BIM技术在建筑设计中的应用及发展趋势

刘津津 唐博

中国建筑设计研究院有限公司 北京 100032

1 BIM技术及意义

BIM（Building Information Modeling，即建筑信息模型）是建设领域中，可被应用于项目全生命周期的一种高度信息化手段。BIM模型集成了所有构件的几何特征、属性、功能要求、使用特点等各类信息，其强大的整合能力将项目建设方、设计方、施工方、监理方、物业管理方以及材料器械供应商等各参与单位集中在同一平台，共享项目信息，推动项目向效果可视化、成本控制精细化、建造品质精致化、设备维护精准化等方向发展。BIM已不只是单纯的软件应用，更成为一种科学管理手段，是实现建设项目信息化、数字化、智能化的重要工具[1]。

伴随新一轮科技革命的肇始，数字化、信息化浪潮正以不可阻挡之势席卷全球并洗礼各行各业。媒体和信息通信技术等领域已实现高度信息化，而建筑行业在全球范围内，即使是发达国家，其产业链各环节的信息化程度也普遍处于垫底水平。整个行业仍背负着数字化转型升级的巨大压力。

为更好地推动建筑业数字化转型升级，近年来中央及各地方政府联合行业管理机构一直高度重视建筑行业BIM技术发展，并相继出台了一系列鼓励、支持信息技术服务行业发展的政策法规，从制度层面提供了保障行业蓬勃发展的良好环境。

2 BIM技术的应用特点

可视化及可优化：通过三维立体模型呈现准确的几何结构，使设计人员能够更快捷地掌握建筑整体形态、内部空间形态、构件间的相互关系等，同时还可以通过与渲染软件的衔接，实时展示建筑效果，方便设计人员针对不同的设计需求对工程进行持续优化。

共享性与协调性：在设计阶段，BIM技术通过展现建筑空间、结构构件、设备机器及管线布置等内容实现各专业间的设计信息实时共享，既保证了各专业在空间布置上的协调统一，又提升了设计人员的协同意识。通过提高设计效率及设计准确率，较大程度地克服了传统设计中存在的各专业间二维图纸解读偏差的弊端[2]。

在施工阶段及运维阶段，BIM信息的共享性能够保证各参与部门在同一信息基础上协同工作，降低沟通障碍，提高协作效率，BIM的共享性与协调性贯穿项目的全生命周期。

关联性与一致性：BIM信息模型中构件内部、构件之间、各分模型之间的参数信息具有关联性，筑基于于同一逻辑系统。当项目某项信息发生变化时，相应的模型及构件参数会随之变化，保证BIM系统内部逻辑及信息的一致性。

可分析性与可模拟性：基于完整的BIM模型，通过与各类分析软件的衔接，可以实现风环境模拟、日照模拟、建设材料用量分析、造价核算等各类指标性分析；亦可以通过施工进度模拟、构件建造模拟等优化施工方案；还可以模拟自然灾害对建筑的影响，实现更加科学化的建筑设计。

3 BIM技术在建筑设计中的应用案例-某商业综合体项目

3.1 项目介绍

作为世界级的都市更新项目，本案立身为促进社会进步，改善社会福祉，激发创业和艺术发展的全新文化中心，比肩伦敦金丝雀码头，东京中城以及纽约哈德森码头。项目毗邻某在京著名艺术区，西侧是现有商业办公酒店综合体，东侧为大型体育公园。项目总占地面积3.4万㎡，总建筑面积约26万㎡，落成后将为本区域释放出更多办公，酒店及零售空间。地下一至三层裙房部分承担商业功能，四栋塔楼分别为三栋甲级办公楼和一栋五星级酒店。裙房部分造型设计采用曲直结合，由层叠错落的室外景观露台及景观楼梯串联；建筑群整体造型灵动、活力充沛，空间形态丰富，各建筑分体通过若干公共模块衔接融合。在传统设计框架内，本案对建筑、结构、机电等专业的分工作业与协调配合提出极大的挑战，但BIM技术的应用使得这些难题迎刃而解[3]。

3.2 项目中BIM技术的应用

3.2.1 全专业协同设计。本案在BIM设计范式下，由建筑师团队率先搭建整体建筑模型（包括功能空间、外幕墙方案与局部特色结构构件），借助与BIM衔接的即时渲染软件及VR技术向业主展示项目整体效果。局部方案调整与效果确认后，结构工程师开始搭建结构体系，核算结构构件尺寸，与建筑团队协同优化局部空间设计方案。机电工程师随后介入，对机房、管线排布空间开展精细设计，校核已预留空间尺寸、面积、高度等是否满足业主、建筑师的控制要求。若满足则设计完成，否则四方（三专业汇同业主方）重复上述过程直至方案得到各方认可。

3.2.2 复杂变更及时同步。项目造型及空间错落复杂，结构体系形式多样（裙房部分采用钢结构体系，塔楼和地下室采用混凝土框架体系），设备管线综合布置难度高、工作量大。BIM模型能够完成对三维空间（构件）精确展示的天然优势使各专业间的配合变得直观且高效，设计调整与方案变更能够在各方工作端得到及时体现，初始方案在不断的优化迭代中完成蜕变。

图1 某商业综合体项目BIM设计最优方案

3.2.3 全生命周期无间配合。本项目现已进展至施工图阶段，从方案深化设计、初步设计到施工图设计，BIM技术已贯穿至各配合方（建筑师、结构工程师、机电工程师、幕墙深化单位、木结构及连桥设计单位等）并实现了设计成果与业主要求的精准契合。在满足业主功能策划及造型审美要求的基础上最大限度地保证了项目整体设计的安全性、经济性和最优性。每个环节的无间配合都为项目后期施工与运维增添了一重保障，在避免错漏碰缺，减少浪费的同时提升了项目的绿色、节能和可持续性[4]。

4 BIM技术在建筑行业的发展趋势

4.1 BIM+X助力传统建筑向数字建筑跨越式发展

Information（信息）是BIM技术的核心，更是建筑大数据时代的基石。作为建筑行业的源代码，BIM与大数据结合的典型形式是建立包含海量案例信息的数据库系统，该系统可显著提升信息体量和检索速度，实现各属性、各层次构件的快速、精准定位。拓展到相关领域，可有效降低知识获取成本，弱化行业壁垒，筑牢创新基础。

BIM+云计算一方面使得各建筑参与单位可以通过云端租用各种计算基础工具，将自身从昂贵、烦琐的IT基础建设中解放出来。另一方面，基于大数据的云检查可有效提升工程安全裕度。云端批注共享，支持广域协同，也使审计更加便捷。

BIM技术与物联网的碰撞，将使整个建筑产业链充分融合，使建筑业的发展和实施更加完善及有序。而BIM在和GIS整合后有望广泛应用于城市及景观规划、建筑设计、灾害管理、室内导航等场景。

随着新一代信息技术的加速发展，BIM+X的跨界融合必将为传统建筑行业带来深刻变革。结合先进的精益建造理论方法，集成人员、流程、数据、技术和业务系统，推进建筑全过程、全要素、全参与方实现数字化跨越式发展。

4.2 BIM与VR/AR技术深度融合

传统的建筑设计环节通常由建筑师的设计理念驱动，形成初步建筑外观与内部构造。再由结构工程师校核结构可靠性与安全性，最后由机电工程师配合校核及优化。BIM+VR（Virtual Reality，即虚拟现实）技术的使用，不仅使得三方在设计阶段就可以同步介入，协同完善设计，高效推进项目进程，VR的使用甚至允许客户直接参与设计，有效降低反复修改设计方案带来的时间与经济成本。VR技术与BIM结合应用到建筑施工过程模拟，可以充分比较各种建筑材料和施工方法，进而直观评价工程预算和施工结果，实现最终的降本增效。

BIM+AR（Augmented Reality，即增强现实）通过向现实世界投射项目信息，使得用户可以在真实施工场地上预览设计或施工效果，从源头避免冲突和设计错误。可广泛应用于项目决策、进度查看和地下工程施工等各个环节[5]。

4.3 BIM+创新应用场景

BIM在历史建筑模型的构建中，可以同时完成分析、保存建筑形态的任务。通过构建等比例仿真模型，用直观的视觉语言表现历史建筑的演变，发觉历史建筑的设计美感、文化美感和精神内核。在古建筑修复、历史建筑设计等诸多方面也能发挥重要作用。

BIM等先进信息技术应用到现场施工管理可更好地实现施工现场人、机、料、法、环的整合与控制，实现管理模式由粗放化的传统工地向数字化、精细化、智能化的智慧工地转变。

BIM模型是支撑智慧城市建设的必要数据基础。后者借助信息和通信技术，通过全面收集、分析、整合和处理城市生态系统中的各类信息，使城市中各系统的信息互联互通，对城市运营管理中的各类需求做出智能化响应和决策支持，推动民众生活实现普惠便捷、城市治理高效精准生存环境绿色宜居、基础设施智能可靠[6]。

5 结束语

BIM在建筑设计环节的应用突出体现了其可视化、可优化、一致性等技术优势。为因应全球产业信息化、数字化、智能化的发展趋势，建立以BIM技术为核心的系统管理体系刻不容缓。BIM与新一代信息技术的跨界融合，辅以VR/AR等先进视觉感知设备，将成为打造数字建筑、建设智慧城市的中流砥柱。