参数化BIM建筑设计技术 与应用

【摘要】BIM(建筑信息化模型)的出现,带来的不仅是技术,更应该是新的工作流程及新的行业惯例。借助BIM的技术优势,协同设计将与BIM融合,成为设计手段本身的一部分。但当前生产流程的组织与管理均围绕着二维图的形成来进行,这是阻碍BIM技术广泛应用。只有克服了诸多影响BIM普及的不利因素,BIM协同设计才能在建筑行业迅速发展。
【关键词】BIM ；参数化设计；关联性设计；协作设计；BIM应用实施

一、建筑信息模型（BIM）概述

在过去的20年中，CAD（Computer Aided Design）技术的普及推广使建筑师、工程师们从手工绘图走向电子绘图。甩掉图板，将图纸转变成计算机中2D数据的创建，可以说是工程设计领域第一次革命。这次深刻的革命不仅把工程设计人员从传统的设计计算和手工绘图中解放出来，可以把更多的时间和精力放在方案优化、改进和复核上，而且提高设计效率十几倍到几十倍，大大缩短了设计周期，提高了设计质量。然而二维图纸应用的局限性非常大，因为二维图纸不能直观体现建筑物的各类信息。BIM（Building Information Modeling）的信息技术可以帮助所有工程参与者提高决策效率和正确性。无疑，BIM是建筑工程信息化历史上的第二次革新。
正是BIM的应用，一种新的建筑业管理思想应运而生，这就是建筑物生命全周期管理(Building Lifecycle Management, BLM)。BLM是一种以BIM为基础，创建、管理、共享信息的数字化方法，能够大大减少资产在建筑物整个生命周期（从构思到拆除）中的无效行为和各种风险。BLM是建筑工程管理的最佳模式。

二、BIM在国内外应用的现状

(一)BIM在国外的发展

目前北美的建筑行业有一半的机构在使用建筑信息模型（BIM）或与BIM相关的工具，这一使用率在过去两年里增加了75%。在欧洲、日本及我国香港地区，BIM技术已广泛应用于各类型房地产开发，BIM技术将引领建筑信息技术走向更高层次。
例如在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。
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。

(二)BIM在国内的发展及应用

BIM在国外已经有了二十多年的发展历史，但并未得到国内设计行业的重视。一直都将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。同时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。
我国政府很重视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）。

三、BIM建筑设计技术的特点及优势

(一)协同设计与BIM技术的融合

管协同设计的理念已经深入到建筑师和工程师的脑海中了,然而对于协同设计的涵义及内容,以及它的未来发展,人们的认识却并不统一。
BIM(建筑信息化模型)的出现,则从另一角度带来了设计方法的革命,其变化主要体现在以下几个方面:从二维(以下简称2D)设计转向三维(以下简称3D)设计;从线条绘图转向构件布置;从单纯几何表现转向全信息模型集成;从各工种单独完成项目转向各工种协同完成项目;从离散的分步设计转向基于同一模型的全过程整体设计;从单一设计交付转向建筑全生命周期支持。
因此,未来的协同设计,将不再是单纯意义上的设计交流、组织及管理手段,它将与BIM融合,成为设计手段本身的一部分。借助于BIM的技术优势,协同的范畴也将从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期,需要设计、施工

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、运营、维护等各方的集体参与,因此具备了更广泛的意义,从而带来综合效率的大幅提升。

(二)从二维设计到三维BIM设计

当前, 2D图纸是我国建筑设计行业最终交付的设计成果,这是目前的行业惯例。因此,生产流程的组织与管理均围绕着2D图纸的形成来进行(客观地说,这是阻碍BIM技术广泛应用的一个重要原因)。
除了日益复杂的建筑功能要求之外,人类在建筑创作过程中,对于美感的追求实际上永远是第一位的。尽管最能激发想象力的复杂曲面被认为是一种“高技术”和“后现代”的设计手法,实际上甚至远在计算机没有出现,数学也很初级的古代,人类就开始了对于曲面美的探索,并用于一些著名建筑之中。因此,拥有了现代技术的设计师们,自然更加渴望驾驭复杂多变,更富美感的自由曲面。然而,令2D设计技术汗颜的是,它甚至连这类建筑最基本的几何形态也无法表达。在这种情况下, 3D设计应运而生了。
尽管3D是BIM设计的基础,但不是其全部。通过进一步将非几何信息集成到3D构件中,如材料特征、物理特征、力学参数、设计属性、参数、厂商信息等,使得建筑构件成为智能实体, 3D模型升级为BIM模型。BIM模型可以通过图形运算并考虑专业出图规则自动获得2D图纸,并可以提取出其它的文档,如工程量统计表等,还可以将模型用于建筑能耗分析、日照分析、结构分析、照明分析、声学分析、客流物流分析等诸多方面。
由美国Gensler设计的预计2014年完工的632m高的上海中心,采用了BIM技术,其特点是自方案初期就综合各工种协同创作,特别是建筑造型与结构方案选择的协调统一成为了设计的一大亮点。由于该结构高达632 m,风荷载的影响是结构师要考虑的重要因素。因此在考虑建筑外部造型的同时,必须慎重优化结构体征,降低风荷载的作用。
据估算,风荷载每降低5%,造价将降低1 200万美元,Genslar利用BentleyGC参数化设计工具制作建筑表皮模型,保证功能及美观的同时也将该模型用于结构风洞试验及计算分析,最终优化的结果是将风荷载降低了32%。这于2D设计模式来说是不可想象的。
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】
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[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
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