BIM技术在建筑设计的应用研究

牛蔓丽 王晓茹 张 克

1.河南工业职业技术学院建筑工程学院 河南 南阳 473000 2.河南工业职业技术学院测绘环保工程学院 河南 南阳 473000

BIM技术能够以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息；建筑设计是建筑工程施工全过程中的首要步骤，建筑设计的效果好坏直接影响着建筑项目其他步骤的质量。而BIM技术的运用犹如给即将衰老的建筑设计方法加了一剂强心针，使其重新焕发活力和生命力。BIM技术可以将相关建筑信息参数编制在设计图纸中，建模成可视化的三维模型，供后续建筑施工阶段参考，建筑设计应用BIM技术使图纸进入数字化时代[1]。

1 传统建筑设计存在的问题

1.1 工作效率低

现在大部分设计者依然采用传统的CAD技术来进行建筑的初步设计和施工图设计；一些高职院校，也还在教授陈旧的建筑设计知识，学生就业时极少用到，用人单位需要对学生进行二次培训，造成岗课不匹配，浪费了教学资源。

传统的建筑设计CAD，设计人员要进行二维图纸的绘制，施工方也是拿到的二维图纸进行现场作业，用二维图纸展示建筑结构的平面图、立面图和剖面图，容易在数据上产生重叠，施工方需要将二维图纸上的数据向三维立体模型转换，耗费多余的时间和精力，容易出错，增加完工时长，降低效率。

1.2 可视化程度低

设计建筑图纸时，一般都是平面三视图，设计过程中需要想象构件的立体结构进行设计，往往使设计者投入很大的精力，最后甚至设计出错头。在输入图纸数据时还会出现输入数据错误的情况，一旦出错也没办法立刻发现，没有立体模型可供参考，并且软件设计的二维图纸无法反映出设计构造的所有信息，其他相关人员也不能够直观的感受设计方案，沟通受到局限，需要不断的讨论、修改，耗时费力，大大延误了工期。

1.3 协同性低

建筑工程项目在设计阶段与施工阶段的专业知识不能互通，需要大量商讨和协调工作，在传统建筑设计作业中，如果数据出现错误，只能一个一个修改，无法达到统一修改，可能会有遗漏的情况，各专业间无法在同一个平台进行协同作业，相互之间无法产生联系，各做各的，从而造成信息不对等的局面，诱发一系列问题。

2 BIM技术解决建筑设计中的问题

2.1 信息集成解决效率问题

BIM技术是一种综合性的建模技术，它能够将建筑项目的各种信息整合并输入保存。在BIM模型中，我们可以输入构件的几何信息、位置相对关系，也可以输入整个工程从项目的设计、施工到最后的运营管理等几乎所有的项目相关信息。这使得BIM模型成为一个包含丰富信息的数字化建筑副本，为项目的整个生命周期提供了可视化和数字化的支持。

一个重要的优点是BIM技术在构件生产方面的应用。通过BIM技术，我们可以批量生产同一类型的构件，只需要编制构件的基础模型，然后输入相应的几何尺寸数据，就可以一次性生产出所需要的相当数量的构件。这极大地提高了构件生产的效率，减少了重复劳动和错误，保证了设计工作的高效性。

2.2 实景模型解决可视化问题

BIM技术结合了无人机、GIS技术和建模软件的应用，可以实现建筑项目的全流程数字化和可视化管理。通过无人机进行航拍或激光扫描，获取现场建筑数据，结合GIS技术将这些数据进行地理信息整合，构建真实的场景环境。然后利用建模软件，将这些数据转化为建筑的三维数字模型。

在设计阶段，BIM技术可以模拟真实情况，如光照、材质效果等，让设计师和业主可以在三维数字模型中直观地看到建筑设计效果。同时，BIM技术支持对设计方案进行多次迭代和修改，实时查看变化对设计的影响，有助于提高设计质量和效率。

通过将三维数字模型与实景模型融合，BIM技术实现了建筑项目全流程的可视化。设计方案、施工进度、资金支出等信息都可以在一个统一的平台上展示，使施工方和业主方都可以直观地观察建筑设计的整体过程和相关细节。这样做不仅大幅降低了工作人员之间的沟通成本、时间成本以及表达难度，还提升了项目的整体管理水平和决策效率。

2.3 统一平台解决协同性低的问题

BIM技术作为一种强大的协同设计工具，将不同设计部门和设计工作者之间的合作效率最大化。不同专业团队的设计师可以将自己的设计成果上传，如结构设计、机电设计、建筑外观设计等。这些数据信息可以在平台上进行整合和匹配，形成一个完整的建筑模型。通过BIM技术，设计人员可以实时查看其他团队成员的设计变化，及时了解设计进展，发现和解决可能出现的冲突或问题。设计团队可以在实时互动的环境中进行在线协作和交流。这使得设计方案的调整和优化可以更加迅速和高效地进行，大幅降低了设计冲突和错误，提升了设计效率和质量。

3 BIM技术在建筑设计中的作用

BIM技术用虚拟模型进行建筑设计，生动的表现建筑结构。

3.1 建筑外部设计

现代建筑设计师可以借助计算机辅助设计工具和BIM技术，更加便捷地进行复杂形态的设计和模拟。这些技术使得建筑设计过程更加灵活和高效，同时提供了更多创意和可能性，激发了设计师在几何形状上的大胆尝试。例如河南郑州CBD的“玉米”楼，它外观呈现柱形，楼体腰部变粗，两头收紧，通体网格结构，在夜间灯光的加持下，宛如一颗饱满的玉米。传统的建筑设计常受到规划法规、结构限制等的影响，限制了设计的创意。然而，通过对BIM技术的应用，设计师可以更加自由地表达自己的设计理念和个性化需求，将独特的几何形状融入建筑设计中，使建筑更富有个性和创新[2]。

3.2 建筑内部设计

在现代建筑中，暖通管道系统可能需要适应多样化的布局和特殊要求。通过BIM技术，设计师可以对管网系统进行优化和分析，确保管道布局的合理性和高效性。在模型中进行模拟和分析，可以发现和解决潜在的设计问题，提升系统的性能和效率。BIM技术可视化特性可以帮助我们合理设计内部管道走向，更优美的设计管道结构[3]。

3.3 BIM技术在建筑设计中的总体作用

根据建筑设计内外结构的不同，BIM技术主要作用：第一，信息整合。BIM技术的实质是建筑信息模型，在建筑设计阶段，保证信息的完整性和有效性，为建筑设计提供准确参数是非常有必要的[4]。第二，信息可视化。BIM技术的可视化应用可以建立三维模型，将建筑进行虚拟可视化处理，使实际设计情况与虚拟设计情况更贴合。BIM技术可以展现建筑结构的各个角度，实现动态观测，还可以显示建筑结构的各项参数，实现从外形到细节到数据的全方位可视化。第三，信息互通。由于建筑施工阶段需多专业一起工作，对全局进行统一协调。BIM技术提供一个平台贯穿建筑工程整个生命周期，基于BIM开展讨论，成为连接各专业的纽带，实现信息的互通。第四，信息实时。在设计中出现需要修改的内容时，可在中心项目文件进行修改，BIM技术使用的建筑信息模型是实时更新的，一旦您修改了其中某个构件的数据信息，其他相关信息会立即自动更新，实现项目信息的传递和共享，真正做到协同设计。模型信息的实时性，为其他专业继续进行相关工作提供最新数据，提高工作效率，也省时省力。

BIM技术为建筑设计在信息整合，信息可视化，互通信息与信息的实时性四个方面的发挥作用，提高了建筑设计的信息化程度，解决了传统设计的弊端。

4 BIM技术在建筑设计中的实际应用

4.1 建筑设计中的应用

BIM的仿真建模功能可以对建筑现场环境及周边环境进行模型模拟搭建，设计人员可以通过BIM技术将当地环境信息进行输入，如经纬度、年月降雨量、光照、风速等信息，这就是BIM技术的可视化功能，可以直观的感受到真实场景的信息，还可将上述参数进行分析并生成不同季节的气候形态，设计人员可以基于多样性的气候形态并结合当地实际情况选择合理、绿色的施工工艺与建筑结构类型，以此达到增强建筑结构整体稳定性，并减少对周边环境的影响或污染，达到绿色建筑设计的最终效果。

4.2 构造复杂的结构设计应用

BIM技术在各类复杂程度较高的结构设计、形设计以及建筑设计实践应用过程中具备较强的应用意义。对于建筑设计工作而言，其最主要的是需要结合实际情况对现有参数进行合理运用、通过BIM技术的几何建模和参数化设计，设计师可以更轻松地表达复杂形体的设计构思，实现对复杂几何的建模和可视化。在现代建筑设计中，许多建筑结构都需要采用曲线形式，如曲线墙、曲线屋顶等。BIM技术的参数化建模能力和实时更新功能，使得设计师可以灵活地调整曲线设计，实现更精确的形体表达。利用BIM技术，设计团队能够更加精确地制定设计目标，并在建模和设计过程中保持数据的一致性。这有助于高质量完成建筑设计，提升设计效率和准确性。

4.3 计算机信息化辅助应用

将BIM技术中的开放和共享功能与云服务器、云数据库等相关技术结合，通过云数据库的功能，可以记录每一次设计方案的改动，实现设计方案的版本管理。设计人员可以轻松地追溯每一次的修改和更新，便于回退到之前的版本或者对比不同设计方案的差异。在云端建立多样化的预制构件数据库，将每一次的预制构件设计方案与搭配方案记录其中，有助于团队成员之间的信息共享和经验积累。这为未来的建筑设计提供了丰富的参考和借鉴，提高了设计质量和效率。随着时间的推移，云端数据库会持续累积建筑设计方案和预制构件信息，形成庞大的数据资源。通过合理利用这些大数据信息，设计人员可以从中获取有价值的洞察和启示，优化设计决策，推动建筑设计的创新和发展。这样利用BIM技术和计算机技术的结合，即提高了设计效率，也提高了设计的信息化、数字化程度，达到随时随地可以修改设计建筑模型的效果。

5 BIM技术在建筑设计中的应用步骤

5.1 方案编制

编制建筑设计方案，是建筑设计的第一步。工程设备、装修与架构信息的整合有助于设计师在方案编制阶段综合考虑不同方面的需求和要求，确保各个专业之间的协调与一致性。在方案编制设计初期，安全技术应该是设计的首要考虑因素。BIM技术可以进行施工安全分析和模拟，帮助设计师预先识别潜在的安全风险和问题，确保施工人员的安全。BIM技术可以帮助设计师在建筑立面和平面的设计中实现一体化的整合。墙面、地板、天花板等要素可以在模型中相互关联和调整，确保整个建筑的外观和功能的统一性。

5.2 方案设计

BIM技术支持设计师在同一模型中模拟多个方案。通过创建不同设计选项，设计师可以比较不同方案之间的优缺点，优化设计，最终选定最佳的设计方案。BIM技术使得设计决策更加科学和数据驱动。通过BIM模型的分析和模拟，设计师可以预测设计方案的性能，从而做出更明智的设计决策。BIM技术可以进行施工可行性分析，帮助设计师评估设计方案在施工阶段的可行性和效率。这有助于优化设计，减少施工中的问题和成本。

5.3 编制施工图

BIM技术支持参数化建模，设计师可以使用参数来定义和调整建筑构件的尺寸、材料和属性等信息。在编制施工图时，只需调整参数即可快速更新模型，保持一致性和准确性。BIM技术支持4D施工模拟，即在BIM模型中添加施工进度和工程时序信息。这有助于施工团队在编制施工图时更好地理解施工过程，规划施工顺序和资源调配。BIM技术可以自动为建筑模型添加标注和尺寸，减少了手动标注的繁琐过程。这样可以确保施工图上的标注和尺寸与模型一致，避免了标注错误和不一致的问题。利用BIM技术进行立体图的绘制，建成三维立体虚拟的信息模型，利于直观地感受建筑的魅力。

6 结语

运用BIM技术，有效提高建筑设计效率和施工质量的提升，用建模手段辅助建筑设计，颠覆传统二维平面设计方式，建成含有信息的三维虚拟模型，提高建筑设计的数字化、可视化程度，BIM技术使建筑各专业间突破鸿沟，达到协调统一的平坦大道，使得建筑设计和施工的各个环节之间能够实现高度协调和数据交流。设计师、工程师和施工团队可以共享同一个BIM模型，确保设计和施工过程的信息同步和一致性。这有助于提高数据分析的精准性，并避免因信息不一致而引起的问题。BIM技术使得建筑企业能够更加注重项目的细节和精益求精。通过建立精确的三维模型，企业可以更好地规划和管理项目，从宏观到微观地优化设计和施工过程。

在未来发展中，BIM技术可以建立大型项目群，建成基于云平台的模型数据库，有助于建筑行业朝着可持续健康发展的方向迈进。在建筑设计中能够进行能耗模拟和优化，帮助设计师在早期阶段预测建筑的能耗和热效益，从而优化设计，实现节能减排。这有助于推动建筑行业的绿色发展和环境保护。这些积极影响使得BIM技术成为建筑行业数字化转型和可持续发展的重要推动力。