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1bim對(duì)建筑設(shè)計(jì)的沖擊

BIM模型對(duì)于三維建筑設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，能提供各類合適的信息，協(xié)助決策者做出準(zhǔn)確的判斷，可以更加直觀地在建筑施工之前修正設(shè)計(jì)圖紙上的問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬降低成本與風(fēng)險(xiǎn)，提高項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的質(zhì)量，加快項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度，加強(qiáng)各相關(guān)部門(mén)對(duì)于項(xiàng)目的認(rèn)知、了解和管理。對(duì)工程的各個(gè)參與方來(lái)說(shuō)，減少錯(cuò)誤對(duì)降低成本有很重要的影響，還因此減少建造所需要的時(shí)間，同時(shí)也有助于降低工程的成本。應(yīng)用BIM有許多知名案例，均為使用該項(xiàng)技術(shù)來(lái)完成整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。下面以多個(gè)建筑實(shí)例說(shuō)明BIM技術(shù)在空間造型、流程控制、溝通效率等方面對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的影響和沖擊。

1．1拓展空間造型能力

現(xiàn)階段的建筑設(shè)計(jì)是將3D的建筑轉(zhuǎn)變?yōu)?D的三視圖，制圖多且效率低，且對(duì)于造型復(fù)雜的建筑缺乏表達(dá)能力，有時(shí)為了表達(dá)一個(gè)曲線扭轉(zhuǎn)的形體，往往要畫(huà)幾十個(gè)甚至上百個(gè)平面，但仍然不能直觀的表現(xiàn)建筑的真實(shí)面貌。造型復(fù)雜，尤其是結(jié)構(gòu)、內(nèi)部空間復(fù)雜的建筑，如果采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程很容易發(fā)生錯(cuò)漏碰缺的情況。同時(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件還存在空間定位不準(zhǔn)確的情況，如果采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式將非常難以描述，在施工過(guò)程中也很難精確定位，無(wú)法保障后續(xù)施工。BIM技術(shù)在建筑“空間設(shè)計(jì)”上較之傳統(tǒng)的二維圖形擁有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，它具有不同以往的造型能力和空間的先驗(yàn)性。從“空間設(shè)計(jì)”角度，BIM是一個(gè)很好的可視化載體，能回歸建筑的“三維”本質(zhì)，讓設(shè)計(jì)師真正做到空間設(shè)計(jì)。通過(guò)BIM三維模型，設(shè)計(jì)師可以進(jìn)行全方位的3D漫游展示，做到“所見(jiàn)即所得”，能夠分析和確立各類復(fù)雜曲面的空間搭接位置及空間定位問(wèn)題等。BIM使建筑師們拋棄了傳統(tǒng)的二維圖紙，不再苦于如何用傳統(tǒng)的二維施工圖來(lái)表達(dá)一個(gè)空間的三維復(fù)雜形態(tài)，從而極大地拓展了建筑師對(duì)建筑形態(tài)探索的可實(shí)施性，空間定位、結(jié)構(gòu)布局等都很難在二維圖紙中反映，復(fù)雜自由的造型不再成為設(shè)計(jì)師的羈絆。如今造型各異的建筑不斷拔地而起，它們?cè)谠煨蜕弦呀?jīng)突破了人們的想象，那些過(guò)去只存在于建筑師大腦中的影像在BIM的幫助下同樣可以成為現(xiàn)實(shí)。例如大家熟悉的2008年奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”，其外殼的型鋼不是直的，而是曲線的(圖2)，如果用二維圖表達(dá)就非常困難。而使用BIM技術(shù)就可以直觀地看到“鳥(niǎo)巢”的三維模型，甚至可以使用這個(gè)模型通過(guò)計(jì)算機(jī)直接加工那些異型鋼構(gòu)件，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化建造。基于BIM的三維模型不同于通常效果圖所示的三維模型，而是包含了材料信息、工藝設(shè)備信息、進(jìn)度及成本信息等，它是一個(gè)完整的建筑信息。建筑師基于BIM實(shí)現(xiàn)三維空間曲面造型的定位，以便在任意位置可以切出平面、立面、剖面，引出詳圖，并轉(zhuǎn)化為二維圖紙指導(dǎo)施工。

1．2增強(qiáng)流程控制能力

過(guò)去，建筑內(nèi)部情況、建設(shè)環(huán)境缺乏設(shè)計(jì)和掌控，最多是對(duì)規(guī)范條文等文件的落實(shí)，缺乏可以量化的軟件，傳統(tǒng)的物理模型和工程圖根據(jù)CAD中的圖形來(lái)評(píng)估建筑性能，這需要大量的人員干預(yù)和解釋說(shuō)明，顯著增加了分析時(shí)間和成本。現(xiàn)在BIM的應(yīng)用在技術(shù)和分析質(zhì)量上都為我們提供了有力的保障。有了BIM平臺(tái)中的各種軟件，比如對(duì)建筑的通風(fēng)、采光等進(jìn)行分析和優(yōu)化，還可以做出即時(shí)的分析評(píng)判，拓展設(shè)計(jì)的思考范圍和深度，使得建筑更加節(jié)能環(huán)保。此外，BIM還與眾多商用分析工具相集成，可極大地簡(jiǎn)化日常繁重、復(fù)雜的分析工作。通過(guò)將建筑模型直接與分析軟件相關(guān)聯(lián)，使建筑師可以輕松利用工具，從而在設(shè)計(jì)流程初期獲得有關(guān)設(shè)計(jì)備選方案的即時(shí)反饋信息。比如世博文化中心項(xiàng)目設(shè)計(jì)，按照3R原則對(duì)新能源利用、節(jié)能、節(jié)水、資源回收和再利用進(jìn)行了統(tǒng)籌安排，同時(shí)采用了多種有效的節(jié)能技術(shù)手段。通過(guò)對(duì)能源、水消耗、室內(nèi)空氣品質(zhì)和可再生材料的使用等多方面進(jìn)行控制，使世博文化中心被評(píng)為中國(guó)“三星級(jí)綠色建筑”。建筑80%的能效是在設(shè)計(jì)早期決定的，因此要在設(shè)計(jì)早期對(duì)建筑能效做出評(píng)估，以利后續(xù)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)中更好的決策。世博文化中心項(xiàng)目就使用了BIM平臺(tái)下的Ecotect軟件進(jìn)行日照分析、采光分析、熱環(huán)境模擬等分析，使得上述各種綠色技術(shù)手段得以在項(xiàng)目中更加高效、順暢的實(shí)施(圖3)。

1．3提升溝通效率

建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)多工種的平臺(tái)，能及時(shí)參與信息的反饋是決定設(shè)計(jì)有效性的關(guān)鍵因素。

1．3．1業(yè)主和設(shè)計(jì)方的交流

對(duì)于業(yè)主來(lái)說(shuō)，對(duì)建筑的理解，與設(shè)計(jì)、施工方的溝通，特別是空間體驗(yàn)都是相當(dāng)重要的，這直接決定了建筑的發(fā)展方向。建立建筑信息模型后，可以很方便地引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在虛擬建筑中的漫游。以前業(yè)主主要是通過(guò)平面戶型圖、建筑模型、效果圖及各種媒體廣告的形式來(lái)了解建筑，而借助基于建筑信息模型的虛擬漫游技術(shù)，可進(jìn)入虛擬建筑中的任何一個(gè)位置，親身感受建筑空間，實(shí)時(shí)查詢信息，可以在幾年后才建成的虛擬建筑中漫游，身臨其境地觀看、感受建成后的環(huán)境和氛圍，從而方便地實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)師的協(xié)調(diào)。

1．3．2各專業(yè)間協(xié)調(diào)溝通

對(duì)參與建筑設(shè)計(jì)的各專業(yè)工種來(lái)說(shuō)，突破2D限制，進(jìn)行可視化的建筑設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師之間的理解和即時(shí)溝通，對(duì)保證設(shè)計(jì)意圖和施工質(zhì)量都有重要的意義。BIM是一個(gè)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，它的信息完善、功能植入、數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)與實(shí)時(shí)更新，都關(guān)系著各專業(yè)的合作。BIM使建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、空調(diào)、電氣等各個(gè)專業(yè)基于同一個(gè)模型進(jìn)行工作，從而使真正意義上的三維集成協(xié)同設(shè)計(jì)成為可能。在二維圖紙時(shí)代，各個(gè)專業(yè)的協(xié)調(diào)是一個(gè)繁瑣費(fèi)時(shí)的工作，做得不好會(huì)經(jīng)常引起施工中的反復(fù)變更。而B(niǎo)IM將整個(gè)設(shè)計(jì)整合到一個(gè)共享的建筑信息模型中，結(jié)構(gòu)與設(shè)備、建筑與設(shè)備間的沖突會(huì)直觀地顯現(xiàn)出來(lái)，工程師可在三維模型中隨意查看，并且能準(zhǔn)確查看到可能存在問(wèn)題的地方，并及時(shí)調(diào)整自己的設(shè)計(jì)，從而極大地避免了施工中的浪費(fèi)，使得設(shè)計(jì)修改更容易。即從三維模型轉(zhuǎn)化為二維圖紙，包括從整體的平面引出局部的平面、局部的詳圖。這一關(guān)聯(lián)非常具有優(yōu)勢(shì)，在傳統(tǒng)畫(huà)圖紙的過(guò)程中，一張圖修改，其他的圖都要跟著改，工作量很大。運(yùn)用BIM，只要對(duì)項(xiàng)目做出更改，由此產(chǎn)生的所有結(jié)果都會(huì)在整個(gè)項(xiàng)目中自動(dòng)協(xié)調(diào)，各個(gè)視圖中的平、立、剖面圖及相關(guān)數(shù)據(jù)也會(huì)隨之自動(dòng)調(diào)整，包括尺寸標(biāo)注等都能自動(dòng)修改，這一功能大大節(jié)省了工作時(shí)間，提高了工作效率。降低了工作成本，剖面圖和立面圖將不需要分配人力，詳圖索引之間的錯(cuò)誤也不會(huì)再出現(xiàn)，而這在二維制圖時(shí)代，各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是一個(gè)非常龐雜、枯燥、單調(diào)且極易出錯(cuò)的工作，也是一個(gè)相當(dāng)耗費(fèi)人力成本的工作。在中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書(shū)館(圖4)這個(gè)項(xiàng)目中，圖紙目錄、門(mén)窗表、防火分區(qū)面積表和材料做法表等，全部應(yīng)用BIM信息進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，且同步更新，幾乎省掉了一個(gè)人力成本。BIM的出現(xiàn)和應(yīng)用，將設(shè)計(jì)工作從二維模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模式，將設(shè)計(jì)師大腦空間內(nèi)的感知轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)系統(tǒng)中的理性元素，將各專業(yè)枯燥的工程圖紙轉(zhuǎn)化為真實(shí)、生動(dòng)的視覺(jué)體驗(yàn)，可以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中提前體驗(yàn)建筑空間感受，各類設(shè)計(jì)問(wèn)題、制圖問(wèn)題和低級(jí)錯(cuò)誤可以完全依靠規(guī)范化的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行避免。例如，在方案設(shè)計(jì)中，關(guān)于適合在哪里放樓梯的問(wèn)題，建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)也許會(huì)有不同意見(jiàn)。若在這里增設(shè)一個(gè)相機(jī)，生成實(shí)際的視覺(jué)效果，大家就能立刻達(dá)成共識(shí)。同時(shí)可以讓設(shè)計(jì)師之間更加快速和清晰地了解對(duì)方所做的工作，提前暴露工程中可能遇到的各類問(wèn)題。有了BIM這個(gè)平臺(tái)，專業(yè)人員的素養(yǎng)和個(gè)人能力的培養(yǎng)也得到了極大的提高和改善。

1．3．3施工階段的交流

在建筑生命周期的施工階段，BIM可以同步提供有關(guān)建筑質(zhì)量、進(jìn)度以及成本的信息。它可以方便地提供工程量清單、概預(yù)算、各階段材料準(zhǔn)備等施工過(guò)程中需要的信息，甚至可以幫助人們實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件的直接無(wú)紙化加工建造，比如前面提到的鳥(niǎo)巢就是一個(gè)典型的例子。利用BIM可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)施工周期的可視化模擬與可視化管理，幫助施工人員促進(jìn)建筑的量化，以進(jìn)行評(píng)估和工程估價(jià)，對(duì)方案的施工圖紙也可根據(jù)數(shù)據(jù)模型增設(shè)全方位的透視圖，為施工方了解圖紙?zhí)峁┓奖?。建筑中無(wú)論任何位置，如果施工方對(duì)此部分設(shè)計(jì)沒(méi)有理解，都可以立刻進(jìn)行虛擬觀察。過(guò)去在施工中才能發(fā)現(xiàn)的沖突，現(xiàn)在在虛擬的BIM模型中就可以發(fā)現(xiàn)，從而大大提升設(shè)計(jì)速度和質(zhì)量。施工人員可以迅速為業(yè)主制定展示場(chǎng)地使用情況或更新調(diào)整情況的規(guī)劃，從而和業(yè)主進(jìn)行溝通，將施工過(guò)程對(duì)業(yè)主的運(yùn)營(yíng)和人員的影響降到最低。

2結(jié)論

BIM從三維入手，將模型和信息整合到一起，從根本上改變了建筑設(shè)計(jì)的方法和理念，也改善了各個(gè)環(huán)節(jié)中信息丟失、脫節(jié)、孤立的情況，這不僅使得方案設(shè)計(jì)具有更多的可能性，而且調(diào)整起來(lái)也更加方便，同時(shí)也使得方案的評(píng)估和優(yōu)化更加精確和量化。因此，它使得設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度、完整度、可控制度、效率等方面都有所提高，應(yīng)該說(shuō)，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，BIM技術(shù)都能夠充分發(fā)揮作用。近年來(lái)，建筑信息模型正被愈來(lái)愈多的專家應(yīng)用在各式各樣的建筑上。從簡(jiǎn)單的倉(cāng)庫(kù)到類型最為復(fù)雜的新建筑，BIM理念帶給建設(shè)行業(yè)新一輪的沖擊。BIM技術(shù)在當(dāng)前建筑中的成功應(yīng)用，使我們認(rèn)識(shí)到BIM真正的流程，應(yīng)該是一個(gè)嶄新的、集成化的工作模式，而不再是傳統(tǒng)二維的各專業(yè)協(xié)作的工作模式或角度思考，它通過(guò)參數(shù)化實(shí)體造型技術(shù)使計(jì)算機(jī)可以表達(dá)真實(shí)建筑所具有的信息，突破了用視覺(jué)符號(hào)來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)的固有模式。無(wú)論如何，BIM是建筑業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨，這個(gè)古老的行業(yè)在信息時(shí)代和數(shù)字化的面前，將要作出的是一個(gè)全面的改變。挑戰(zhàn)的同時(shí)，也更可能會(huì)為它帶來(lái)新的生機(jī)。

作者：王雪松丁華單位：重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院