建筑室内设计项目中的BIM建模应用研究

黄维彦，吴 昊

(1.南京林业大学，江苏南京 210037；2.苏州金螳螂建筑装饰股份有限公司上海设计公司，上海 200035）

建筑信息模型(Building Information Modeling)简称BIM，在经历了几十年的发展历程后，已经成为建筑业的新兴力量，不仅是众多大型复杂建筑项目的主要技术支持，更推动着行业向更加自由多样的设计形态语更加高效的协同合作和更加完整的全生命周期方向发展。BIM的早期实践从芬兰、新加坡等国家开始，随后在美国展开更多的探索，目前已成为美国等欧美国家的主流力量，也深刻影响到包括中国在内的其他国家的建筑建设。现阶段BIM因其“工程信息连续化”“节能分析虚拟化”“建造过程可视化”等特点在国内外各类建筑工程建设中都占据着及其重要的地位[1]。作为建筑项目的完善和补充，室内装饰装修工程不可避免的也受到BIM技术的影响和辐射，尤其体现在以BIM为主导的建筑项目中。随着BIM技术在国内大型工程项目的不断普及和应用，建筑内装项目在BIM应用上的实践机会也越来越多，各大设计院因此积累了大量的经验，不仅掌握了各种先进的BIM软件，且正在从根本上改变传统设计流程，成立专门的BIM项目组来协同各部门之间的工作，逐步适应并更加有效发挥BIM技术的优势，真正意义上实现了行业的升级换代。本文将从BIM软件在方案设计阶段的应用和BIM建模技术对施工环节的主要辅助作用等几方面分析和探讨其在室内装饰装修工程中的应用价值，为未来行业发展提供更多有价值的指导。

1 BIM软件在建筑内装项目方案阶段的应用

与以往的二维绘图软件相比，BIM绘图软件采用的是三维模型的创建方式，并搭载了大量信息数据，是一个可以为整个项目所有环节提供所需数据的平台。淘汰了以点、线、圆等二维图形来代表建筑构件进行图纸的绘制模式，BIM软件支持设计师在设计过程中通过放置墙体、柱、梁以及门窗等构件单元，在电脑中直接建立由构件组成的信息化模型。在设计过程中，不断增加的各种构件以及携带的完整数据，便可在系统中建立起一个越来越庞大的构件库。由于模型中存储了大量这样的信息数据，因此当模型建成后，软件可以随时自动生成任意所需的各类图纸，不管是二维输出还是三维效果都毫无障碍，且准确可靠。不仅为每个阶段提供各类图纸，通过BIM模型还能直接统计相应的工程用料用量，获得准确的工作量统计数据，从而极大的提升了工作效率和出图质量（见图1）。此外，由于所有图纸是基于统一的模型基础输出的，因此任何一处的修改都能够在系统中实现实时联动，所有相关联的数据会随之修正，从根本上避免了传统软件单纯依靠绘图者手动修改而带来的疏漏[2]。

在整个方案设计阶段，除了精准出图以外，如何生成一个各方都满意的设计方案是至关重要的。BIM软件所具备参数化设计和可视化分析等能力在方案优化及决策过程中都体现出极大的优势。包括业主方在内的各部门人员都可以调取信息模型，通过直观的图像和数据分析结果来帮助形成最终的决策[3]。

BIM的参数化软件包括Rhinoceros、Revit、DP（Digital Project）、CATIA、Grasshopper等，目前均被广泛运用在方案设计的建模阶段和优化调整中。这些软件中的曲面建模、参数化设计等功能特别适应于复杂空间的设计优化，不仅能和原有建筑结构模型无缝衔接，在处理特殊异形结构体时也能够精准高效的还原所需的模型，为方案推敲和后期施工解决后顾之忧[4]。

金螳螂上海设计公司承担的上海中心大厦底层办公大堂的室内空间深化设计，原设计方案中顶部天花呈现出自然的有机形态，从其平面形态上看所有的板块都呈现三角形且处于同心圆的关系中，从立面形态上看则是一个盆状的结构。如此错综复杂的空间形态关系在传统软件中是难以表现出来的。在建模环节中，设计团队首先在上海中心大厦的BIM数据共享平台上下载其他各专业的BIM模型，以确保尺寸的精确性，并开始进行详细的分块建模。由于所有三角形板块的位置都具有极强的数学逻辑关系，因此特别适合使用Rhinoceros+Grasshopper参数化建模的方式来实现。参数化建模不但节约了建模时间，由于板块间的数学逻辑关系的建立，使每一个局部的参数变化所带来的全局变动都能由电脑自动完成，极大的提高了后期设计的修改效率（图2）[5]。同时，Grasshopper的模型进入Rhinoceros软件之后再导入Revit中与其他模型进行整合，使每一个板块都得以在施工图中精确表达（图3）。这样的输出方式不仅解决了构件的加工和安装问题，同时也因其精准的位置表达而避免了与其他各种机电定位的冲突，大大提高了施工过程中与其他专业之间的沟通效率。

图1 BIM软件所生成的模型携带着大量准确的数据信息

图2 Rhinoceros+Grasshopper参数化建模

图3 Revitr导出图纸

图4 参数化软件实现动感造型的设计优化

图5 参数化软件实现三维空间中灯具排布的设计优化

图6 BIM软件对规则天花和不规则天花的区分处理

图7 各专业间的碰撞检测

BIM的参数化设计软件在上海中心大厦裙楼的多功能厅室内设计项目中也发挥了极大的作用。设计方案中需要通过三组特殊的三维曲线圆管来实现类似涟漪的动感空间效果。设计团队最初打算用简化多维曲线的方式来解决精度问题。但是通过BIM软件的测试发现，降维后的曲线造型加工安装难度虽然降低了，可是原先方案中富有的律动感与活力的空间感却消失了，造型过于单调和生硬。于是设计团队利用Rhino + Grasshopper的方法在每组圆管的首尾之间设置了一组200mm高差的等差数列，通过有层次的视觉变化让整组造型重新拥有律动感，最大程度还原了设计的构想，并以最低的施工成本和更高的精度呈现动感的空间效果（见图4）。

完成空间造型之后，如何在每一根圆管中合理布置LED灯以达到群星璀璨的视觉效果成为困扰设计团队的新难题。首先，丰富多样的动感空间效果使每一根圆管都成为一个密闭的立体空间，在常规的装饰手段下，难以在软件中模拟出灯光位置，只能通过钻眼去一一尝试。这样做既耽误工期又很容易报废原有的圆管造型。其次，业主已经提前采购好了灯具，总数已定，几乎没有可以变动的空间了。此时如果用传统设计思维来解决，灯具排布的难度非常大。如灯具数量超量了，就需要重新订货，连同运输和安装，将会造成整个工期的滞后。但使用了BIM参数化软件就能很轻松的解决这个难题。由于与排布相关的变量只有两个，一是灯具的数量，二是间距。既然数量是确定的，那么唯一要考虑的变量就只有间距了。间距的变化只有等数排列或等距排列这两种形式。在参数化软件Grasshopper中，只需要采用最简单的划分命令就可以快速解决这个问题。最终设计团队利用Grasshopper建立了参数化模型，通过参数驱动，有效控制灯具的排布方式与排布数量，进行预先的排布模拟，准确定位每盏LED灯在圆管内的尺寸和间距，按模型所提供的的数据进行实施后，一次性便成功完成所有灯具的安装（见图5）。

在可视化分析方面，BIM设计软件建模生成的模型中携带诸多重要的数据信息，并具有“所见即所得”的特点[6]。各种分析软件可以非常便捷的为相关人员呈现决策所需的分析结果。设计方案完成后，设计方能够为业主、运营公司等各个部门全方位展现每一个细节，各方经过对空间利用、审美、流线、采光、材料成本、声学、消防疏散等方面的分析研究之后，能够直观的发现问题并进行讨论，大大提高了决策的效率，高效的实现各部门之间的协同合作。

2 BIM在建筑内装项目施工环节的应用

BIM的建模应用不仅在设计阶段体现出巨大的优势，在施工模拟和现场施工中也表现出极强的优越性。

可视化的BIM模型可以实现施工之前的模拟，精准确定每个构件的尺寸与位置乃至分缝的大小。对于不规则形体的构件，利用BIM软件的参数化特点，对每个异形模块进行编号，并在BIM平台上结合现场尺寸进行预拼装，利用Revit绘制并导出数据，交给工厂进行加工，在施工之前就把可能出现的问题提前解决，既确保施工的准确性和高效性，又减少材料的浪费和返工，实现真正的绿色施工（如图6）。

建立在BIM平台上的内装项目在施工之前都可以很方便进行碰撞检测。检测的价值主要体现在通过碰撞信息发现装饰设计与其他专业如结构、机电管线等之间是否存在冲突，所有检测结果都会反馈到模型数据平台上，与各个团队实时共享，共同商议处理方案，为施工落地提前做好准备，保证了方案的最优解决方案（见图7）。

现场施工阶段，依靠BIM技术，设计团队可以在信息模型的基础上结合全站仪、三维扫描仪等精密设备对安装进行精确的把控，高效且有质量的保证大型甚至异形空间中各种造型的顺利落地[7]。例如在南京青奥中心室内设计施工过程中，室内空间造型复杂且自由曲面空间体量巨大。其中GRG曲面造型正是结合BIM技术，借助数字化施工技术完成最后的施工过程的。整个过程包括：三维扫描→点云建模→模型比对→调整模型→模型分模→部件模具制作→三维扫描部件模具→GRG部件加工→GRG部件扫描→GRG部件安装→GRG分区域扫描。负责深化设计及施工的金螳螂上海设计公司使用数字仪器和参数化建模，最终精确完成内装的所有部分。BIM技术再一次在此类建筑内装项目中展现出其强大优势。

3 结语

BIM技术的出现促使整个建筑行业高速发展，也快速改变着传统的室内装饰装修设计模式。通过上述的分析和案例展示，BIM不是简单的二维绘图工具，而是成为了大量信息数据的集成化载体，并贯穿和服务于建筑的全生命周期[8]。因此，设计师不再是负重前行的绘图员，掌握数字化技术并学会利用各种分析软件来提高设计的效率和质量才是未来设计师需要关注的方向。这个时代为我们提供了一个前所未有的机遇，BIM技术所打开的是一扇新的大门，在建造技术迅猛发展的今日，适应和掌握新技术，转变思维模式是必然的趋势。国内室内设计行业的从业人员也必须认清这一点，才能在新的变革中获得更好的机会。