基于參數(shù)化BIM建筑設(shè)計技術(shù)
2017-12-08
文從我國設(shè)計行業(yè)存在的問題引發(fā)對BIM技術(shù)的探討，對其優(yōu)勢做了研究。從其使用的幾個方面闡述了該技術(shù)的優(yōu)勢，綜合說明BIM技術(shù)是當(dāng)前提高建筑設(shè)計創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。
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關(guān)鍵詞：BIM；建筑設(shè)計
我國目前建筑設(shè)計技術(shù)發(fā)展的不足：
第一、技術(shù)落后，效率低下。 目前很多設(shè)計公司，國企仍然將AutoCAD 作為日常設(shè)計工具，實際工作中，在建筑視覺模擬、動態(tài)模擬分析、以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)工作狀態(tài)的模擬只是少數(shù)建筑師的試驗性方法，并未和工程營建結(jié)合成一體，導(dǎo)致在設(shè)計意圖的表達(dá)上無法實現(xiàn)虛擬化體驗，在更高層次的虛擬現(xiàn)實環(huán)境下方案表現(xiàn)受到限制，不利于建筑方案的完善。設(shè)計工作大量重復(fù)，修改圖紙，
引起多米羅效應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)計效率低下。
第二、缺少共享的建筑數(shù)據(jù)庫。沒有在建筑設(shè)計行業(yè)建構(gòu)完備的數(shù)字化資源系統(tǒng)，大量的與設(shè)計相關(guān)的信息沒有建立系統(tǒng)的分類和管理，設(shè)計師對資料的檢索、獲取，整理都必須花大量的時間和精力，重復(fù)性的研究工作經(jīng)常在設(shè)計過程發(fā)生中。另外，與設(shè)計相關(guān)的建造信息、市場信息不能被方便的共享和鏈接到，設(shè)計與市場和建造經(jīng)常發(fā)生分離。
第三、工程各環(huán)節(jié)的分離。常?？吹綖榱宋追剑O(shè)計部門會作出一些華麗的效果圖，但這樣的效果圖往往包含著虛假信息，它是靠人的審美主觀在主導(dǎo)的，和實際的工程往往出入很大。例如：一個優(yōu)秀的建筑其設(shè)計圖紙與表現(xiàn)可以很平實，而一個糟糕的建筑設(shè)計其圖紙與表現(xiàn)卻可以是充滿藝術(shù)感。信息的分離，導(dǎo)致圖紙或表現(xiàn)的圖面藝術(shù)效果并不能傳遞給最終的建筑。
而BIM技術(shù)可以有效解決以上問題，利于建設(shè)生產(chǎn)整個過程的價值提高。BIM技術(shù)是未來計算機(jī)輔助建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢。
我國政府也重視BIM發(fā)展，相繼有國家科技部”十一五”的重點研究項目《建筑業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《2011～2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》提出，“十二五”期間，基本實現(xiàn)建筑企業(yè)信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用，加快建筑信息模型（BIM）。
一．BIM概念
BIM技術(shù)上世紀(jì)90年代起源于歐洲，其基本思想是，在計算機(jī)上進(jìn)行建筑設(shè)計時，不再是對線段、弧線、圓等基本圖元進(jìn)行操作，而是對帶有屬性信息的建筑構(gòu)件進(jìn)行操作。
BIM即"建筑信息模型" （Building Information Modeling），運用BIM技術(shù)，建筑師作設(shè)計的過程，就是建造一個真實建筑的過程。這個虛擬的建筑模型，包含了大量建筑材料和建筑構(gòu)件特征等信息，是一個包含了建筑全部信息的綜合電子數(shù)據(jù)庫。在這樣一個真實的智能的建筑模型中，建筑師可以任意的輸出平面、剖面、立面，以及各種細(xì)部詳圖、建筑材料、門窗表，還可以輸出預(yù)算報表、施工進(jìn)度等等。
二．參數(shù)化BIM的實際應(yīng)用
現(xiàn)在越來越多的世界知名建筑師和事務(wù)所開始使用BIM軟件進(jìn)行建筑設(shè)計。在F·蓋里的事務(wù)所中，他們用先進(jìn)的模擬軟件進(jìn)行整體環(huán)境設(shè)計和模型制作，他們的施工圖數(shù)據(jù)完全是從已完成的數(shù)字模型中獲得的。
他的畢爾巴鄂古根海姆博物館的整個結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)和圖紙繪制都是在這種計算機(jī)的輔助下建立模型完成的。這個博物館的外觀鈦金屬板，是利用CNC刨槽機(jī)銑出來聚苯乙烯板模型，然后送到捷克制造工廠里，制作出鋼模子，再將這些模子被運到瑞典，將4 mm厚的不銹鋼板加熱到1815℃，用一個1500 t的壓力壓到鋼模子里形成復(fù)合曲面的形態(tài)。他在設(shè)計時，先作出紙模型，然后使用三維空間數(shù)字化儀（3D digitizer）將曲面的坐標(biāo)輸入電腦，用 CATIA 軟件制作建筑信息模型（BIM）。CATIA是利用參數(shù)驅(qū)動來設(shè)計模型的。這是一種約束幾何的參數(shù)化，用一組參數(shù)約束該幾何圖形的一組結(jié)構(gòu)尺寸序列，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式對應(yīng)，當(dāng)賦予不同的參數(shù)序列值時，就可驅(qū)動達(dá)到新的目標(biāo)幾何圖形，其設(shè)計結(jié)果是包含設(shè)計信息的模型。
蓋里的建筑信息模型不僅應(yīng)用于建造工人的施工過程，在設(shè)計階段也應(yīng)用與結(jié)構(gòu)和材料的分析，使得表面復(fù)雜的面板得到解決。
三．BIM的優(yōu)勢
1. 聯(lián)動性
用BIM軟件，可以從建立模型開始，即時獲得建筑模型的各個方面的信息，比如設(shè)計出一個建筑平面，切換視角，即可看到建筑的剖面和里面以及三維立體模型，同時可以生成施工圖，材料表，造價表等。如果要改動其中一個數(shù)據(jù)，那么與之相關(guān)聯(lián)的其他數(shù)據(jù)也會聯(lián)動，保證了建筑模型的精確性。筆者本人做一個上海中心的建筑模型，利用revit體量建模，定義各個構(gòu)件的參數(shù)，之后，移動了曲面的其中一個節(jié)點，則該模型的立面、剖面、平面數(shù)據(jù)同時發(fā)生的了變化，圖紙里的標(biāo)注尺寸也相應(yīng)改變，再重新生成渲染圖，形成新的模型。
這種聯(lián)動性讓各個專業(yè)之間的交流更加清晰，較低層次的任務(wù)，例如繪制圖紙、文檔生成、創(chuàng)建進(jìn)度表等都是聯(lián)動生成。一個建筑設(shè)計不同視圖的圖紙在修改的時候都會自動更新。
2. 5D 管理
通過BIM 5D施工系統(tǒng)快速建立3D 施工模型，將大大減少設(shè)計文檔錯誤，從而節(jié)約成本。5D即傳統(tǒng)的3D加上時間、成本。這些信息可以通過BIM集成，這樣就可以分析施工工序的合理性。5D 施工管理解決方案可以將預(yù)算過程中創(chuàng)建的信息分解到生產(chǎn)中，設(shè)計、成本、進(jìn)度三部分相互關(guān)聯(lián)，任一個部分的變化都會及時自動的反映在另外兩個部分。這將大大縮短評估預(yù)算的時間，顯著提高預(yù)算準(zhǔn)確性；可以增強(qiáng)項目施工的可預(yù)見性，在施工的初期及早發(fā)現(xiàn)問題；設(shè)計、預(yù)算、進(jìn)度可以同步獲得；而且，在施工的任意階段，也同樣可以通過與 3D 模型的關(guān)聯(lián)，保持最新的、準(zhǔn)確的造價計算。這就讓設(shè)計方、施工方、管理方有了同一溝通的平臺，減少誤差，保證信息的精確性。
3. 工程周期管理
采用 BIM 技術(shù)，從建筑設(shè)計開始，創(chuàng)建的就是數(shù)字化的建筑信息，可以說，BIM 技術(shù)從根本上改變了建筑信息的創(chuàng)建方式和創(chuàng)建過程。再應(yīng)用建筑生命周期管理的相關(guān)技術(shù)，就可以改變建設(shè)工程信息的管理和共享過程，從而實現(xiàn)建筑生命周期管理。
雖然目前國內(nèi)大部分工程還沒有使用 BIM進(jìn)行工程的管理，建筑設(shè)計中創(chuàng)建的數(shù)字化模型數(shù)據(jù)庫的核心部分主要還是建筑實體和構(gòu)件的基本數(shù)據(jù)。但不久，隨著信息化技術(shù)在建筑行業(yè)的深入發(fā)展，將會有越來越多的功能會被開發(fā)利用，如概預(yù)算、進(jìn)度計劃、采購、工程生命周期管理等，一種是整合的形式出現(xiàn)在一個BIM軟件中，像是CATIA；一種是其他各個方面的軟件共享BIM的模型數(shù)據(jù)來計算，在各自的工作環(huán)節(jié)產(chǎn)生出相應(yīng)的工程數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)整合到最初的模型中，對建筑信息模型進(jìn)行補(bǔ)充和完善。像是目前的revit、archicad等。兩種方法都體現(xiàn)出BIM使用的潛力巨大。在建筑項目實施的整個過程中，自始至終只有一個唯一的建筑信息模型，包含完整的建筑工程數(shù)據(jù)。在北京SOHO項目中，設(shè)計師扎哈.哈迪德從設(shè)計開始就使用BIM技術(shù)，方案設(shè)計采用參數(shù)化方法完成建筑模型，利用CATIA建模，生成施工圖紙，施工過程中使用BIM模型來指導(dǎo)現(xiàn)場施工，同時控制工程的成本、管理，完工后，利用同一BIM模型進(jìn)行后期的維護(hù)，生命中期的管理。整個過程節(jié)約了成本，提高了效率。最終BIM完成了從設(shè)計，施工、成本控制、后期維護(hù)、生命周期管理的全過程。讓這個項目成為國內(nèi)BIM全過程應(yīng)用的第一個成功案例。
四．結(jié)語
目前我國缺乏系統(tǒng)化的、行之有效的 BIM 標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，BIM 應(yīng)用能力評估準(zhǔn)則，規(guī)范 BIM 項目實施流程等。美國是最先出BIM標(biāo)準(zhǔn)的國家，2002年已經(jīng)頒布NBIMS，英國，德國也相繼出臺標(biāo)準(zhǔn)，日本是亞洲第一個建立該標(biāo)準(zhǔn)的國家。BIM技術(shù)在我國設(shè)計行業(yè)才剛開始實踐，我國雖然將BIM作為十二五發(fā)展的重點發(fā)展項目，但標(biāo)準(zhǔn)至今未建立起來，這就影響了推廣和使用。
另外，BIM作為設(shè)計技術(shù)的第二次革命，它與以前技術(shù)最大的不同在于思維方式。必須將原來的二維化思維方式轉(zhuǎn)向三維化。這樣才能提高設(shè)計價值，讓建筑業(yè)發(fā)展的更好。
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