BIM 在建筑方案设计过程中的应用研究
BIM 在建筑方案设计过程中的应用研究
韦江萍1 唐文华2
1、2阳光学院
摘要： BIM 技术可以应用于分析包括影响建筑条件的采光、日照、通风、能源效率和可持续性材料等建筑性能的方方面面；可分析、实现最低建筑能耗，并借助通风、采光、气流组织等对人体舒适度进行分析及改善，实现节能环保。因而，本文首先阐述了BIM概念及技术，重点分析了BIM应用对建筑方案设计过程的影响，BIM 在建筑设计中的应用。
关键词：BIM；建筑；影响；应用
一、引言
信息技术已经成为产业进步和企业发展的最强大推动力及最重要的技术手段之一，在每个领域的产业升级和快速发展中均发挥巨大作用。信息化在建筑行业的应用尚不成熟，加之建筑业的竞争日趋激烈，利用信息化技术提高竞争力，带动设计行业现代化，是这一时期必须要努力的方向。
BIM理论自 2002 年被提出后，其在工程建设领域的应用价值已经得到广泛的认可，越来越多的国家开始在工程建设实践中应用 BIM。我国的BIM理论研究开始于2003年，发展至今已经涌现出一些成功的实践案例，为我国的 BIM 应用研究积累了丰富的实践经验。在长达数十年，甚至上百年的建筑全生命周期中，建筑方案设计阶段的时间很短，但却影响最为深远。
纵观整个建设项目，建筑方案设计阶段投资通常情况下只占建设项目总投资2%-5%，但却决定了建设项目75%以上的内容。这是由于建筑方案设计阶段位于整个建筑生命周期的前端，是整个建设项目信息大量生成的阶段，设计品质的良莠不单影响到建筑施工能否顺利进行，同时也影响到完工以后长时间的运营使用。因此在建筑方案设计阶段便开始应用BIM 技术是探索 BIM 优势的关键所在。
二、BIM 的概念及其技术特点
1、BIM 的概念
BIM的英文全称是Building Information Modeling，翻译过来就是建筑信息模型，这也是目前国内对其统一的称呼。BIM技术是一种对工程设计、建造以及管理过程中应用的数据信息化工具，该技术将项目中所有的数据信息存储到参数模型中，从项目开始到建筑消失的全生命周期过程中，利用它可以使整个项目的数据信息实现交换与共用。方便了使从事项目管理相关人员对建设工程各个阶段中出现的任何情况作出快速准确应对，还可为项目各参与方提供协同工作平台，使生产效率得以提升、项目成本大大降低、工程周期得以缩减。
2、BIM 技术的特点
（1）信息的集成性和联动性
BIM 技术提供的是一种数字化统一建筑信息模型表达方式，通常由三维模型及与其相关
联的属性等语义信息组成，信息是完整统一，具有内在关联性。这种表达方式利用数据之间的内在联系，建立并实现信息的组织和管理，其本质是一种集约的资源管理模式。
（2）协调性和一致性
BIM技术的软件系统是一个建立在数据基础上的三维立体模型，当一个三维立体模型建立后，各项目间的联系就建立起来，从而可以实现多种信息和数据格式的传送，实现一个共享信息的目的。通过这样的方式，工程项目的负责人就不用担心由于时间或空间的差异而产生不必要的误差问题，工作人员就可更加安心完成任务，保持整个建筑工程项目同步进行。
（3）实现参数化的设计
所谓的“参数化”是指模型间、所有图元间的联系，这些联系是可以进行人为的设置，也可以通过系统来自动的创建。参数化的存在可给BIM技术提供最基本的工作平台，有这样一个平台，项目中一些需要修改的地方就可及时方便进行修改，且那些修改地方也能在建筑的项目的数据库中体现出来。
（4）遵守统一的标准，实现信息共享
BIM技术所采用的数据格式都是遵循国际标准的，所有使用BIM技术软件都会支持国际的标准格式IFC，当一些工程数据采用IFC的格式时，所有这些支持国际标准的BIM软件都可以对此进行解读，这样就可以更加方便来处理软件间模型交互问题。
三、BIM 应用对建筑方案设计过程的影响
1、设计流程的变化
BIM 应用对设计流程的影响主要体现在工作量转移。在传统的设计流程中，施工图设计阶段的分量最重，工作量最大。设计过程中应用 BIM 对工作量的分布产生了巨大影响。BIM 基于一个模型的自动更新理念可以有效的减少传统设计中由于图纸关联性差所造成的大量重复工作。同时BIM 建模软件的自动生成标准化细部设计的功能可以有效减少制图时间。施工图绘制时间的缩短必然会带来设计过程的变化及设计工作量的重组。
2、 设计方法转变
BIM 的出现为建筑师改进设计方法提供了可能性。BIM 模型具有修改方便、表达直观的特点，兼具徒手画和实体模型两者设计方法的优点。BIM 模型具有自动生成图纸功能，这将建筑师完全从绘图工作中解放出来，设计方法得到根本性的转变，BIM 带给建筑设计方法的转变还体现在从粗放型设计到集成型设计。应用 BIM 的设计方法，各专业人员是以建筑师提供的设计模型为基本的设计平台，改变了建筑行业内传统的各自为政的工作模式，从异步的、联系松散的粗放型设计转化为同步的、联系紧密的集成型设计。
3、空间思维的转换
BIM 所采用的是虚拟现实的三维物体的方式，是对建筑本源的回归。其建筑设计工具第一次使方案设计工作可以从构思阶段开始就实现空间与形体关系的统一。透视草图和实体模型设计的不足之处在 BIM 模型中得以解决，三维数字虚拟技术将建筑外观及空间形态的研
究统一起来。建筑师可以利用软件提供的相机功能设置角度进行人视点的空间形象推敲，同样可以通过软件制作出虚拟现实的漫游动画，进行空间序列的整体研究。建筑设计工作从二维到三维，为真正实现数字化建造提供可能。
四、BIM 在建筑设计中的应用
1、BIM 在建筑设计中的应用模式
在设计初期，结合建筑物对用地周围环境的影响和与周边其他建筑的关系，进行场地规划设计。在方案设计早期，可以将概念规划阶段的体量模型导入 BIM 建模软件进行适当修改及完善，并以此为基础进行方案设计，保证前期的分析结论能够有效指导下一步的设计工作。方案初步稳定后，充分利用 BIM 模型进行进一步的方案优化，摆脱了传统繁琐制图工作的设计师可以将精力更多的关注到建筑的空间利用优化中，随着各专业利用三维协同模式进行方案深化，信息传递更加及时，也大大提高建筑设计效率和质量。在建筑设计的过程中，应用BIM 技术，通过建立统一协同标准，可有效协调各专业设计方案。
2、 BIM 在建筑设计中应用的技术手段
（1） 协同工作模式
应用BIM 技术进行协同设计的工作模式与传统二维设计不用，将基于统一的BIM 模型数据源，保持数据良好的关联性和一致性，完成高度的信息数据共享，实现对信息的充分利用。此时，设计单位搭建基于BIM 的协同平台成为BIM 技术应用的重要条件。设计单位所搭建的BIM协同平台，可以在BIM项目实施中有效控制和管理各种数据，并通过BIM 设计中各专业、各相关参与方的协同工作，实现相关数据存储的完整性和传递的准确性。同时，BIM 协同平台还可以为工程项目的业主、设计、施工、顾问、供应商提供协同工作环境，保证相关方数据和信息的准确、统一。设计单位的BIM 协同平台可以采用信息化平台方式或共享文件夹的方式实现。BIM 协同平台作为数据和信息的共享平台，应依据企业内部的设计管理特点来搭建。为各专业提供一个统一的工作环境，通过将各种设计标准与流程的内置，可以提高各专业的配合效率，并有利于提高设计质量。
（2 ）工作标准及模板
设计单位在BIM 实施中积累了大量构件，这些构件经过加工处理，可形成能重复利用的构件资源，同时，有条件的设计单位会开发建立构件资源库，使构件资源合理开发并有效利用，这将大幅度降低BIM的实施成本，充分实现BIM技术所带来的效率价值。同时通过设计单位构件管理制度的建立，可保证构件资源库经过整体规划，完成对构件的通用化、系列化、模块化的系统管理，并通过持续性的维护，使构件资源成为设计单位的信息资产，实现其在各专业的设计工作中高度的共享与复用。BIM构件库需设置必要的管理和使用权限，根据不同角色设置BIM构件的查询、下载、增删改等权限。
（3 ）模型分级要求
根据建筑设计的不同阶段，确定对于BIM模型的需求及用途，从而形成模型深度等级规
定，同时确定构件创建或引入时的适宜深度，即构件深度应与模型深度等级相对应。建立 BIM 模型等级划分，需从整合模型架构开始，至少包含以下三个层次的信息：资源数据、族模型对象和专业模型对象。BIM 模型深度等级根据不同的设计专业，划分为建筑、结构、设备三类模型深度等级，在BIM实施中设计单位可根据自身的业务特点，划分更为详细的专业深度等级BIM模型深度等级可按需要选择不同专业和信息维度的深度等级进行组合。在BIM应用中，每个专业BIM模型都应具有一个模型深度等级编号，以表达该模型所具有的信息详细程度。
（4）数据传递方式
建筑信息模型针对建筑设计的不同阶段，不同要求进行了深度分级，这就使针对不同阶段的模型的数据传递成为急需解决的问题。结合不同阶段对于BIM模型的不同需求，将建筑信息模型分为三个阶段，通过有效利用模型数据，实现各阶段的数据传递及继承，做到了建筑信息模型贯穿建筑设计的始终。做到BIM模型的连续传递，实现了BIM从前期设计到出施工图全部三维设计，在施工阶段注重利用设计阶段的BIM数据模型，按照施工建设的需求对模型进行整理、拆分、深化，梳理施工所需的模型资源，对其进行完善和细化，使其可延伸发展，满足施工阶段的BIM利用要求。将施工阶段需要的构件添加到模型之中，利用完善的 BIM 模型模拟施工组织方案，寻找最佳计划，并最终形成一套完整的施工方案。运维阶段，因为在设计时，模型搭建是按一定的规则进行的，所以在这一阶段可以很好地利用已有的 BIM模型，进行运维的深化设计，设备专业可以按系统提取信息，同时可以按空间功能类型准确定位，在后期可以根据实际情况，进一步完善模型中的信息。