BIM技术在复杂形体建筑设计中的应用——以某美术馆为例

王 辰

中国建筑设计研究院有限公司

1 BIM

1.1 什么是BIM？

BIM 全称为Building Information Modeling，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM并不是单指一种软件或者模型格式，而是一种设计理念。“创建并利用数字化模型对建设工程项目的设计、建造和运营全过程进行管理和优化的过程、方法和技术。”

1.2 BIM能做什么？

美国BuildingSMART 联盟组织发布的《BIM 项目实施规划指南》（BIM Project Excution Planning Guide)中总结归纳了BIM在项目规划、设计、施工和运维阶段的25种应用。其中我们主要来看对于设计阶段的应用，其包含设计方案论证、设计建模、能量分析、结构分析、日照分析、设备分析、其他分析、LEED 评估、规范验证等。那么BIM 为什么能做到这么多，主要因为其包含两方面的信息，即几何信息和数据信息。

1.2.1 几何信息

但凡模型都包含几何信息，BIM 模型也不例外。在数字虚拟的三维空间内，模型的三维尺寸信息都得以记录保存并且具有可视性。这些信息最后以二维图纸的形式指导工人进行定位和施工。但是相较而言BIM 模型具有更好的出图性，对于现今常用的大型BIM 软件、三维模型和二维图纸空间被更好的结合了起来，可以进行无缝衔接保证几何信息的正确传递。

1.2.2 数据信息

BIM模型与其他传统建模软件最大的不同就是其携带有大量数据信息，包括项目信息，建筑构建信息，设备信息等。正是这些信息使BIM模型的应用大大的扩展了。比如模型中的一根钢柱，其除了带有几何信息以外，还附加有钢的材料编号、强度等级、表面喷涂材质甚至生产厂家等等信息。再比如模型中的一台风机，除了长宽高等几何信息外，还附加有功率、风量、使用年限、工作电压等等信息。正是这些信息使得BIM 模型能够进行分析及运维管理。

1.2.3 几何信息和数据信息

因为BIM 模型同时整合了建筑物的几何信息和数据信息，才让其能够进行多样的分析。比如一个模型具有体形系数、窗墙比等几何信息以及空调数量、位置、功率等设备数据信息，这样通过这个BIM 模型即可以进行建筑物的夏季热工及能耗分析。因此，BIM模型的应用才可以延展到建筑设计的各个阶段。

2 某美术馆的应用

为了研究BIM 技术在实际工程中的应用，以一个实际项目某美术馆为例，介绍BIM技术的实际运用情况。

为了体现轻盈的建筑造型，建筑主要空间为平行的双廊空间，以中间双墙作为主要结构构件悬挑，夹墙间同时也是垂直交通空间和设备空间。建筑屋面采用由半圆截面——从大到小的渐变，两侧中心对称。端部形成不对称的立面效果。建筑拟采用清水混凝土，直立锁边金属幕墙，覆土种植屋面等材料突显设计的“轻盈”状态如图1所示。

图1 某美术馆效果图

在BIM 技术的应用上，我们选择了AUTODESK 的REVIT 平台，它作为广泛应用的BIM类制图软件，有着强大的功能和资源整合能力。但是由于REVIT 的曲面建模及编辑功能较为局限，在建筑造型的控制上及前期的设计推敲中，采用了RHINO 建模，其优秀的NURBS 曲面建模功能可以很好的控制建筑形体，达到设计的预期效果。在整个设计流程中，通过共享的文件格式，模型的几何信息从RHINO 中被导入REVIT 进行加工，变为建筑物的各种构件，再加入数据信息，形成了有效完备的建筑信息模型。

在设计的检验优化上，我们使用了NAVISWORK，其作为AUTODESK 旗下的软件，与REVIT 有优秀的接口。可以将模型导入NAVISWORK 中作为轻量化的模型进行检验，除了可以看到室内室外效果，还能进行机电管线与结构、建筑构件的碰撞检验，保证模型的真实性与正确性。

在成果表达上，由于施工单位接受的还是二维图纸，所以由REVIT 建立图纸出图。在REVIT 中，图纸是直接从三维模型中剖切所得，是三维模型的二维表达，可以保证各部分尺寸及信息的正确及相互对应。

3 BIM的优势

通过某美术馆的BIM实践，对比以往的CAD制图工作模式，总结出了以下一些BIM的优势。

3.1 复杂三维曲面体型的精确定位

对于复杂形体的建筑项目来说，设计中最大的难点就是形体的定位。不同于简单的矩形等线性形体，异形形体很难用简单的几个数据来描绘。这时就需要建筑师的空间想象能力以及建模辅助设计。由于BIM 模型中包含了建筑物完整的几何信息，所以其能够帮助建筑师精确定位。在美术馆项目的应用中，利用BIM技术精确控制建筑形体体现在设计的各个环节之中。

在建筑设计初期，利用RHINO 完成对自由曲面的构件，结合GRASSHOPPER控制形体变化，亦即参数化，从而得到满意的空间形态。而后将生成的基准形体模型导入REVIT，作为建筑和结构的基准模型，进而控制钢结构形态定位。

3.2 优化细部设计

（1）土建模型定位准确性。美术馆由基准模型放样偏移精确定位结构梁、板、剪力墙的位置。在异形的结构体系关键点定位使建筑专业与结构专业的准确性得到很好的保障，以保证设计的完成度与完整度。

（2）建筑构件的定位准确性。建筑模型中的各种构件，因为造型随着整体建筑形式变化而变化，定位较为复杂。而通过REVIT模型，可以精确的直接标注出各类构件的位置。

（3）形体数据的进一步利用。变截面筒形结构体系在软件中建立模型后，施工图绘制中通过剖切REVIT模型的不同位置，形成特定位置的横纵剖面，在详图中进行设计细化。

地下覆土位置结合防水保温处理，墙身与屋顶详图设计结合直立锁边钛锌板的构造特点，并与厂家紧密配合，使建筑表达与施工图设计完整统一。

3.3 与结构及机电专业的配合以追求整体性和纯粹性

建筑作为一个整体，结构及设备的布置需要遵循建筑的形式。形体较为复杂的建筑，需要在有限且较复杂的空间内完成设备系统的设计，同时保证完成效果及使用效率。在美术馆的设计中，运用的夹壁墙的概念，将设备系统整合在建筑墙体之中。这时BIM模型便能有效的协调各专业，使设计更加完善。

另外为了验证设备模型的正确性，机电各专业管道和主路由NAVISWORK 与三维异形土建模型进行合并模拟，在施工图绘制中完成碰撞检验和调整，以保证工程的完成度和各专业的设计精度。同时还可以避免碰撞、解决吊顶冲突、明确管线位置和标高，辅助确定施工工艺等。以二层电梯厅吊顶为例，吊顶空间纵向高度受限，常规纵向分布的机电管线按平面布置。

3.4 三维图配合施工

BIM 模型生成的三维图纸使建筑形式一目了然，可以帮助施工方理解建筑构造，避免建筑师与施工方交流过程中的误解。另外细部的三维图纸也能辅助工厂的预制加工。

3.5 后期运维管理

因为美术馆正在施工还未建成，BIM 模型对于建筑物建成后的运维管理有多大的作用还需以后考证。但拥有建筑物各项数据的模型，对于建筑物的日常运营、管理、维护甚至日后的改造、拆除，都是非常有价值的依据。

4 结论

通过对于BIM 技术的了解、研究，以及在实际项目中的应用，得出了其相较于传统二维制图方式的优势。特别是在体型复杂的建筑项目中，除了可以帮助建筑师精确定位模型，还可以协助各方沟通，辅助施工，同时还能为业主提供数据及依据。而且未来其功能及应用还将被进一步扩展。