杂的建筑形体进行拆分后利用三维信息模型进行解析，分成网格块进行模块设计，然后送至工厂按模块加工，再送到现场拼装即可。同时数字模型也可提供大量建筑信息，包括面积统计、经济形体设计及成本估算等。[2]

综合管线设计及管网综合排查，目前功能复杂、大体量的建筑、摩天大楼等机电管网错综复杂，在大量的设计面前很容易出现管网交错、相撞及施工不合理等问题，以往人力目测检查图纸比较单一、不能同时检测平面和剖面的位置，那么BIM软件中的管网检测功能为设计师解决这个问题。检测功能可生成管网三维模型，并落在建筑模型中。系统可自动检查出“打架”部位并标注，这样使得大量的检查工作变得简易。空间净高是与管线综合相关的一部分检测工作，基于BIM信息模型对建筑内不同功能区域的设计高度进行分析，查找不符合设计规划的缺失，将情况反馈给设计人员，以此提高工作效率及设计品质。

随着建筑设计的日新月异，规范已经无法满足超高型、超大型或异型建筑空间的消防设计。国内对这些无法适用于消防规范的建筑空间参考国外案例后采取了“消防性能化设计”。所谓消防性能化设计的初衷就是使得消防安全设计更合理化，科学化，成本最优化等。性能化设计中包含数字模拟人员疏散时间、疏散距离、有毒气体扩散时间、建筑材料耐燃烧极限等，使实际应用前就研究好最安全的人员疏散方案，设置最经济合理的消防器材以及最快速的扑救工作，为发生意外时减少损失并赢得宝贵时间。

BIM设计不但只针对建筑内部进行分析，场地规划甚至更大的区域规划也是可以提供大量的计算分析。例如整体场地内的日照、风向、风速、降水、地形坡度分析等模拟分析，由此利用计算机可分析出不同坡度的分布及场地坡向，建设地域发生自然灾害的可能性，区分可适宜建设与不适宜建设区域。协助土方量的计算，模拟土地沉降、场地排水设计等等，对前期场地设计可起到至关重要的作用。

综合上述应用，总的来说可以在建筑建造前做到可持续设计分析，使得控制材料成本，节水，节电，控制建筑能耗减少碳排量等，到后期的雨水收集计算、太阳能采集量，建筑材料老化更新等工作做到最合理化。在倡导绿色环保的今天，建筑建造需要转向实用更清洁更有效的技术，尽可能减少能源和其他自然资源的消耗，建立极少产生废料和污染物的工艺和技术系统。可以看出BIM的模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。BIM进行模拟实验，例如:节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等;在招投标和施工阶段可以进行4D模拟(3D模型加项目的发展时间)，也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而来确定合理的施工方案来指导施工。同时还可以进行5D模拟(基于3D模型的造价控制)，从而来实现成本控制;后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟，例如地震时人员逃生模拟及上面提到的消防人员疏散模拟等。

BIM设计软件应用极广，一切可用于工程需要的软件都可以算为BIM技术，不但有AutodeskRevit、CAD、3Dmax、SketchUp、PKPM、MAYA 等工程与 3D维软件，连EXCEL等办公类软件可以运用在BIM技术中。相关设计软件众多，平台不一是BIM技术的一个特点，但多元化平台会各取所长的提供整体建筑的信息数字化。目前对于我国来说，培养BIM设计及应用人才势在必行，应用设计软件不但是建筑师的工作，更要应用在建造商及施工人员的工作里，目前中建八局、中建五局已开始利用信息化模型整合施工工作。国外的建造行业应用大都淘汰了只依赖纸质图纸的传统施工方式，电子信息化正显示出它的技术优点。目前国家科技部“十一五”计划已经开始对建筑业应用BIM技术的课题研究。但国内学习BIM相关指示的途径较少，主要是私立技术学校开办的业余学习班，并且费用和教学质量参差不齐。希望教育事业者对此引起重视，开办正规全面的工程信息化专业，并列入理工科的教学范围内，不要输在信息化的平台上。在美国建筑业约有半数的机构在应用BIM技术，而在中国BIM技术尚处于起步阶段。目前各大设计单位都在开始组建自己的BIM团队，一些国内知名设计单位比如:中国建筑设计研究院、中建国际、现代集团、同济大学设计院、水晶石等已经开展了自己数字信息化设计业务，并完成了多个知名复杂项目设计，建设中的如:上海中心、银河SOHO、株洲博物馆等项目。

3 BIM在建筑设计中的应用展望

未来20 a，中国还将以每年新增20亿m2的新建速度发展。可以说中国的建设市场仍然处在黄金期，大量的现代化、高科技化的新型建筑会出现在人们的眼前。手工绘图和在电脑中绘图的习惯并没有大的变化;而BIM技术则不仅是换了一种工具，往小的说它将改变人的设计习惯、协同模式等;往大的说它将改变设计、施工、运营行业全产业链的协同作业模式、利益分配等，从而极大地促进整个行业的进一步资源优化整合。可以相信传统制图方式会被逐渐淘汰，以BIM为开端的设计革命已经悄然开始，可以说建筑行业已经进入BIM设计应用时代。

[1] 中国 BIM 论坛[EB/OL]./www.bim123.com.

[2] (英国)朗.吴锦译.新生代建筑师:世界新兴建筑领域的主角:第1版[M].北京:中国建筑工业出版社，2011.