建筑信息模型技术下的建筑设计

摘要：指出了建筑信息模型技术是建筑领域的一场信息化革命。BIM技术的应用有利于实现对建设项目全生命周期的管理、实现设计视图的三维性、有效地减少设计变更及缩短设计周期、实现对施工成本预测性控制。对建筑信息模型技术在建筑设计阶段的应用价值进行了探讨，得出了BIM技术在建筑模型设计、结构模型设计和机电模型设计中的价值，为建筑设计新模式的应用提供参考。

关键词：建筑信息模型；建筑设计；应用价值

1引言

BIM（BuildingInformationModeling），也称为建筑信息化模型技术，与传统建筑模型技术相比，三维下的建筑设计模型构建便是BIM技术最大的亮点［1］。它以现实工程建设数据和计算机技术为基础，在一个工程建设项目未完工或者设计阶段，构建出其虚拟数字化模型，同时通过计算机平台实时整合并修改工程建设项目各个节点的关键信息，以保证关键信息在建筑工程全生命周期内的互通性。在大数据平台技术的协助下提高所有参与工程建设及后期运维人员对项目各个节点的掌控力。并对未来建筑设计可能产生的问题提早解决或者排除，以达到规避风险、节省工期、缩减项目全生命周期的造价成本等效果。

2建筑信息模型技术的应用价值

传统建筑设计，在设计顺序上通常是“先建筑，再结构，最后水电”的模型构建顺序。由于各个专业的不同、各个节点的复杂错综，使得传统设计在人员对接上可能发生信息阻碍、沟通欠缺等诸多难题，导致不同设计单元的版本存在矛盾及差异［1，2］。在软件使用上，传统建筑设计不同专业一般需要不同软件的参与。传统设计过程的缺陷及其设计软件的种类繁多，各有各的优劣，从而使大部分应用于各个施工阶段的数据和通信处于隔离状态，导致的大量数据丢失，进而给工程项目的实施与竣工造成了一定的风险。通过BIM技术在项目设计阶段建设的数据信息可视化、集成化处理，建设工程项目可以优化施工方案、缩短工期，以实现建筑施工现场效益的最大化，经济成本效益最优化。BIM技术是一种多维模型信息集成技术，其关键点在“信息”，即模型内涵盖建筑更多层次的信息。其应用价值有以下几点。

2．1有利于实现对建设项目全生命周期的管理

在建设项目的建设阶段中，BIM翻模技术对建设项目完工后进行形象化和智能化管理至关重要［3］。BIM翻模技术允许项目参与方提取并追踪相关有价值性的数据，例如组件状况，规格模数，维护与操作指南，保修校准等。因此，BIM技术可以使其能够参与到建设项目的全生命周期的设计，对建设项目的各个阶段都能实现很好的实时控制，实现建设项目的设计由管理人员通过建筑信息管理平台，在整个生命周期内进行运维活动，有利于实现对建设项目全生命周期的管理。

2．2实现设计视图的三维性

BIM技术围绕一个综合的数据模型，建筑师，土木工程师，结构工程师等各种参与者，根据其对建筑设计的需求提取与构成视图及信息。其可视化功能使得参与者不但可以在建筑施工之前就能以三维视图形式审视建筑物，而且在项目生命周期里自动更新建筑视图。虽然传统建筑设计软件AutoCAD等也具有三维视图效果，但是其对计算机的硬件要求较高，同时无法对各个构件进行渲染，使得建筑思维变得局限［4，5］。BIM技术确保项目能够收集到更多更准确的数据，并将其存储在模型中，并以三维模型加以展示，从而真正实现建筑设计的三维性［6］，同时，将已建成模型与现代VR技术进行链接，利用其真实观赏效果可漫游实景感受，并且任意角度导出全景、VR及效果动画，实时把控方案效果审阅，提前预知实施效果。同时达到快速审查、会审、交底验收目的。

2．3有效减少设计变更及缩短设计周期

建筑项目的设计过程的科学化、合理化是保证设计质量与进度的前提［7］，在建筑设计阶段发现并且减少由于设计文件而导致的设计变更，将大大提高施工质量和节省工期。BIM技术能够应用于施工现场规划各个阶段的相关任务，它允许项目涉及者能够处在整个工程建设项目生命周期中去进行提取建设数据信息和可视化其项目的建设进度。同时建筑信息模型技术的应用能够将模型的各个专业领域（建筑方面、结构方面、设备方面）等在设计阶段时，集成到一个建筑模型中，在BIM技术中设置相应的检测规则，即可进行相应碰撞核验，导出详细的检验报告，高效查找碰撞的管道和行架的构件和位置，通过碰撞核验可以发现风管水管相交概率点、空调管道的合适高度，在施工前避免不必要的错误，节省人力物力，大幅度提高碰撞核验的控制精度，改善处在建设项目过程中所可能发生的修改变更。有效地减少了设计变更及缩短了设计周期。

2．4实现对施工成本预测性控制

在传统设计中，建筑模型信息往往停留在各个构件板块模数上，例如构件尺寸、构件位置等绘图数据。由于传统建筑设计过程缺乏对于建筑模型定额定量汇总的技术手段，因此无法在施工前期进行相对精准有效的造价估算。BIM信息翻模技术允许涉及者可视化其项目的进度和相关的造价成本［8］。同时BIM技术的使用提高了工程变更、设备、人工更改的精确性。并且提供了用于提取和分析成本，评估方案和变更影响的方法，因此能实现对施工成本的预测性控制［9］。

3建筑信息模型技术在建筑设计阶段的探究

建筑信息模型技术应用在建筑设计阶段的设计要点主要包括［10］：建筑模型设计、结构模型设计和机电模型设计。

3．1建筑模型设计

建筑模型设计包括房间布置、碰撞检查等分应用点［11］。传统建筑设计一般采用CAD、SKETCHUP等模型设计软件进行设计。但由于各个软件的不兼容性，传统建筑设计模型设计一般需要在不同软件中重复建模才能完成设计工作。利用BIM技术的建筑模型设计则一般采用天正CAD设计平台对建筑图纸进行初步设计，接着以计算机系统所支持的特定格式文件通过Re－vit链接或者导入模块将初步设计图纸直接连接BIMforRevit［12～14］。然后基于图纸进行初步建筑轴网翻模，最后通过已建轴网模型完成建筑设计。此外，还能采用的BIMforRevit套包，通过其自带土建建模板块能够自动进行房间识别及模型调整。相比于传统的建模技术，基于BIM技术的建筑模型设计不需要在不同软件重复建模，仅需要通过对项目三维模型雏形进行修改就能得到理想建筑模型，利用BIM技术构建三维模型能够更加直观的表达建筑物效果。同时还能对已建模型进行碰撞分析及修改，最大程度的降低成本，减少资源消耗［15～17］。

3．2结构模型设计

结构设计相对于建筑设计，其主要针对该项目柱、梁及板等房屋结构构件设计及布置，传统的结构设计软件有PKPM、ETABS和3D3S等软件。由于建筑结构的多样性，其结构设计软件同样种类繁多，这也就使得设计者在软件选择上需要花费额外的时间和浪费较多的精力，使工作效率无法提高。再者基于PKPM、ETABS和3D3S等传统设计软件的结构设计模式存在不够直观、各个专业分散非协同以及无法准确参数化等问题，从而导致与现代建筑设计开始出现嫌隙，无法适应现代建筑更新换代和无法满足其对可视化、精确化、数字化等更高要求［18，19］。利用BIM技术的结构模型设计，将满足Revit系统要求的建筑结构模型链接，创建包含梁板配筋面积计算信息的建筑主体结构模型。利用Revit软件的结构功能板块，通过各个构件属性分模块进行属性修改（包括形状规格、材料配置、颜色等模数修改），接着根据项目要求及当地建筑设计规范进行各个构件设计，待构件属性修改完成，最后进行构件布置，从得到结构模型。并且，利用BIM技术的结构模型设计，由于其通过结合配筋信息与建筑平法标注信息，能够直接于该管理平台创建满足国家设计标准的结构施工图，无需通过CAD进行二次建模，从而大大节约了时间成本。此外，基于BIM技术，还能够提供高清构建模型，对已建混凝土、钢筋等结构构件进行实物工程量汇总，通过web端和移动端以轻量化模型展示，使其获得更佳的展示效果。

3．3机电模型设计

建筑机电模型设计具有明显的集成特性，各类管线和行架的碰撞核验一直是设计的难点。传统的碰撞核验，采用传统CAD等软件，以二维图纸的方式进行核验。由于各类管线、桥架尺寸等构件均无法以二维图纸形式精准呈现出来，所以将构件碰撞的风险隐患精准的反映出来显得极为困难，同时各基本要素间又易发生冲突，从而导致管线排布难度的攀升。基于BIM技术的机电模型设计，主要采用斯维尔BIMforRevit翻模平台，其最大的特点就是能够实现数据同步化，在Revit等设计软件平台中所修改的信息实时并且完好无缺地反馈在三维建筑模型中。采用BIM正向一体化技术措施可转变传统的翻模方式，建立3D模型管理方案，在Revit、天正CAD等建模软件功能的支持下，有利于机电构件碰撞核验的全面开展。当发现存在碰撞核验等方面的缺陷，便可以及时通过校准管片位置等方法减少甚至避免构件冲突。基于BIM技术的机电模型设计应用主要包括以下要点。（1）管线布置及搬迁模拟。利用已有机电CAD格式图纸链接Revit，从而进行管线布置与搬迁。（2）碰撞核验与管线综合。结合Revit2软件自带的碰撞检查系统，对项目存在碰撞的管线进行修正。（3）模型漫游及管线检查。传统模型需要通过Fu－zor等软件来完成模型的漫游演示及施工成果展示，基于BIM技术的机电模型漫游及管线检查则通过其自带的三维模型漫游功能，以此对项目已修正管线进行三维漫游检查，对其进行可行性分析，采用适量的手段加以改进，以保证管线布置的精确性。（4）管配件工程量计算。对机电模型进行实物工程量汇总，得到管配件工程量报表，以保证项目造价分析准确性。BIM技术最终实现的管线排布，是物理拓朴与逻辑拓朴的相互对应，它将逻辑上的机电模型在物理空间上实现。在建筑机电模型上是实现其电气平面图的设计。依据机电模型设计阶段分析的结果修改三维模型［20］。根据系统图，完成物理拓朴的设计。对物理拓朴进行设计，使之从功能上与逻辑拓朴对应。完成管线布置系统设计。布线系统，在实现良好的系统三维模型外，还应从建筑实际的适应性和经济性角度对机电模型加以考虑。此机电模型的管线排布的最终完成，三维与二维之间的高效转换，体现了BIM技术在建筑一体化设计中的优点。

4结语

本文首先通过将传统建筑设计与现代新型BIM建筑协同管理平台进行分析比对，从而了解建筑信息模型具体的优劣势所在。通过BIM的技术及其相关软件对建筑设计阶段的建筑模型，结构模型，机电模型进行研究设计模拟，充分显示了Revit等相关BIM建筑信息管理平台在现代建筑项目设计阶段具有无可比拟的优势。随着设计阶段的不断深化，对建筑设计模型的要求越来越高，这就使得传统设计的缺陷越来越明显。而伴随着Revit等相关BIM建筑信息协同管理平台的出现，给现代建筑项目设计阶段开辟了一个新的设计模式。虽然本文所述仅处在建筑设计阶段，并未包含建筑的全寿命周期，但是BIM技术对建筑全寿命周期所带来的便利是毋庸置疑的。它为建筑全寿命周期提供了有效的技术及管理依据，进而有效提高整个项目的经济效益。

作者：李达耀 刘骁 朱英华 单位：北部湾大学