朱 宝，黄展华,王庆雨

(1.滁州职业技术学院 建筑工程学院,安徽 滁州 239000;2.广州南方测绘科技股份有限公司 合肥分公司,安徽 合肥 230009)

0 引言

BIM技术是近年来受到广泛关注的以综合各类建筑工程项目信息来建立三维建筑模型的技术,BIM技术的应用可贯穿到建筑的整个生命周期,同时可以将各个不同阶段的信息进行收集与整合[1],在现代化建筑施工方面进行了较多的创新设计,也促使建筑行业的施工趋于更加精细化和专业化方向发展[2]。国内建筑行业在BIM技术应用方面的研究相对欧美发达国家较晚(发达国家80%以上建筑企业都应用BIM技术),且目前应用的比例不高,这主要与BIM技术的掌握程度不够、专业化人员偏少等有关[3-5]。随着近年来国家对BIM技术的重视和相关政策措施的不断推出,如《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》《现代建筑设计与施工关键技术研究》等文件中都在大力推广BIM技术,以期通过科研人员、企业等多方面的共同努力,共同提升BIM技术在国内建筑设计上的应用比例,并有助于提高全产业链资源配置效率[6]。在建筑设计上,传统的分析方法往往需要通过CAD技术等来实现模型构建,存在多次重复建模、分析效率低等缺陷[7-8],而BIM技术有望解决这些弊端,并从建筑设计全流程角度出发优化建筑设计,结果将有助于BIM技术在现代化建筑设计中的应用。

1 建筑工程中应用BIM技术的特点

1.1 三维可视化

传统建筑设计过程中,需要借助CAD等技术来完成建模,且建模过程中需要不断设置“建筑结构参数”,展现出的效果通常是二维图,结构只能采用“线性化”模式[9],而BIM技术可以将建筑设计中的各方面因素进行整合,并有效融入3D模型中去,让CAD模型中的点、线和面等,以墙、梁和柱等形态出现,这种三维立体模型可以充分地将建筑最终效果展现在设计者面前,如可以随时调取建筑构件信息、管线连接情况、施工现场进度、故障管理、内部空间展示和进行三维效果模拟等,如图1.相较于传统二维图设计,BIM技术的三维可视化效果涵盖了建筑几何信息和材料属性,不仅可以提升整体设计效果,还可以加强设计过程中各个施工环节的沟通,提高施工效率的同时、节约施工成本,并可以有效管控设计、施工和材料供应等各方面的数据[10],促使施工质量进一步提高。

图1 基于BIM技术的建筑三维可视化效果Fig.1 3D visualization effect of architecture based on BIM technology

1.2 信息数据库互联互通

传统建筑施工过程中涉及到多方参与,在互联网+技术不断普及和信息化处理技术提升的背景下,将建筑设计过程中的各种信息进行融合,实现信息数据库互联互通,是亟待解决的问题,通过BIM技术来进行建筑设计将有助于更加精准地对施工等环节进行控制,提高生产效率。图2为基于BIM技术的建筑信息数据库互联互通示意图,可见,BIM技术可以将业主/开发商、建筑师、项目经理、绘图员、结构工程师、水暖工程师、供应商、总承包商、分包商和物业管理等进行互联互通,这样有助于各个环节之间的交流,当遇到需要其他方协助处理时,可以有效避免时间和空间差异带来的延时或者差错,提高管理质量。

图2 基于BIM技术的建筑信息数据库互联互通Fig.2 Interconnection of architectural information database based on BIM technology

1.3 多方面协同设计

传统的基于CAD的建筑设计无法将建筑结构信息等参数加载到模型中,因此在设计与施工过程中不能实现多方面协同设计、专业间交流较少,为了提高建筑设计与施工过程中各专业间的协调效果,需要多方面协同设计以实现对不完整、不及时交换数据的有效处理,满足新时期现代化建筑设计要求[11-12]。BIM技术是实现多方向协同设计的有效手段,在设计过程中可以将多方面的信息(结构参数、材料参数等)整合到三维模型中,通过搭建一个公共平台来实现各方面人员的有效衔接和合作共享。如传统CAD辅助设计往往采用外部文件链接和工作集模式进行协同,两种协同方式的文件形式分别为一个主文件/多个外部文件链接和一个中心文件/多个本地文件、工作模式分别为一人独享模型和多人编辑模型,工作文件模板分别为可采用不同模板和必须同一模板、对项目成员操作性要求分别为可借用权限编辑和不可编辑等,因此其适用范围分别为专业之内、专业与专业之间、单体之内、单体与单体之间的协同,而BIM技术可以同时发挥外部文件链接和工作集模式的优势,实现多方面协同设计。

2 基于BIM技术的建筑设计实现

BIM技术在建筑设计中已展现出独特的优势并有望在未来的建筑工业中广泛应用,将BIM技术与建筑设计有机结合,有助于克服传统设计中的弊端,从而提升建筑施工效果和质量。随着BIM技术的不断推广,BIM建模软件和可持续分析软件不断被开发出来,如建筑建模软件包括Revit、ArchiCAD、Tekla、Bentley和Digital Project等。每种建筑建模软件和BIM可持续分析软件都有各自的优势和特点,将二者进行有效传递可提升施工效率,其中,建筑建模信息传递情况如图3.共分为3个阶层,BIM建模平台、建筑模型信息传递媒介和建筑模拟分析平台,第一个阶层包括Revit、ArchiCAD,第二个阶层包括GbXML、IFC和DXF,第三个阶层包括Green Building Studio、Ecotect Analysis、Design Builder和IES,BIM建模平台、建筑模型信息传递媒介和建筑模拟分析平台中的各个软件之间可实现信息传递。

图3 建筑建模信息传递情况Fig.3 Information transmission of architectural modeling

3 传统CAD建模和BIM技术建模的对比分析

图4为传统CAD建模和BIM技术建模的模型建立方式对比。图4(a)的基于CAD建模的方式一般需要采用平面图纸和大量信息,在建模过程中将各种信息资源通过手工录入的方式进行输入,能耗分析过程中再将CAD格式的文件导入可持续分析软件中,整个过程相对繁琐,建模效果较差;图4(b)的基于BIM建模的方式则可以直接将不同的模块中的模型导入BIM可持续分析软件中,整个过程相对简单、建模效果好。

图4 传统CAD建模和BIM技术建模的模型建立方式对比Fig.4 Comparison of modeling methods between traditional CAD modeling and modeling based on BIM technology

图5为传统CAD建模和BIM技术建模的设计方法对比分析图。在对建筑进行建筑设计过程中,传统CAD建模方式下的建筑师需要依赖丰富的设计分析经验才能得到建筑方案,然后反馈给建筑设计方案,这种分析方案仅停留在定性的层面上;而BIM技术建模方式下,建筑师只需要将信息数据支持导入建筑方案中,这种设计方法不仅能得到定性分析指标,还可以得到定量的参数,便于各方做出最终决断。除此之外,在设计效率方面,传统CAD需要手工输入各方数据,这个过程将涉及不同专业的人员手工输入大量数据,不仅将耗费巨大的人力和时间,而且其整体成形效果不佳;而BIM技术支持不同类型的格式文件(如IFC、gbXML等)同时导入,然后与可持续分析软件衔接,传递效果良好且分析精度高,由于中间过程涉及的人为因素少,误差明显减小。

图5 传统CAD建模和BIM技术建模的设计方法Fig.5 Design method of traditional CAD modeling and modeling based on BIM technology

4 结论

综上所述,建筑工程在节能设计中应用BIM技术可以实现三维可视化、信息数据库互联互通和多方面协同设计的效果。相较于CAD,BIM在模型建立方式、协同设计、分析效率和精度上都有明显优势,更适宜应用在建筑设计中。

工程实践证明,BIM在建筑节能设计中不仅能大幅度降低设计人员劳动强度,节约工作时间,更能提高建筑节能指标的精度。该方法为建筑节能设计方案优化及节能材料合理选配提供了捷径,在该领域应予以推广与应用。