探讨BIM技术在建筑设计中的应用

2016-10-18朱志华中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410000

低碳世界 2016年26期

关键词：暖通图纸建筑设计

朱志华（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410000）

探讨BIM技术在建筑设计中的应用

朱志华（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410000）

BIM技术已经在建筑施工、建筑设计、建筑后期管理等各种阶段中得到了普及和应用，大大增强了建筑设计图的可实施性，实现了建筑工程算量、施工模拟及三维碰撞检查等工作。本文即主要探讨了BIM技术在建筑设计中的应用，以供参考。

BIM技术；建筑设计；应用

1　引言

计算机网络技术不断发展，BIM技术作为其中一种，在建筑结构设计中的应用，有效保证了建筑结构设计质量与要求，能够更直观、更深入地了解建筑的各个细节，直接的反映存在的问题，减少施工现场返工。采用BIM技术，能够实现对建筑的精细化设计，同时严格控制工程成本，因而具有广泛的应用前景。

2　BIM技术与建筑设计

2.1BIM技术概述

建筑信息模型（Building information model，BIM）是由美国学者提出来的，它主要是指对几何模型信息、构建性能及功能要求等进行综合，并整合建筑项目整个生命周期内的相关信息，使其呈现在单独的建筑模型中。近几年，国内外学者依照此概念，提出了不同的观点，如：3D模型、虚拟建筑及单个建筑模型等。BIM技术有效协调了不同的设计学科，同时涵盖了整个建筑生命周期中的建筑信息，它可结合设计、施工及运维的具体要求，利用3D模型或2D施工图等展示所需的数据。BIM技术具有专门性，它作为基于对象的CAD技术，使建筑实现了数字描述。在此技术支持下，建筑信息可完整体现在一个电子模型中，并使建筑构件具有了数字化。

2.2BIM技术的特点

（1）操作的可视化。BIM技术的一切操作都是在可视化的环境下完成的，在可视化环境下进行建筑设计、进行碰撞检测、进行施工模拟、进行避灾路线分析等一系列的操作。

（2）信息的完备性。BIM是设施的物理和功能特性的数字化表达，包含了设施的所有信息，体现了信息的完备性。BIM模型包含了设施的全面信息，除了有设施3D几何信息和拓扑关系的描述，还包括整个设施完整的工程信息的描述。

（3）信息的协调性。协调性体现在两个方面：①在数据之间创建实时的、一致性的关联，对数据库中数据的任何更改，都马上可以在其他关联的地方反映出来；②在各构件实体之间实现关联显示、智能互动。

（4）信息的互用性。应用BIM可以实现信息的互用性，充分保证了信息经过传输与交换以后，信息前后的一致性。

2.3基于BIM技术的建筑设计

BIM是一种在某些软件开发过程中产生的概念，而建筑设计领域是首先使用BIM技术的领域。目前，国际上有很多种运用成熟的BIM软件，这些软件用于设计时，都能更好的帮助设计师进行空间想象，更好的为建筑设计服务。

在进行建筑设计时，运用BIM软件可以创建出一个虚拟的建筑模型，首先，通过BIM软件将纸质的文件转换成电子版的，而电子版的图纸只是模型的一个组成部分。BIM将信息进行反复利用重组，结合2D、3D技术，建筑师能够更好的进行建筑设计，提高建筑设计的质量。这样设计出来的图纸，能够将后期的风险因素控制到最小，不仅如此，还能更好的进行质量控制，便于交流。

3　建筑设计中BIM技术的应用流程

3.1构建整体结构模型

在建筑结构设计中应用BIM技术，能够构建完善的建筑整体结构模型，帮助建筑结构中的梁、板、柱、楼梯以及基础等构件得以充分的描述。以墙体结构构件为例：①定义建筑实体；②利用集合关联实体进行楼层实体和建筑实体的关联；③进行墙体实体的定义，并且利用空间结构关联实体完成楼层实体与墙体实体的关联。

3.2管道综合设计

建立在BIM的基础之上进行建筑的给排水工程设计，可以将大量的拍图环节省略掉，并将管道综后的净空高度更加直观地展现出来，使工作需求得到最大限度的满足。作为设计人员，不要只看到设计绘图过程中存在的各种问题和矛盾冲突，还要在设计完成之后对矛盾冲突进行试验与检测，找到相关问题并做好反馈工作，及时对工作方案进行修改与调整。

3.3在电气设计中的应用

现阶段电气专业BIM技术应用于建筑电气设计，其流程如图1所示，具体包括以下方面：①在配电设计中，电气专业可以通过BIM技术的协同功能，搜集暖通专业和给排水专业的动力条件，应用BIM技术的检查功能可以查看动力回路是否完善。当动力条件改变时，配电系统也会自动调整，这就避免了以前二维设计时错、漏动力条件的情况，在生成的配电系统中，软件可以自动对负荷进行三相平衡调整，大大加强了供电质量；②在照明设计中，设计人员可以按照规范先设定每个功能房间的照度标准值，在布置灯具时可以实时查看设计是否满足规范要求，加快了设计速度，提高了设计质量；③在消防设计中，应用BIM软件的检查功能，可以查看火灾探测器的保护是否满足规范要求，软件还可以搜集暖通专业、给排水专业和电气专业的消防联动条件，使电气专业的消防设计更可靠、安全。

图1　基于BIM技术的设计流程图

3.4在暖通空调中的应用

将BIM技能放到运暖通空调的规划中运用，需要表现出某种特定技能辅佐的效果，这些特定技能一般指的是建筑功能化模拟技能以及参数化技能等，经过运用这些特定技能，暖通空调的规划会在功能上产生巨大的改变，该技能可以完成某些特定数据信息的变换。BIM技能自身往往也需要支持，如此就对进一步提高监测水平有很高的推进效果，这些技术支持一般包括信息交流格式IFC以及国际字典结构IFD等等。以往的暖通空调的规划标注化很多时候不能获得有效保障，因而在暖通空调的规划中运用BIM技能能够经过准确获取数据信息从而更好地完成三维参数化。

4　BIM技术在建筑设计中的应用

4.1在虚拟建筑中做设计

利用BIM技术，建筑师可以创造虚拟的建筑模型，在虚拟的模型中做设计，这样建筑师可以时时看到设计的效果。在任何一个设计阶段，可以随时观看设计效果，身临其境的看自己设计的作品，对于设计不满意的地方可以及时进行更改，不仅如此，还能考察建筑与周围环境的适应性，再设计过程中不断进行推敲，看设计的思路、建筑选材等是否符合要求，这样可以将设计师从天马行空的想象中解救出来。

4.2协同设计

随着现代建筑越来越复杂，在建筑设计中也越来越趋于多学科交叉与合作，这就离不开协同设计。然而在以往的二维CAD时代中，协同设计缺少可操纵的统一技术平台，只有个别集成化软件可以实现不同专业之间部分数据的交流与传递，但仍无法解决在设计过程中出现的种种各专业之间的协调问题。而BIM技术的应用使得建筑设计走向了三维时代，其可以利用三维集成设计模型使各专业实现在同一个模型的基础上进行协同工作。不同专业的人员可以通过中间模型处理器对建筑模型进行对应的创建、修改及注释，从而更加快速地传递和更新信息，以解决各专业之间信息交流不畅的问题。

4.3效果图和动画展示

BIM技术中包含了强大的建模、渲染及动画技术功能，利用该技术可以将专业和抽象的二维建筑进行更加通俗化与直观的三维描述，从而使非专业人员也能够明确地了解建筑设计的项目和功能。其次，若建筑设计图发生了改变，也可以利用BIM技术在最短时间内完成修改。再者，BIM技术利用计算机软件，进行三维模型的设计（见图2），其本身的成本也远远低于一些专业的动画设计和效果图制作软件。

图2　软件效果图

4.4图纸文档自动生成

在2D环境下，每一张图纸都是由立面、剖面等组成，再按照工程设计更改图纸，不停的一次次修改，设计师很多宝贵的时间都浪费在这繁琐的工作中，占用了大量的时间和精力。而运用BIM技术，可以在事先创建的虚拟模型中进行设计，这样更改的就是虚拟的模型而不是图纸，利用BIM技术创建出来的模型，设计师可以生成任意的图纸，平面图、立面图甚至是3D大样图（见图3），事实上，根据不同的需要，可以从软件中提取不同的信息资料，生成不同的视图，方面设计改变。

图3　厂房平面与三维模型图

4.5自动变更管理

在最初的2D工作环境下，建筑设计师有一大部分的时间都运用在变更的协调工作中，花费了大量的精力，而BIM技术的出现，则帮助他们顺利改变了这一困境，所有的图纸生成都是基于虚拟的模型，而所有的修改和变更都会反映到整个项目的文件中，而BIM最主要的就是一个数据信息系统，任何的数据或者信息的修改都会在数据库中得到反馈，其他的视图也会随之自动进行改变和更新，图纸也会随着设计的不断进行而自动更新（见图4）。这大大减轻了设计师的工作量，不需要把时间和精力都浪费在反复的修改中，这样的自动变更管理不仅提升了建筑设计师工作的效率，更为变更的顺利执行提供了一个很好的平台，不会出现变更上的错误。

图4　建筑工程参数BIM设计

4.6基于BIM的性能分析

2DCAD绘制的图纸，是平面的图纸，永远无法进行智能化的模拟，而利用BIM技术设计出的虚拟模型，包含了大量的数据和非数据信息，能够通过提取模型中的数据，然后将提取出来的数据导入到模拟分析软件中，在分析软件中可以进行一系列的分析，例如冲突分析，碰撞检验，规范检验等等，通过这些检查，可以提前预知或者预防后期施工中可能出现的类似问题，及早进行修改，降低风险因素。

4.7空间规划

建筑在空间规划过程中应考虑地形因素，借助GIS软件与3D可视度分析，从而实现了对建筑可视度直观与清晰的判断。在实际规划中，设计的地形具有一定复杂性，需要对其高程、坡度与坡向等进行分析，特别是山地地形。在规划时，可绘制高程、坡度及坡向等分析图，如图5所示。在此基础上，将为设计规划提供可靠的数据支持。同时，也可借助3D可视度，它不仅可用于规划可视度分析，还可用于室内视野分析，后者涉及的因素有窗户尺寸、房间形状、吊顶做法等，进而保证了设计的合理性与有效性。