浅析BIM技术在建筑设计阶段的优势与应用

李宏军 代彬 武轶楠 冉彦立 张可

【摘 要】BIM是建筑工程行业的新技术，实现了建筑一致性参数化建模，能够实现建筑从设计到施工，直至全寿命周期的运行，各项信息完全集中于一个三维信息模型中，具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性突出优势。本文从建筑设计阶段浅析BIM技术的优势与应用。

【关键词】BIM；参数化；三维信息模型；建筑设计

一、引言

上世纪60年代，CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）诞生于麻省理工学院，但由于计算机发展水平的限制，只有美国通用汽车及波音使用。随着小型计算机费用的下降及PC的应用，在上世纪70～80年代，CAD得到了迅速发展，美国Autodesk公司也在当时发展壮大起来。CAD的发展，为建筑工程行业人机交互设计提供了平台，同时终结了手工绘图的时代，这普遍被称为建筑工程行业第一次革命，即“甩图板”计划。

BIM是Building Information Modeling（建筑信息模型）的简称，是建筑工程行业的数字化建模新技术。在1975年，美国Eastman教授提出了建筑描述系统（Building Description System）的概念[1]，这是BIM的时期提法，故他也被称作“BIM之父”。在2002年，由Laiserin提出了目前所使用的Building Information Modeling [2]，Autodesk公司也在同年采用了BIM这一名称进行宣传。随后，BIM技术迅速得到全球业界的广泛认可，计算机的快速发展为这一概念的实现提供了保障，这是一项能够实现建筑信息集成的技术，将建筑从设计到施工，直至全寿命周期的运行，各项信息完全集中于一个三维信息模型中，Chuck Eastman教授的著作BIM Handbook [3]对BIM的根本理论和应用进行了严谨客观的阐述。BIM技术将推动二维信息时代向三维信息时代的变革，这是建筑工程行业的第二次革命。

目前，BIM技术一致参数化建模特点决定其如下优势：可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性。本文将从设计阶段对BIM应用进行分析。

二、建筑方案设计

基于传统的CAD技术，尚停留在二维信息时代，呈现出来的是平面图、立面图以及剖面图等平面图样，需要识图人员经过大脑处理，而形成抽象的立体模型。而BIM技术采用数字化的方式来表示建筑構件所有信息，这些数字化信息可以表达构件的属性和行为，并支持数字化分析工作。因此，BIM技术能够直接呈现三维数字化信息模型，直观、具体。

建筑方案设计，是建筑师基于对设计任务书的理解、信息收集、设计条件分析，进行的创造性构思，对项目进行功能布局及外形轮廓的不断调整，直至满足项目文化、周边环境、功能要求、经济指标、技术可行等要求。建筑方案设计的过程是一个动态的图示思维表达的过程，建筑师在此过程中常常需要根据实践中出现的问题不断地进行设计方案的比选、调整与优化，以寻求更好的解决方案，直至拿出最终的设计成果。BIM技术能够将建筑方案通过数字化信息模型直接呈现在设计师面前，方案特点一目了然，无论是方案间比选，抑或是方案的调整与优化，BIM技术都具有无与伦比的优势。除此之外，BIM技术能够进行造型、体量及空间分析，以及能耗和建造成本分析等，使得初期方案决策更具有科学性。

三、多专业协同与优化设计

一个建筑工程设计需要多专业协同配合，首先是建筑专业对建筑的功能布局、外形及轮廓、装修做法等进行设计，再由结构、设备（包括给水排水、暖通空调及气专业）以及幕墙专业分别进行设计。整个设计过程涉及专业多、问题多、技术问题细致而复杂，专业间协同工作是二维设计的一大难题，往往由于各专业设计师之间沟通不到位，出现设计冲突，如暖通管线布置与梁碰撞、结构柱过大影响建筑使用、梁高过高影响建筑净高等问题。这些冲突只有在后期进行图纸校审过程，甚至施工阶段才能发现，造成重复设计、窝工等现象。

BIM模型中所有信息可以达到一致关联，即如果一个信息改变，所有相关信息都将随之改变。BIM的协同性能够极大改进建筑业在过程、专业、组织等方面割裂问题、通过提高各方面协同集成水平，突破了二维CAD仅停留在本专业、本组织间的协同。因此，基于BIM技术的设计过程，三维信息模型可以共享，并可以实时更新，一个专业进行了修改，其他专业均可以查看到最新模型，这样专业间的沟通效率将大幅提高。即使出现了设计冲突，由于BIM模型数字化特征，可以进行协调检查，针对设计中的“错漏碰缺”，在设计早期进行处理，有效减少变更单数量。

四、建筑模拟分析

在建筑设计过程中，不仅需要建筑物的模型模拟，还需要进行节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等。传统二维设计，每种模拟需要采用专门软件进行独立建模与模拟，独立建模耗费过多工作量，且模型难以达到施工图的深度，只能近似模拟。BIM技术可以基于三维信息模型进行所需的各种模拟实验，达到统一模型、节约时间与劳动成本。

五、出具施工图

BIM模型不仅能绘制常规的建筑设计图纸及构件加工的图纸，还能通过对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，并出具各专业图纸及深化图纸，如综合管线图、综合结构留洞图、碰撞检查报告和建议改进方案图等更为实用的施工图，使工程表达更加详细。BIM技术如此方便的出图能力，使得设计师耗费在施工图阶段的大量时间被解放出来，进而将更多的时间放在前期的方案及扩初设计，让建筑工程项目的设计更加合理和科学。

六、结论

BIM技术在设计阶段能够在建筑方案设计阶段、协同工作、建筑模拟分析以及出具施工图方面都有无与伦比的优势，较传统二维设计过程具有突破性变革，能够有效提高建筑设计质量和设计效率。

【参考文献】

[1] C. Eastman， The Use of Computers Instead of Drawings， AIA Journal， 1975， 63（3）： 46–50.

[2] J. Laiserin， Comparing Pommes and Naranjas， The LaiserinLetter？， 2002， 16.

[3] C. Eastman， P. Teicholz， R. Sacks， K. Liston， BIM Handbook： A Guide to Building Information Modeling for Owners， Managers， Designers， Engineers and Contractors， Hoboken， New Jersey： John Wiley & Sons， Inc.， 2008.