1、BIM 技术的发展与应用【摘 要】BIM 即建筑信息模型，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。目前应用于建筑幕墙等建筑相关专业。 【关键词】BIM；建筑信息模型；三维建模，建筑幕墙 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 一BIM 简介 1.1BIM 简介 当前，BIM 似乎成为了一种设计时尚，凡事都要和 BIM 挂钩，其实，BIM 早就已经存在了，从我们甩开图板应用计算机绘图开始，BIM 就一直伴随着我们，只是我们一直没有重视罢了。BIM 的实质就是在计算机中虚拟建造建筑，计算机的架构决
2、定了设计思维的数字化过程，所以在计算机中的任何阶段进行设计都是 BIM 的建构过程，只是每个阶段的侧重点不同而已。BIM 架构的重点是信息，信息在各个阶段的自由流动是 BIM 的核心。建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。 BIM 的全拼是 Building Information Modeling，中文翻译最为贴切的、也被大家所认可的名称为：建筑信息模型。 这些建筑模型的数据在建筑信息模型中的存在是以多种数字技术为依托，从而以 这个
3、数字信息模型作为各个建筑项目的基础，去进行各个相关工作。建筑工程与之相 关的工作都可以从这个建筑信息模型中拿出各自需要的信息，即可指导相应工作又能 将相应工作的信息反馈到模型中。 1.2BIM 模型的特点 1、可视化。可视化即“所见所得”的形式，对于建筑行业来说，可视化的真正运 用在建筑业的作用是非常大的，例如经常拿到的施工图纸，只是各个构件的信息在图 纸上的采用线条绘制表达，但是其真正的构造形式就需要建筑业参与人员去自行想象 了。 2、协调性。这个方面是建筑业中的重点内容，不管是施工单位还是业主及设计单位，无不在做着协调及相配合的工作。一旦项目的实施过程中遇到了问题，就要将各有关人士组织起来
4、开协调会，找各施工问题发生的原因，及解决办法，然后出变更，做相应补救措施等进行问题的解决。那么这个问题的协调真的就只能出现问题后再进行协调吗？在设计时，往往由于各专业设计师之间的沟通不到 位，而出现各种专业之间的碰撞问题，例如暖通等专业中的管道在进行布置时，由于施工图纸是各自绘制在各自的施工图纸上的，真正施工过程中，可能在布置管线时正 好在此处有结构设计的梁等构件在此妨碍着管线的布置，这种就是施工中常遇到的碰 撞问题， 像这样的碰撞问题的协调解决就只能在问题出现之后再进行解决吗？BIM 的 协调性服务就可以帮助处理这种问题，也就是说 BIM 建筑信息模型可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行
5、协调，生成协调数据，提供出来。当然 BIM 的协调作用也并不是只能解决各专业 间的碰撞问题，它还可以解决例如：电梯 井布置与其他设计布置及净空要求之协调， 防火分区与其他设计布置之协调，地下排水布置与其他设计布置之协调等。 3、模拟性。模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM 可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验，例如：节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传 导模拟等；在招投标和施工阶段可以进行 4D 模拟（三维模型加项目的发展时间） ， 也就是根据施工的组织设计模拟实际施工，从而来确定合理的施工方案来指导施工。 同时还
6、可以进行 5D 模拟（基于 3D 模型的造价控制） ，从而来实现成本控制；后期 运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式的模拟，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散 模拟等。 4、优化性。事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程，当然优化和 BIM 也不存在实质性的必然联系，但在 BIM 的基础上可以做更好的优化、更好地做优化。优化受三样东西的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息做不出合理的优化结果，BIM 模型提供了建筑物的实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在。复杂程度高到一定程度，参与人员本身的能力无法掌握所有的信息，必须借助一
7、定的科学技术和设备的帮助。现代建筑物的复杂程度大多超过参与人员本身的能力极限，BIM 及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。目前基于BIM 的优化可以做下面的工作： （1） 、 项目方案优化：把项目设计和投资回报分析结合起来，设计变化对投资回报的影响可以实时计算出来；这样业主对设计方案的选择就不会主要停留在对形状的评价上，而更多的可以使得业主知道哪种项目设计方案更有利于自身的需 求。 （2） 、 特殊项目的设计优化：例如裙楼、幕墙、屋顶、大空间到处可以看到异型设计，这些内容看起来占整个建筑的比例不大，但是占投资和工作量的比例和前者相比却往往要大得多，而且通常也是施工难度比较大
8、和施工问题比较多的地方，对这些内容的设计施工方案进行优化，可以带来显著的工期和造价改进。 5、可出图性。BIM 并不是为了出大家日常多见的建筑设计院所出的建筑设计图纸，及一些构件加工的图纸。而是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优 化以后，可以帮助业主出如下图纸： （l） 、综合管线图（经过碰撞检查和设计修改， 消除了相应错误以后） ； （2） 、综合结构留洞图（预埋套管图） ； （3） 、碰撞检查 侦错报告和建议改进方案。 1.3BIM 应用的目的 BIM 应用的目的：把隐含的的建筑信息（设计等方面）显式化，把以2D 图纸为基础的设计成果交付手段转变为 3D 模型为基础的设计成果交付
9、手段。BIM 除了定义纯数据方面的一些内容外，更加重要的是重新制定了建筑业工作流程、协同工作的数据模型，定义了建筑从业人员在同一数据模型下的协同工作的规则。 BIM 施工协同模型是建筑工业新的发展方向，在这个概念的指导下，对三维空间的 BIM 模型附加时间和成本信息，可以使工程施工企业更好安排和管理工程的造价和资源，直接与进度和估价清单链接。3D 模型的主要用途就是统计材料的准确数量，识别施工冲突。 1.4 BIM 在中国的应用 BIM 在国外的应用已经趋于成熟，欧美、日本、新加坡等发达国家均开始广泛使用。应用领域贯穿整个设计阶段、施工阶段以及建成后的维护和管理阶段。大企业已经具备 BIM 技
10、术能力，同时 BIM 专业咨询公司已经出现，为中小企业应用 BIM 提供有力支持。 BIM 在国内也开始广泛受到重视，国家已经将 BIM 建筑信息模型系统作为国家科技部“十二五“的重点研究项目建筑业信息化关键技术研究与应用 ，并被住建部认可为“建筑信息化的最佳解决方案“。 BIM 对中国工程建设行业举足轻重的作用。不可忽视的就是中国巨大的建设量，在这样的背景下，我们看到了中国和 BIM 结缘的必然性。巨大的建设量带来大量沟通和实施环节的信息流失造成了众多损失，BIM 所带来的信息整合，重新定义了设计流程，能够很大程度上改善这一状况。此外，建筑生命周期管理和节能分析，也在很大程度上满足了可持续发
11、展和国家资源规划管理信息化的需求。 BIM 在国内的成功应用有、上海中心大厦、南水北调工程、香港地铁项目等。 二建筑信息模型（BIM）设计的核心理念 2.1.参数化设计 参数化设计从实质上讲是一个构件组合设计，建筑信息模型是由无数个虚拟构件拼装而成，其构件设计并不需要采用过多的传统建模语言，如拉伸、旋转等，而是对已经建立好的构件（称为族）设置相应的参数，并使参数可以调节，进而驱动构件形体发生改变，满足设计的要求。而参数化设计更为重要的是将建筑构件的各种真实属性通过参数的形式进行模拟，并进行相关数据统计和计算。在建筑信息模型中，建筑构件并不只是一个虚拟的视觉构件，而是可以模拟除几何形状以外的一些
12、非几何属性，如材料的耐火等级、材料的传热系数、构件的造价、采购信息、重量、受力状况等等。 对参数定义属性的意义在于可以进行各种统计和分析，例如我们常见的门窗表统计，在建筑信息模型中是完全自动化的，而参数化更为强大的功能是可以进行结构、经济、节能、疏散等方面的计算和统计，甚至可以进行建造过程的模拟，最终实现虚拟建造。这与犀牛、3D Max 等软件中的三维模型是完全不同的概念，用 3D Max 建立的模型，墙与梁并没有属性的差别，它们只是建筑师在视觉上假设的墙与梁，这些构件将无法参与到数据统计，也就不具备利用计算机进行各种信息处理的可能性。 2.2.构件关联性设计 构件关联性设计是参数化设计的衍生
13、。当建筑模型中所有构件都是由参数加以控制时，如果我们将这些参数相互关联起来，那么我们就实现了关联性设计。换言之，当建筑师修改某个构件，建筑模型将进行自动更新，而且这种更新是相互关联的。例如，我们在实际工程中经常会遇到修改层高的情况，在建筑信息模型中，我们只要修改每层标高的数值，那么所有的墙、柱、窗、门都会自动发生改变，因为这些构件的参数都与标高相关联，而且这种改变是三维的，并且是准确和同步的。我们不再需要去分别修改平立剖。关联性设计它不仅提高了建筑师的工作效率，而且解决了长期以来图纸之间的错、漏、缺问题，其意义是显而易见的。 2.3.参数驱动建筑形体设计 参数驱动建筑形体设计是指通过定义参数来
14、生成建筑形体的方法，当建筑师改变一个参数，形体可以进行自动更新，从而帮助建筑师进行形体研究。参数驱动建筑形体设计仍然可以采用定义构件的方法实现。如果我们要设计一个形体复杂的高层建筑，我们可以将高层建筑的每一层作为一个构件，然后用参数（包含一些简单的函数）对这一层的几何形状进行定义和描述，最后将上下两层之间再用参数关联起来，例如设定上下两层之间的扭转角度，这样就可以通过修改所定义的角度来驱动模型，生成一系列建筑形体。这种模式对于生成一些有规律的，但却很复杂的建筑形体是十分有用的。 在 Revit 中，还有另外一种方便的工具体量。体量设计更加接近建筑师的工作模式，建筑师可以从体量推敲做起，而不必关
15、心体量与尺寸参数的关系，当体量推敲满意后，再为体量附着上具有真实属性的建筑构件，例如给形态附着幕墙、墙、楼板等。体量模式较为强大的功能还在于，当我们再次修改体量时，原先附着的建筑构件可以相应更新。这实际上实现了“先形状后尺寸”的设计方式，其技术思想与“变量化实体造型技术”较为接近。 2.4.协作设计 在以往，我们理解的协作设计通常是建筑专业与结构水暖电的专业协作。而今天，随着建筑工程复杂性的增加，跨学科的合作成为建筑设计的趋势。在二维 CAD 时代，协作设计缺少一个统一的技术平台，但建筑信息模型为传统建筑工种提供了一个良好的技术协作平台，例如，结构工程师改变其柱子的尺寸时，建筑模型中的柱子也会
16、立即更新，而且建筑信息模型还为不同的生产部门，甚至管理部门提供了一个良好的协作平台，例如施工企业可以在建筑信息模型基础上添加时间参数进行施工虚拟，控制施工进度，政务部门可以进行电子审图等等。这不仅改变了建筑师、结构工程师、设备工程师传统的工作协调模式，而且业主、政府政务部门、制造商、施工企业都可以基于同一个带有三维参数的建筑模型协同工作。 2.5.Autodesk Revit 软件的工程应用 Autodesk Revit 软件专为建筑信息模型而构建(BIM)。BIM 是以从设计、施工到运营的协调、可靠的项目信息为基础而构建的集成流程。通过采用 BIM，建筑公司可以在整个流程中使用一致的信息来设计和绘制创新项目，并且还可以通过精确实现建筑外观的可视化来支持更好的沟通，模拟真实性能以便让项目各方了解成本、工期与环境影响。 参考文献： 建筑幕墙 （GBT 21086-2007） 建筑结构荷载规范 （GB 50009-2012） Autodesk Revit 基础教程
