BIM在建築設計中的應用與實踐

BIM在建築設計中的應用與實踐

摘要 通過對BIM在建築設計中的應用分析，以及結合自身的一些實踐，指出BIM在建築設計行業的應用前景，並總結了設計人員在BIM實踐過程中所學到的經驗。

關鍵詞 BIM應用 建築設計 經驗

BIM的概念

所謂BIM，英文全稱爲Building Information Modeling，是指通過數字信息仿真模擬建築物所具有的真實信息，在這裏，信息的內涵不僅僅是幾何形狀描述的視覺信息，還包含大量的非幾何信息，如材料的耐火等級、材料的傳熱係數、構件的造價、採購信息等。實際上，BIM就是通過數字化技術，在計算機中建立一座虛擬建築，一個建築信息模型就是提供了一個單一的、完整一致的、邏輯的建築信息庫。

BIM的應用

BIM應用不僅僅侷限於設計階段，而是貫穿於整個項目全生命週期的各個階段：設計、施工和運營管理。BIM電子文件，能夠在參與項目的各建築行業企業間共享。建築設計專業可以直接生成三維實體模型；結構專業則可取其中牆材料強度及牆上孔洞大小進行計算；設備專業可以據此進行建築能量分析、聲學分析、光學分析等；施工單位則可取其牆上混凝土類型、配筋等信息進行水泥等材料的備料及下料；開發商則可取其中的造價、門窗類型、工程量等信息進行工程造價總預算、產品定貨等；而物業單位也可以用之進行可視化物業管理。BIM在整個建築行業從上游到下游的各個企業間不斷完善，從而實現項目全生命週期的信息化管理，最大化地實現BIM的意義。

在傳統設計中，各個專業的設計協調過程是相對複雜的過程，存在識圖理解及重建過程，缺乏真實立體空間的直觀性，對於複雜空間來說，各專業間所帶來的衝突在二維圖紙上很難反映出來，協調設計耗費了大量時間。BIM設計平臺使三維設計協同成爲可能，工作方式由傳統的抽象二維圖形過渡到具體的三維空間，對應目前的審覈體制，二維圖形只是三維模型的副產品，可輕鬆的從模型中得到，而模型的聯動性對於設計修改來說極其便捷。BIM使建築、結構、給排水、暖通、電氣等各個專業基於同一個模型進行工作，各專業設計自己的模型，其它專業不需要等待提資，就可以立刻看到其他人的修改，並能直觀的看到設計中的問題，及時溝通解決，從而在真正意義上實現三維集成協同設計。

BIM在概念設計中的應用

BIM可從概念設計開始，全程參與設計整個過程，直觀的體量模型對於推敲建築與城市環境的關係尤爲重要，同時可用於性能分析以得出合適的建築方案。基於BIM技術的高度可視化、協同性和參數化的特性，建築師在概念設計階段可實現在設計思路上的快速精確表達的同時實現與各領域工程師無障礙信息交流與傳遞，從而實現了設計初期的質量、信息管理的可視化和協同化。在業主要求或設計思路改變時，基於參數化操作可快速實現設計成果的更改，從而大大提高了方案階段的設計進度。BIM在概念設計中的應用主要體現在空間形式思考、飾面裝飾及材料運用、室內裝飾色彩選擇等方面。

BIM在方案設計中的應用

方案設計階段應用BIM技術進行設計方案必選的主要目的是選出最佳的設計方案，爲初步設計階段提供對應的設計方案模型。基於BIM技術的方案設計是利用BIM軟件，通過製作或局部調整的方式，形成多個備選的建築設計方案模型，進行必選，使建築項目方案的溝通、討論、決策在可視化的三維場景下進行，實現項目設計方案決策的直觀和高效。

BIM系列軟件具有強大的建模、渲染和動畫技術，通過BIM可以將專業、抽象的二維建築描述通俗化、三維直觀化，使得業主等非專業人員對項目功能性的判斷更爲明確、高效，決策更爲準確。同時基於BIM技術和虛擬現實技術對真實建築及環境進行模擬，並且可出具高度仿真的效果圖，設計者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的房間，並可以任意變換自己在房間中的位置，去觀察設計的效果，知道滿意爲止。這樣就使設計者各設計意圖能夠更加直觀、真實、詳盡地展現出來，既能爲建築的投資方提供直觀的感受也能爲後面的施工提供很好的依據。

BIM在初步設計中的應用

初步設計階段是介於方案設計階段和施工圖設計階段之間的過程，是對方案設計進行細化的階段。在本階段，推敲完善建築模型，並配合結構、設備建模進行覈查設計。應用BIM軟件構建建築模型，對平面、立面、剖面進行一致性檢查，將修正後的模型進行剖切，生成平面、立面、剖面，形成初步設計階段的建築、結構、設備模型和初步設計二維圖。初步設計階段BIM應用主要包括結構分析、性能分析和工程算量。

BIM在施工圖設計中的應用

施工圖設計是建築項目設計的重要階段，是項目設計和施工的橋樑。本階段主要通過施工圖紙，表達建築項目的設計意圖和設計成果，並作爲項目現場施工製作的依據。

施工圖上設計階段的BIM應用是各專業模型構建並進行優化設計的複雜過程。各專業信息模型包括建築、結構、給排水、暖通、電氣等專業。在此基礎上，根據專業設計、施工等知識框架體系，進行節點大樣設計、碰撞檢查、三維管線綜合等基本應用，完成對施工圖設計的多次優化。針對某些會影響淨高要求的重點部位，進行具體分析，優化機電系統空間走向排布和淨空高度。施工圖設計階段BIM應用主要包括各協同設計與碰撞檢查、結構分析、工程量計算、節點大樣深化、三維渲染圖出具等。

BIM 在設計中的實踐

在推廣BIM過程中，設計單位時常會遇到這樣的矛盾：在該項目組團隊中僅有少數建築師掌握BIM，且工作經驗豐富的建築師在掌握新的軟件和完成從二維到三維的思維方式轉換方面很困難，而年輕建築師工程經驗又不足。經過探索實踐我們認識到，BIM的工作方式將改變傳統項目管理的設計人員構成和推進模式。在初期搭建模型的過程中，由一批年輕建築師（甚至是繪圖員）一起工作，他們的腦海中尚沒有施工圖的圖紙概念，其工作是虛擬建造一個三維的全信息模型。而資深建築師則負責檢查已建成的模型，指導修改並親自繪製其中較複雜的部分，如對某些詳圖進行二維深化，解決特殊部位的構造難題等。這樣的分工協作提高了效率，團隊得以快速繪製大量圖紙並保證圖紙之間的一致性，把建築師從重複繪圖和大量校對中解放出來，並可以方便地體驗自己的設計成果，並不斷改進，同時Revit的運用還幫助年輕建築師以直觀的方式瞭解建築設計。

在設計大型綜合項目時，不僅在信息管理與統一上存在難度，同時也使BIM對硬件和網絡方面要求甚高，即使項目組全部採用現在最快的PC機，在項目後期模型量達到頂峯時，電腦的運算能力仍處於臨界狀態。我們採用的應對措施是以中心文件和工作集的方式來組織設計，主服務器上存有中心文件，並根據功能分成多個工作集，單機上打開的是模型副本文件，建築師定期將自己負責修改的內容上傳到中心文件，同時同步下載其他成員修改的內容，保證了所有人的信息一致。

施工圖設計一般歷時3個月完成，建築專業全部圖紙由 Revit完成，一致性非常好，圖面表達方式，製圖標準統一控制。BIM作爲一種新工具在使用初期並不能直接提高繪圖效率，甚至會降低效率，但是圖紙質量會得到提升。針對大型項目複雜的管線綜合，我們將設備專業圖紙建造成三維模型，並應用NavisWorks軟件進行了管線碰撞檢查，將設備專業的管線碰撞問題解決在施工之前。利用虛擬建造的方式，不僅提高了傳統人工管線綜合中的工作效率，而且避免了可能出現的疏漏所引起的施工現場拆裝調整。

BIM 在設計實踐中的經驗分享

相對於目前被房地產開發商壓縮至不合理的設計週期，BIM會要求正常的設計週期。用與傳統方式相同的時間，BIM會越做越快、更詳細、高度一致性。BIM節約未來的時間，相比傳統二維方式，BIM在設計初期進展會相對較慢，但隨着時間的推移，速度會越來越快。

BIM改變了傳統的分工模式，不再以圖紙張數計算工作量。基於對模型剖切的出圖方式，參加項目人數可以將至70%。成員結構的變化：年輕建築師逐漸成爲團隊主力。BIM直觀的方式是對年輕建築師最好的培訓，他們能夠隨時檢驗自己的工作，加深對建築空間、建築構造的理解。有經驗的建築師只需掌握BIM軟件的基礎部分，他們的工程經驗和控制能力將在BIM團隊中發揮重大作用。

對於培訓和投資回報率，經過多次嘗試，我們認爲最有效的培訓方式是實戰。經過2~3個項目之後，團隊的BIM技術能力會得到顯著提升，每個小的成功都將成爲進一步提升的驅動因素。在培訓初期，培訓外包也是選擇之一，這種方式可以將培訓成本清晰化，即培訓費+培訓期間員工工資。根據美國研究機構的一份報告，設計企業投資BIM轉型的第一年的投資回報率在61%，這個數字有些過於樂觀，根據我們的經驗以及國內的行業特性，企業轉型BIM在最初的兩年應做好持續投入的準備。能否達到首年的盈利，重點在於轉型BIM後生產效率提升的程度，軟硬件、培訓投入的成本對回報率的影響不大。