BIM技术在建筑设计中的应用研究

【摘 要】伴随着信息化技术在各个行业内不断的延伸，建筑信息模型（BIM)作为一个新型名词悄然诞生，它以虚拟建筑模型模式对建筑结构设计、施工以及后期运行管理进行预算指导，现在已经成为设计和施工单位承接项目发展的必然趋势，受到了建筑业内广泛的重视。目前，国内已经有专业的BIM技术咨询公司出现，发展势力非常活跃，为中小型建筑企业应用BIM技术提供了强有力的支持。
【关键词】 BIM 建筑全生命周期 典型应用
一、BIM技术概述
BIM为（Building Information Modeling）的简称，汉语意思为建筑信息模型，包括整个建筑从无到有整个生命内所有建筑原件数量，性质，空间理念，几何学，地理信息等所有内容。作为建筑工程设计的新方法，新思维，BIM技术是建筑物的各种信息与建筑业的操作流程的有机统一，将数字信息发挥到极致，与传统图纸的二维建筑效果图不同，BIM模型可以通过矢量更直观、清晰、形象地展现出建筑多角度的立体效果，特别是其对建筑物的真实模拟，可以为建筑设施提供更大的便利。
BIM信息模型具有单一工程数据源，可解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命周期中动态化的工程信息创建、管理和共享。建筑信息模型同时又是一种应用于设计，建造，管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。
二、BIM技术在建筑设计的特点
BIM技术具备可视性、协调性、模拟性、优化性、可出图性五大特点，从而可以方便进行更好的沟通、讨论与决策，减少不合理变更方案或问题变更方案。
2.1 可视性 针对用简单线条来绘制的建筑构件信息传统平面图纸，建筑人员在施工过程中可以发挥想象力来完成建筑的构想和重现，而近年来，随着建筑造型和形式的日益复杂，建筑人员仅靠想象力很容易出现思维偏差，更难以有效再现建筑的具体构件信息，而BIM技术则可以通过三维的立体实物图形，将建筑物具体、形象的展现出来，从而有效地避免因建筑重叠而引发的建设和管理问题。此外，BIM技术可以通过构建建筑构件之间的反馈性和互动性，进而实现整个建筑建设和管理过程中的可视性，提高工程内容的全面性和准确性，利于造价成本的可控性。
2.2 协调性 工程施工过程中离不开施工单位、建筑设计方、业主之间的协调、合作和配合，一旦项目施工中出现问题就需要把相关人员组织起来一起协调沟通，才能真正找出问题原因并探索解决策略，然而问题产生后的协调补救却无法有效弥补因问题出现而带来的一系列损失，这就需要在问题发生之前加强各单位之间的协调合作，讲问题发生的概率及其带来的风险降到最低，而BIM技术就可以为项目建设提供有效的协调服务，作为科学的建筑信息模型，它在建筑设计和规划阶段，就可以对各种有可能会出现的问题，进行协调并生成相应的协调数据为问题解决提供有效的保障。例如：在建筑施工过程中经常会出现的通暖、防火分区、净空高度、电梯井布置等一系列问题之间的碰撞，而建筑信息模型的出现则可以有效地实现这些碰撞之间的预测、分析和化解，减少工程设计中的矛盾。
2.3 模拟性 BIM技术并不是只能对建筑实物进行模拟，它还可以对在真实世界难以实现和操作的事物进行有效的模拟，进而得出具体的数据信息为设计和项目规划提供充足依据，特别是在设计阶段，BIM模型可以通过一系列的模拟试验为建筑设计提供科学有效的数据信息，如：地震人员逃生模拟，消防人员疏散模拟等旧可以为建筑设计人员提供相关有用的信息并有效规避建筑完成后相关问题的产生，有利于对设计做系统性的分析。
2.4 优化性 一般而言，整个建筑项目从设计到施工到运营的每一个阶段都在不断的优化，虽然项目优化和BIM之间并不存在必然的实质联系，而BIM技术在建筑项目优化却存在很大的优势，由于项目优化一般要受到时间、项目类型、复杂程度及各种信息的制约，而BIM模型则可以基于其在物理信息，几何信息、规划信息等一方面的优势，更好的完成项目方案和规划的具体优化，增强设计模式的精细化。
2.5 可出图性 与传统的平面图纸不同，BIM模型可以在矢量的基础上，通过完成协调、模拟、优化等一系列的流程，最终将建筑物立体，直观、形象地展示出来，并充分体现建筑结构节点图，管线配合图，预留空洞图，综合管线图、碰撞分析及解决方案等内容，提高设计整体性控制。
三、BIM技术在建筑设计的应用
3.1 前期模拟设计虽然项目设计阶段所花费的费用占整个项目建设成本的比例非常低，但其对整个项目工程造价的影响却超过70%，因此项目建设的设计阶段是整个建筑项目工程的关键环节，在BIM技术的支持下，设计者可以充分地将数据库信息与建筑项目设计的CAD图纸有效整合，进而通过时间维度实现对工程建设内容的选择性输出，最终得到全面，合理的设计信息。在设计之前，为了能够设计出最为满意的方案，需要进行前期的模拟设计。BIM技术应用在建筑设计中是虚拟的，施工之前在BIM上面将施工过程、内容、方案进行比对，并对整个过程进行模拟，通过比对模拟，从中发现在设计方面存在的问题，并对问题进行分析，讨论，研究，找出解决的对策，在BIM的基础之上进行改进，对实际施工过程进行控制，不断的调整，直到达到最令人满意的状态。例如，在设计前期，用BIM技术将建筑的整体效果图展现出来，从图示中找出工程的难点和特点，对基础底板大体积混凝土流水段进行划分，设置钢结构整体模型，对设计的建筑的高度及选址位置的阳光强度和阴影强度进行测量，保证建筑设计的合理性，美观性。
3.2 动态控制设计在对建筑进行施工时，可以利用BIM技术实现对建筑设计的控制。在模拟施工的过程中，可以将整个过程的信息收集起来，并利用BIM进行对比分析，对不足之处做改进。利用之前设计好的建筑方案以及收集的相关信息，将它们应用在建筑的设计之上，分析各类原材料资源的使用状况及采光条件，技术人员可以根据反馈的结果调整建筑方案，从而实现信息的交换，保证后期工程可以成功开展。对建筑设计的整个过程都能够通过BIM模型模拟出来，模拟的过程可以根据需求更改设施、更改位置、更改设计方案、更改建筑材料，整个过程是动态的，技术人员可以实现对整个建筑设计的控制。
3.3 可持续发展中的设计 BIM技术面向的是建筑全生命周期应用，这也是绿色建筑设计关注的内容。BIM技术模型提供的丰富的建筑工程数据和构件信息为绿色建筑分析软件提供完备的数据支持，整合了建筑设计与绿色设计的流程，确保了分析结果的正确性。建筑工程在建设时是否具备可持续性，是最终是否能够保证整个工程项目的综合效益的关键。专业的技术人员可以运用BIM信息模拟技术，将人们对于建筑的总体方位、总体构架的构想设计成模型，在这个过程中采用科学的方法来描绘建筑的过程，并运用3D、4D模型进行权衡，在设计的阶段，充分考虑环境、经济、社会效益的可持续发展。譬如: 利用REVIT工具模拟出建筑所建地区的地质环境、植被分布，模拟大强度风雨雪来测验建筑的稳定性，模拟冬夏两季的阳光强度，加上一定的风土韵味设计，并采用户主的意见进行合理的规划，以此来协调人、环境、经济的关系，实现可持续发展。
四、BIM技术在建筑设计中的应用趋势
BIM技术在美国到欧美、日本、新加坡等发达国家的应用比较广泛，在我国目前还处于起步的阶段，但BIM技术的科学性、数字化决定了其未来应用前景的广阔性。为了推动BIM技术的发展，国家、企业都付出了诸多努力。
BIM技术在建筑设计的应用前景广阔首先体现在国家方面，国家将这项技术作为重要的战略部署内容，并要求与之相关的部门制定出应用BIM技术的标准，督促完善各类模型，同时，为了保障BIM市场的规范，还需要建立健全相关法律法规，在BIM技术的实践中，政府应该大力支持它的发展，提供资金、人力物力作为BIM技术的保障，以此，来调动起人们的积极性并实现BIM技术的推广。
BIM是一种集成化，高度协同的设计方法，BIM设计技术必须依托设计得的全流程，不断发展深入应用，BIM在建筑设计中的应用推广必须是渐进式的，只有与正在发展的协同设计技术相结合，才能在设计企业内部具有生命力和发展动力。
BIM技术在建筑技术上的应用前景在企业方面的体现为:建筑设计公司的相关设计人员首先需要明确BIM技术对建筑设计以及企业发展的重要程度，在实际操作的过程中，企业负责人应该向员工宣传生产、研究、学习相结合的观点，将大学以及研究机构的作用充分发挥出来，并将其作为BIM技术发展应用的平台，为BIM技术的应用奠定良好的基础。除此之外，为了更好的推广应用BIM技术，企业还要安排专业人员对员工进行教育培训，增强他们对BIM技术的了解，保证建筑工程施工有条不紊的进行。目前 BIM技术在国内的应用有:奥运村空间规划及物资管理信息系统、南水北调工程、香港地铁项目等等，BIM技术从传统的2D的方式表达3D的建筑物，现在已经上升到了完成缩短工期要求的4D和控制造价压力的5D模型，可以处理更为复杂的建筑模型。随着计算机技术、数字技术、现代通信技术、建筑智能化技术的发展和普及，可视化的三维数字仿真模拟建筑信息模型 BIM技术应运而生，并为理想城市的建设提供了机会，同时也带来了挑战，BIM技术将被应用在人们对理想城市的建设中去，它的发展在不断的被壮大。
五、结语
综上所述，BIM技术的出现为复杂的建筑模型设计提供了可能，便利了建筑的设计、施工过程，但目前建筑业存在着产业结构分散性、工程对象唯一性、工程信息复杂性的问题，这导致BIM技术标准程度难以统一，同时在我国BIM技术还存在模型的版权以及管理问题，导致出现利益冲突，从而导致资源不能完全的共享，项目工程参与方不能很好的进行协调。BIM技术的发展还需要时间的磨合，通过政府企业的支持，使其和国内的建筑市场特色相结合，满足中国建筑市场的特色需求。
【参考文献】
[1] 龙辉元. BIM技术应用于结构设计的探讨与案例，2010；
[2] 中国建筑设计研究院2010年BIM项目设计研讨会资料汇编。