基于参数化BIM建筑设计技术
2017-12-08
文从我国设计行业存在的问题引发对BIM技术的探讨，对其优势做了研究。从其使用的几个方面阐述了该技术的优势，综合说明BIM技术是当前提高建筑设计创新能力的关键。
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关键词：BIM；建筑设计
我国目前建筑设计技术发展的不足：
第一、技术落后，效率低下。 目前很多设计公司，国企仍然将AutoCAD 作为日常设计工具，实际工作中，在建筑视觉模拟、动态模拟分析、以及网络环境下实现工作状态的模拟只是少数建筑师的试验性方法，并未和工程营建结合成一体，导致在设计意图的表达上无法实现虚拟化体验，在更高层次的虚拟现实环境下方案表现受到限制，不利于建筑方案的完善。设计工作大量重复，修改图纸，
引起多米罗效应，导致设计效率低下。
第二、缺少共享的建筑数据库。没有在建筑设计行业建构完备的数字化资源系统，大量的与设计相关的信息没有建立系统的分类和管理，设计师对资料的检索、获取，整理都必须花大量的时间和精力，重复性的研究工作经常在设计过程发生中。另外，与设计相关的建造信息、市场信息不能被方便的共享和链接到，设计与市场和建造经常发生分离。
第三、工程各环节的分离。常常看到为了吸引甲方，设计部门会作出一些华丽的效果图，但这样的效果图往往包含着虚假信息，它是靠人的审美主观在主导的，和实际的工程往往出入很大。例如：一个优秀的建筑其设计图纸与表现可以很平实，而一个糟糕的建筑设计其图纸与表现却可以是充满艺术感。信息的分离，导致图纸或表现的图面艺术效果并不能传递给最终的建筑。
而BIM技术可以有效解决以上问题，利于建设生产整个过程的价值提高。BIM技术是未来计算机辅助建筑设计的发展趋势。
我国政府也重视BIM发展，相继有国家科技部”十一五”的重点研究项目《建筑业信息化关键技术研究与应用》，住房和城乡建设部《2011～2015年建筑业信息化发展纲要》提出，“十二五”期间，基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）。
一．BIM概念
BIM技术上世纪90年代起源于欧洲，其基本思想是，在计算机上进行建筑设计时，不再是对线段、弧线、圆等基本图元进行操作，而是对带有属性信息的建筑构件进行操作。
BIM即"建筑信息模型" （Building Information Modeling），运用BIM技术，建筑师作设计的过程，就是建造一个真实建筑的过程。这个虚拟的建筑模型，包含了大量建筑材料和建筑构件特征等信息，是一个包含了建筑全部信息的综合电子数据库。在这样一个真实的智能的建筑模型中，建筑师可以任意的输出平面、剖面、立面，以及各种细部详图、建筑材料、门窗表，还可以输出预算报表、施工进度等等。
二．参数化BIM的实际应用
现在越来越多的世界知名建筑师和事务所开始使用BIM软件进行建筑设计。在F·盖里的事务所中，他们用先进的模拟软件进行整体环境设计和模型制作，他们的施工图数据完全是从已完成的数字模型中获得的。
他的毕尔巴鄂古根海姆博物馆的整个结构技术参数和图纸绘制都是在这种计算机的辅助下建立模型完成的。这个博物馆的外观钛金属板，是利用CNC刨槽机铣出来聚苯乙烯板模型，然后送到捷克制造工厂里，制作出钢模子，再将这些模子被运到瑞典，将4 mm厚的不锈钢板加热到1815℃，用一个1500 t的压力压到钢模子里形成复合曲面的形态。他在设计时，先作出纸模型，然后使用三维空间数字化仪（3D digitizer）将曲面的坐标输入电脑，用 CATIA 软件制作建筑信息模型（BIM）。CATIA是利用参数驱动来设计模型的。这是一种约束几何的参数化，用一组参数约束该几何图形的一组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计结果是包含设计信息的模型。
盖里的建筑信息模型不仅应用于建造工人的施工过程，在设计阶段也应用与结构和材料的分析，使得表面复杂的面板得到解决。
三．BIM的优势
1. 联动性
用BIM软件，可以从建立模型开始，即时获得建筑模型的各个方面的信息，比如设计出一个建筑平面，切换视角，即可看到建筑的剖面和里面以及三维立体模型，同时可以生成施工图，材料表，造价表等。如果要改动其中一个数据，那么与之相关联的其他数据也会联动，保证了建筑模型的精确性。笔者本人做一个上海中心的建筑模型，利用revit体量建模，定义各个构件的参数，之后，移动了曲面的其中一个节点，则该模型的立面、剖面、平面数据同时发生的了变化，图纸里的标注尺寸也相应改变，再重新生成渲染图，形成新的模型。
这种联动性让各个专业之间的交流更加清晰，较低层次的任务，例如绘制图纸、文档生成、创建进度表等都是联动生成。一个建筑设计不同视图的图纸在修改的时候都会自动更新。
2. 5D 管理
通过BIM 5D施工系统快速建立3D 施工模型，将大大减少设计文档错误，从而节约成本。5D即传统的3D加上时间、成本。这些信息可以通过BIM集成，这样就可以分析施工工序的合理性。5D 施工管理解决方案可以将预算过程中创建的信息分解到生产中，设计、成本、进度三部分相互关联，任一个部分的变化都会及时自动的反映在另外两个部分。这将大大缩短评估预算的时间，显著提高预算准确性；可以增强项目施工的可预见性，在施工的初期及早发现问题；设计、预算、进度可以同步获得；而且，在施工的任意阶段，也同样可以通过与 3D 模型的关联，保持最新的、准确的造价计算。这就让设计方、施工方、管理方有了同一沟通的平台，减少误差，保证信息的精确性。
3. 工程周期管理
采用 BIM 技术，从建筑设计开始，创建的就是数字化的建筑信息，可以说，BIM 技术从根本上改变了建筑信息的创建方式和创建过程。再应用建筑生命周期管理的相关技术，就可以改变建设工程信息的管理和共享过程，从而实现建筑生命周期管理。
虽然目前国内大部分工程还没有使用 BIM进行工程的管理，建筑设计中创建的数字化模型数据库的核心部分主要还是建筑实体和构件的基本数据。但不久，随着信息化技术在建筑行业的深入发展，将会有越来越多的功能会被开发利用，如概预算、进度计划、采购、工程生命周期管理等，一种是整合的形式出现在一个BIM软件中，像是CATIA；一种是其他各个方面的软件共享BIM的模型数据来计算，在各自的工作环节产生出相应的工程数据，并将这些数据整合到最初的模型中，对建筑信息模型进行补充和完善。像是目前的revit、archicad等。两种方法都体现出BIM使用的潜力巨大。在建筑项目实施的整个过程中，自始至终只有一个唯一的建筑信息模型，包含完整的建筑工程数据。在北京SOHO项目中，设计师扎哈.哈迪德从设计开始就使用BIM技术，方案设计采用参数化方法完成建筑模型，利用CATIA建模，生成施工图纸，施工过程中使用BIM模型来指导现场施工，同时控制工程的成本、管理，完工后，利用同一BIM模型进行后期的维护，生命中期的管理。整个过程节约了成本，提高了效率。最终BIM完成了从设计，施工、成本控制、后期维护、生命周期管理的全过程。让这个项目成为国内BIM全过程应用的第一个成功案例。
四．结语
目前我国缺乏系统化的、行之有效的 BIM 标准，这些标准包括数据交换标准，BIM 应用能力评估准则，规范 BIM 项目实施流程等。美国是最先出BIM标准的国家，2002年已经颁布NBIMS，英国，德国也相继出台标准，日本是亚洲第一个建立该标准的国家。BIM技术在我国设计行业才刚开始实践，我国虽然将BIM作为十二五发展的重点发展项目，但标准至今未建立起来，这就影响了推广和使用。
另外，BIM作为设计技术的第二次革命，它与以前技术最大的不同在于思维方式。必须将原来的二维化思维方式转向三维化。这样才能提高设计价值，让建筑业发展的更好。
参考文献：
[1] 方海. 弗兰克·盖里，毕尔巴鄂古根海姆博物馆[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2003
[2] 琳达·格鲁特（美），大卫·王. 建筑学研究方法[M]. 王晓梅译. 北京：机械工业出版社，2004.
[3] 威廉·J·米切尔（美）. Me++——电子自我和互联城市[M]. 刘小虎等译. 北京：中国建筑工业出版社，2006
