浅谈BIM技术在复杂公共建筑设计中的实际应用_戚发诚.pdf

居 舍设计与案例962023年3月（中）1 正向设计正向设计是 BIM 技术应用中首先要坚持的一点。BIM 技术虽然在国外早已大规模进行了应用，但在国内尚在推广阶段。由于其技术复杂性及对硬件设备有一定的要求，众多设计师对其望而却步，在众多设计单位 BIM 成了建筑、结构、设备专业之外的第四专业，仅仅是在项目设计完成后为了通过技术审查进行“翻模”。实际上 BIM 技术的应用绝不是更换了一种绘图软件这么简单，正如前面所说，“建筑信息模型”实际上是一个建筑数据库，他集合了建筑单体的所有数据，可以通过数据工具随时进行调用，其设计思维是多向的，非线性的，标志着建筑行业真正开始进入了数字化时代。而之所以还有“翻模”这种行为的存在，追根溯源是设计思维还停留在前一个时代“设计绘图校对”的单向、线性的传统设计思维方式中。2 OPENBIM这里我们首先要纠正一种普遍的误解。从具体使用来讲 BIM 概念虽然首先由 Autodesk 公司提出，但实际上并不是单指某一个绘图软件，而是多种数字化设计工具的集合。以中南大学新校区体育馆为例，我们在设计中运用了 ArchiCAD、Solibri、Rebro、Tekla等多种设计工具。各个专业通过各自的数字化设计工具进行设计，然后通过统一的 IFC 格式进行数据交互与整合。ArchiCAD、Rebro、Tekla 分别对应建筑、机电设备、钢结构，而 Solibri 则可以通过制定规则对建筑、结构、机电设备等各专业进行模型整合检查，形成问题列表，方便问题整改。在 BIM 诞生初期，其主要运用在施工图设计阶段，所对接的数字化设计软件也主要进行的是施工图设计，但是随着各种数字化设计工具的逐步成熟，对于偏重于方案设计阶段的各种设计软件（比如 Rhino 等）也能进行接入。同时对造价等建筑周边专业也能提供完善的支持。就如同智能手机中的 Android 系统一样，OPENBIM 倡导形成一种 BIM 生态，通过统一的数字交互格式，将各种数字化设计工具连接起来，而不是去创造一种大而全的单一设计工具。3 设计可视化设计可视化最简单的理解就是在 BIM 中，整个建筑是以可视化的三维模型呈现出来的。因为这种特性，在 BIM 中可以方便地进行多种设计方案的可视化模拟，多专业模型整合检查。传统的设计流程是先进行方案设计，方案确定后再花费大量时间将设计方案人工抽象成二维的平、立、剖及大样图纸。这基本是一个单向的信息流过程。同时由于设计时间和工作量的限制，在方案设计以及施工图设计阶段很多设计细节来不及进行三维建模呈现，很多时候只能依靠设计师的想象，经常会“货不对版”，影响设计效果。而在 BIM 环境下设计师是以三维模型为主要设计工摘 要BIM 是“Building Information Modeling”的缩写，中文通常称作“建筑信息模型”。BIM 技术通过数字化的手段，在计算机中建立出一个虚拟建筑模型，该虚拟建筑模型可以理解成为一个独立、完整、逻辑统一的建筑信息库。其不仅包含了建筑中几何化的视觉信息，还包含了诸如材料的耐火等级、传热系数，构件的造价、采购信息等非几何信息。作为一个承载了完整建筑信息的数据库，其不仅在建筑的设计、施工阶段发挥重要作用，还可以为项目的后期运营乃至更大范围的城市管理提供强大的数据支持。可以说 BIM 的运用是可以贯穿建筑的整个生命周期的。通常认为，BIM 在建筑设计过程中的运用可以总结出可视化、协同性两大优势。本文以中南大学新校区体育馆项目为例来展示 BIM 技术在复杂公共建筑设计中的实际应用及优势。关键词BIM；正向设计；OPEN BIM；设计可视化；设计协同；设计再优化中图分类号TU745；TU225 文献标识码A 文章编号1674-1900（2023）08-0096-03浅谈BIM技术在复杂公共建筑设计中的实际应用戚发诚（广州图岸建筑设计有限公司，广东 广州 510000）作者简介：戚发诚（1987-），女，山东烟台人，工程师，研究方向为建筑设计。居 舍设计与案例972023年3月（中）具的，所见即所得，设计师的主要工作界面是三维的，计算机负责将三维模型转变为二维图纸。这样设计师就从繁重的制图工作中解放了出来，重新回归设计的本职。在 BIM 应用的高级阶段，可以由专业人员利用软件自带工具进行进一步的开发，在标准化程度比较高的公司中甚至已经开发出施工图自动排图工具，其可以自动化对施工图排图、出图，这简直是建筑师的福音。同时这种可视化的特性对于后期施工也有很大的帮助。建筑施工实际上是一个设计的逆过程，即工人们通过二维的设计图纸重新构建出三维的建筑实体。但一方面从三维到二维再从二维到三维这个过程中不可避免地会造成信息缺失，同时建筑是一个复杂的实体，特别是随着人类技术水平的不断跃升，超大型建筑变得越来越多，单纯的二维图纸建造对于工人的认知水平提出了越来越高的要求，因为读错图导致出现施工问题简直是家常便饭。而 BIM 一方面可以通过方便的输出三维纸质图纸的方式方便工人施工，更进一步可以通过交付数字化模型，工人在现场使用平板电脑甚至手机实时浏览建筑三维模型，通过剖切工具实时剖切三维剖面的方式帮助施工。在中南大学新校区体育馆的施工过程中，首先我们利用 BIM 模型与施工方进行施工交底，使得施工方能够快速、直观地了解设计方案，同时对于施工方提出的关于复杂空间的问题，我们全部是以三维剖面的形式进行解答，极大提高了沟通效率，减少了施工错误。这在以前的项目中是不可想象的。图1 中南大学新校区体育馆复杂空间三维剖面图4 设计协同现代建筑的规模越来越大，复杂程度越来越高，需要的设计人员以及涉及的专业前所未有地增加。所以设计协同实际上分为两个方面，一个是专业内部人员的协同，一个是各专业之间的协同。从专业内部层面来讲，之前传统的做法就是条块切割，每个人或者按照区域或者按照图纸类型分摊一部分，最后大家整合，校对图纸。一方面这种按照区域或者图纸类型的分工过于简单粗暴，不利于人力资源的高效调度，更重要的是因为这种配合不是实时的，所以最后对图的时候会出现大量错误，还有极大的可能由于是二维图纸对图根本发现不了错误，最后施工时已经没有办法补救。专业内部的协同尚且如此麻烦，专业之间的协同就更加错漏百出。并且由于知识水平的限制，一个专业的设计人员读其他专业图纸的时候还经常会出现读图错误。每次跨专业对图需要手动叠合各专业图纸然后依靠想象来检查各专业之间是否存在冲突，这是对设计师专业水平的极大考验。而 BIM 技术给我们带来的协同体验则完全不同。在中南大学新校区体育馆的设计中，首先专业内部利用 BIM 中央服务器我们会设立一个中央数字模型，所有设计人员都在这个数字模型上进行操作，通过 BIM 软件自带的协同管理工具我们对专业人员进行职级划分，每个职级对应不同的设计权限，可以对数字模型进行从通用设计模板修改、设计审核到具体建筑构件修改的不同程度操作。各个设计人员的修改可以实时在中央数字模型上进行标注和呈现，如有设计冲突可以马上得到纠正。同时由于 BIM 的设计协同是基于设计权限的，所以相对于机械的依靠区域或者图纸类型的设计分工方式，其能够应付更加复杂的设计工作。在专业之间的协同方面，目前主要有两种协同方式，一种以Autodesk 公司为代表，主张一种设计软件解决所有问题，即所有专业都在一个软件平台上进行工作，所有专业信息汇总至中央数字模型。但这会对计算机硬件设施带来极大的考验，同时由于各专业对软件的使用需求不用，也会造成软件平台过于庞大笨重，降低运行效率。由于各专业的所有信息都汇集在同一个数字模型上，数字模型也会变得异常巨大，对后期指导现场施工以及运营管理阶段的进一步使用造成不便。所以在中南大学新校区体育馆的设计中我们使用了前面所述的 OPEN BIM 的设计方式。各专业各自使用自己的数字设计软件进行设计，然后通过 IFC 标准数字化格式文件进行信息交互、模型整合。IFC 格式文件可以对传递的数字模型信息进行筛选，保证模型的轻量化。然后通过ArchiCAD软件进行各专业模型汇总，可以进行冲突检查，输出整体模型指导施工等工作。也可以使用 Solibri 软件进行自动的规范检查。得益居 舍设计与案例982023年3月（中）于数字模型的轻量化优势，ArchiCAD 软件可以使用自带的 BIMX 工具输出“超级数字模型”，该模型可以在手机、平板等移动终端实时浏览建筑模型及图纸信息，极大地方便了各方交流及施工。得益于 BIM的强大功能，我们还对中南大学体育馆的游泳馆部分进行了三维管线综合设计，对管线复杂区域进行三维建模，并输出三维图纸，帮助施工方进行施工。在施工图交付完成后，正常情况下钢结构、幕墙、机电设备等各个专业公司会对图纸进行二次深化设计，但是对于大型、复杂建筑，在二维设计图纸的基础上进行深化设计的难度可见一斑，仅靠阅读巨量的二维图纸必然会造成大量的信息遗漏。而在 BIM 的环境下，我们将数字化建筑信息模型直接交付给各专业公司，二次深化设计在三维环境下进行，提高效率，同时减少出错的概率。图2 中南大学新校区体育馆Solibri多专业模型检查5 设计再优化从接到设计任务书开始直到整个建筑竣工验收，设计方案都是在不断地调整优化。小到某种建筑材料的选用，大到平面功能布局甚至于建筑整体造型都有可能发生变动。对于传统设计方式而言，以上变动会带来巨大的修改工作量，甚至很多工作要推倒重来，重新建立建筑模型进行方案对比推敲然后再由人工完成图纸的绘制，但对于 BIM 而言，由于其工程图纸的绘制是计算机通过设计人员设计好的规则自动生成的，而建筑方案的调整是不会修改制图规则的，所以设计人员只需在三维模型中敲定设计方案之后，就可以很快地转化为工程图纸，能够极大地节省人力、物力。同时在 BIM 软件中配备了强大的实时模型渲染等设计工具，设计师进行方案修改也是得心应手的。我们在中南大学新校区体育馆的设计过程中，在建筑施工阶段，建设方要求根据现场情况对游泳馆室内装修进行重新调整，同时提出修改外立面的主要材料，我们利用 BIM 模型在短时间内进行方案调整，与建设方确认效果并输出图纸，避免对施工进度造成影响。6 不以图纸交付为设计终点数字化设计衔接数字化建造，在“建筑信息模型”的基础上数字化施工可以成为可能，从数字化模拟整个施工流程到实时监控施工进度、实时定位施工人员位置并调度，提高施工效率，减少浪费。传统意义上，建筑施工完成后，建筑图纸也就基本完成了自己的历史使命，入库封存。但对于 BIM 而言，这远远不是终点，BIM 模型可以通过自身接口与 ArchiFM、VicoOffice、ArchiBUS 等建筑运维软件进行衔接，其甚至可以并入城市级的数字化系统中，成为 CIM 的一部分，比如可以实时统筹管理一定区域内的地下停车资源，整合区域内安防监控系统等，正是由于数字化建筑的存在，数字化城市才能成为现实。这将是BIM 未来重要的发展方向之一。7 结语从图板手绘图纸到 CAD 绘图再到 BIM 的“建筑信息模型”，这不仅仅是简单的绘图方式的变化，其背后更是人类建筑建造方式的革命性变革。我们感叹科幻电影中各种天马行空的工程奇迹，如同人类历史上那些建造了百年的教堂。20世纪初，未来主义与高技派曾经乐观地设想了人类未来社会的面貌，与之相配合，只有数字化的设计与建造方式才能将其实现，我们无疑是幸运的，因为未来已来。参考文献1 朱溢镕，谭大璐，焦明明.BIM 全过程项目综合应用 M.北京：化学工业出版社，2020.2 刘占省，赵雪锋.BIM 基本理论 M.北京：机械工业出版社，2020.