BIM在建筑方案設(shè)計中的應(yīng)用探析

文／孫忻怡 杭州市城建設(shè)計研究院有限公司 浙江杭州 310020

引言：

建筑方案設(shè)計涉及到多種軟件的使用，不僅需要對建筑方案進(jìn)行完整推敲，更要突出體現(xiàn)不同設(shè)計階段的重點內(nèi)容。在前期建筑方案設(shè)計中，會對方案進(jìn)行模型中復(fù)對比，確定最終方案。運用傳統(tǒng)建筑方案設(shè)計方法，在原有圖紙中復(fù)修改中，任務(wù)量較大，并且在圖紙設(shè)計過程中，尺寸也容易產(chǎn)生參數(shù)誤差。在建筑方案設(shè)計領(lǐng)域中，急需一種新型數(shù)據(jù)化工具，使整個建筑方案設(shè)計更便于聯(lián)動優(yōu)化，提升數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。本文在研究中探討B(tài)IM技術(shù)在建筑方案設(shè)計中的應(yīng)用模式，從BIM的技術(shù)運用特征以及優(yōu)點出發(fā)，結(jié)合實際施工方案設(shè)計案例進(jìn)行運用探討。

1、BIM技術(shù)的特點與概念

1.1 BIM概念

BIM（Building InformationModeling）的中文翻譯為建筑信息模型，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造和管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化整合，在項目前期策劃、運行和后期維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞信息，為設(shè)計團(tuán)隊以及包括運營單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。關(guān)于BIM技術(shù)的定義，主要分為三個部分，首先BIM是建設(shè)項目物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)方式。其次BIM是一個共享的知識資源，分享與整體建筑相關(guān)的信息，為建設(shè)項目從建設(shè)到最終維護(hù)、拆除的全生命周期提供決策依據(jù)，這一過程稱之為BIM技術(shù)。最后是在項目進(jìn)行的不同階段，從不同利益相關(guān)方是角度出發(fā)，通過BIM技術(shù)插入、提取以及更新信息，能夠中映出項目規(guī)劃前期建設(shè)，后期運營維護(hù)以及拆除全生命周期所需要履行的各自任務(wù)，從而高效促進(jìn)協(xié)同作業(yè)完成。

1.2 BIM技術(shù)特點

應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑方案設(shè)計，能夠使整個過程的信息更加集成化，使信息之間產(chǎn)生聯(lián)動性，在構(gòu)建三維立體模型中，可以形成各項目之間的關(guān)聯(lián)性。運用信息語言表達(dá)不同工種之間的功能作用，確保項目在接下來的建設(shè)階段能夠達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的性質(zhì)。相較于傳統(tǒng)的制圖模式，BIM技術(shù)最明顯的特征是能夠在建筑方案設(shè)計階段，形成參數(shù)化模型，各模型元素之間通過人為的設(shè)置形成系統(tǒng)化的聯(lián)動參數(shù)，能夠為接下來的方案設(shè)計優(yōu)化提供一個基礎(chǔ)平臺。在平臺內(nèi)部，對于建筑方案的設(shè)計可以直接通過參數(shù)調(diào)整來實現(xiàn)，通過這種方法能夠使整個建筑方案設(shè)計更加直觀，有利于后期優(yōu)化調(diào)整，在項目數(shù)據(jù)庫中也能夠?qū)⑺信浜瞎しN調(diào)整的參數(shù)完整顯示。BIM技術(shù)設(shè)計的核心分為資源、行為與交付三個基本維度。在這三個基本維度基礎(chǔ)上，BIM能夠給出施工設(shè)計企業(yè)所需要的實施標(biāo)準(zhǔn)，并為具體實踐提供指導(dǎo)。BIM技術(shù)在建筑方案設(shè)計中所體現(xiàn)出的優(yōu)勢，具有較強(qiáng)的項目獨特性。由于不同建筑項目所帶來的信息資源有明顯差異，在運用BIM技術(shù)的過程中，能夠在施工設(shè)計階段明確不同單位需要履行的職責(zé)，這樣在后期建筑施工任務(wù)落實階段，也能避免由于工作職責(zé)落實不徹底，影響到工程施工進(jìn)展。

2、BIM在建筑方案設(shè)計過程中的作用

2.1 設(shè)計流程更加完整

將BIM應(yīng)用在建筑方案設(shè)計中，能夠使整個設(shè)計流程更加完整。將建筑方案設(shè)計的原有獨立工種的工作量轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)參數(shù)調(diào)整整合方面，這樣在傳統(tǒng)的設(shè)計流程基礎(chǔ)上，能夠?qū)κ┕し桨高M(jìn)行量化。建筑方案設(shè)計中整體工作量分布有了更明顯變化。從方案設(shè)計、初步設(shè)計到施工圖設(shè)計能夠減少因為聯(lián)動關(guān)系性而造成的重復(fù)性問題，通過標(biāo)準(zhǔn)化的平面設(shè)計以及自動生成立面和剖面等功能。節(jié)約以往建筑方案設(shè)計中各工種交流配合所消耗的大量時間，不僅在時間方面能夠得到縮減，也可以通過BIM軟件制圖，更清晰看到整個項目中每個工種的工作量。不同建筑項目在施工落實階段的監(jiān)管側(cè)重方向有明顯差異，需要在前期設(shè)計階段便體現(xiàn)出后續(xù)建筑的重點以及難點部分。對此應(yīng)用BIM技術(shù)能夠體現(xiàn)出建筑方案設(shè)計階段的流程化特征，使各階段監(jiān)管重點更加突顯，這樣在具體施工建設(shè)階段嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)期設(shè)計方案，能夠明顯節(jié)約時間。將建筑方案設(shè)計由零散變?yōu)楦泳唧w化，所形成的建筑方案設(shè)計流程。在效果上更加完整，能夠涵蓋不同時期的施工任務(wù)、施工方案以及施工進(jìn)展情況。

2.2 設(shè)計方法更加優(yōu)化

在建筑方案設(shè)計中運用BIM技術(shù)，不僅在理論層面對整個設(shè)計流程進(jìn)行優(yōu)化，在實踐操作過程中，也能夠通過BIM軟件中的優(yōu)化方法選擇，后期運營能追蹤到前期設(shè)計工作的痕跡，使設(shè)計深入貫穿始末。BIM技術(shù)在建筑方案設(shè)計中所表達(dá)的模型比其他軟件所建模型更加直觀，在設(shè)計操作過程中，使用者可以根據(jù)自身需求，更靈活地選擇技術(shù)手段。利用模型自動生成圖紙，或者進(jìn)行局部碰撞檢查，建筑師在建筑方案設(shè)計中便可以擺脫傳統(tǒng)的方法，避免由于人工復(fù)核造成圖紙參數(shù)不精準(zhǔn)的現(xiàn)象，也從根本上使得建筑方案設(shè)計中采用的方法得到優(yōu)化。BIM技術(shù)也將建筑設(shè)計中各領(lǐng)域的需求在同一平臺下查看，通過同步設(shè)計，使原有粗放的設(shè)計模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫o密集成設(shè)計模型。BIM技術(shù)最明顯的特征是能夠借助建筑信息共享，對前期建筑方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，因此所選擇的設(shè)計方法更加科學(xué)合理。基于BIM技術(shù)基礎(chǔ)上所構(gòu)建的設(shè)計方法，是以建筑信息為基礎(chǔ)對建筑方案進(jìn)行設(shè)計，打破了傳統(tǒng)建筑方案設(shè)計中以功能需求為前提搜索信息的特點。在準(zhǔn)備完善的信息共享體系后，開展建筑方案設(shè)計，具有更充分的前期實踐操作準(zhǔn)備，自然在后續(xù)施工方案設(shè)計中，整體設(shè)計方法更加優(yōu)化。在整個BIM技術(shù)運用后的建筑方案設(shè)計中，完全擺脫了紙質(zhì)化設(shè)計，通過系統(tǒng)內(nèi)部操作，對各類信息進(jìn)行靈活輸入控制后，最終生成所需要的圖紙。這種設(shè)計方法相比于傳統(tǒng)設(shè)計模式，在精準(zhǔn)度方面有明顯提升。但需要建筑發(fā)設(shè)計人員能夠適應(yīng)BIM技術(shù)并熟練操作，保存最初設(shè)計方案后，在后續(xù)建筑方案討論中，如果需要對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，也可以直接在軟件上修改完成，并再次利用模型自動生成圖紙，不需要在單專業(yè)上圖紙上中復(fù)修改。

2.3 空間思維得到優(yōu)化

建筑方案設(shè)計中決定質(zhì)量與可行性最關(guān)鍵的因素是空間思維，設(shè)計工具使建筑方案設(shè)計中的空間思維更加明確，在構(gòu)圖階段便能夠?qū)崿F(xiàn)空間與形體之間的統(tǒng)一，運用BIM技術(shù)能夠?qū)Σ輬D進(jìn)行透視，與實體模型設(shè)計之間進(jìn)行結(jié)合。通過三維參數(shù)的虛擬后統(tǒng)一。完成對建筑外觀與空間形態(tài)之間的結(jié)合，建筑是在運用BIM進(jìn)行方案設(shè)計中，能夠運用相機(jī)功能，在設(shè)計角度，通過人視化的特點對空間模型進(jìn)行創(chuàng)造。這樣最終得到的空間模型，在整體排列上更加優(yōu)化，所構(gòu)建的虛擬動畫，也能直接將建筑方案三維空間完整展示。運用BIM模型中的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，對數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性調(diào)整與共享利用?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息對建筑方案進(jìn)行構(gòu)建，其核心是對不同技術(shù)工種之間的協(xié)同運用，在數(shù)據(jù)方面進(jìn)行統(tǒng)一控制管理，這樣能夠完整地對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合理傳遞。通過空間思維優(yōu)化設(shè)計，建筑方案最終的設(shè)計效果更符合工程建設(shè)施工現(xiàn)場需求。傳統(tǒng)紙質(zhì)施工方案圖紙設(shè)計中，設(shè)計人員只能在二維的平面上進(jìn)行，但利用BIM技術(shù)在設(shè)計中所形成的空間屬于三維設(shè)計空間。因此，整體空間思維能夠得到優(yōu)化，設(shè)計人員運用各類數(shù)據(jù)信息，對建筑方案進(jìn)行設(shè)計時，可以直接在三維空間中完成圖形之間的轉(zhuǎn)換。所構(gòu)建的建筑方案設(shè)計，空間與建筑施工現(xiàn)場的實際情況更相似，能夠省去更多設(shè)計中的麻煩問題。

3、BIM在建筑方案設(shè)計過程中的應(yīng)用

3.1 項目資料

本項目位于潛江市，紅梅路東延以南。用地西側(cè)隔約30米城市綠化帶為50米寬的東城大道，南鄰50米寬的興盛路，東側(cè)為縣河。項目規(guī)劃用地性質(zhì)為住宅用地，項目地上總建筑面積約435022平方米。項目用地形狀為細(xì)長的倒梯形，考慮分期建設(shè)的實際情況，擬分成兩個地塊，整體規(guī)劃、分期實施。交通出行便捷，場地基本平整，用地范圍內(nèi)無需要保護(hù)的民居古建及古樹名木，已具備開發(fā)建設(shè)條件。運用BIM開展的是該項目中的配套公建，一個三層樓高的12班幼兒園，建筑面積為5940平方米。對該項目進(jìn)行前期建筑方案設(shè)計，對幼兒園建筑項目中的各類建筑結(jié)構(gòu)以及施工方案細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計規(guī)劃，將BIM技術(shù)融合體現(xiàn)在其中，通過BIM技術(shù)的運用，使整個幼兒園建筑方案設(shè)計過程更加具象化，提升最終設(shè)計方案在施工現(xiàn)場的指導(dǎo)作用。

3.2 應(yīng)用特點

在方案設(shè)計中，BIM技術(shù)應(yīng)用后最明顯的特點是可視化。BIM可視化是一種能夠同構(gòu)件之間形成互動性和中饋性的可視化。不僅可用效果圖和表格展示，在項目設(shè)計、建造、運營過程中的討論都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行，運用可視化功能對設(shè)計效果圖進(jìn)行構(gòu)建，也建立在可視化設(shè)計功能界面基礎(chǔ)上，對建筑方案進(jìn)行設(shè)計與改造。根據(jù)中饋結(jié)果，對不合理的部分做出調(diào)整，這樣最終設(shè)計的效果，在實際應(yīng)用過程中更能夠達(dá)到現(xiàn)場施工使用標(biāo)準(zhǔn)。

其次是協(xié)調(diào)性。BIM的協(xié)調(diào)作用不僅能解決各專業(yè)間的碰撞問題。它還可以在施工過程中討論局部細(xì)節(jié)。幼兒園建筑方案設(shè)計中要考慮入口、出口的安全性。在設(shè)計中對入口位置進(jìn)行方案選擇，對比多種不同方案后，對各種方案的安全性進(jìn)行對比，結(jié)合整體建筑物結(jié)構(gòu)特征，選擇最終符合幼兒園建筑結(jié)構(gòu)使用特征的入口方案。在其他建筑結(jié)構(gòu)不變的情況下，對幼兒園入口處進(jìn)行多種選擇設(shè)計。對比不同設(shè)計方案后，確定最符合幼兒園施工使用需求的設(shè)計方案。運用BIM特征，能夠有效協(xié)調(diào)不同設(shè)計方案中的資源，并對不同方案的設(shè)計優(yōu)勢以及缺陷進(jìn)行對比，這樣能夠綜合多種設(shè)計方案的優(yōu)勢，最終形成最科學(xué)的設(shè)計方案。

運用BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)作用，在對比過程中確定了不同設(shè)計方案最終是否適合使用，能夠通過多種方案構(gòu)件形成設(shè)計方案之間的對比，這樣在接下來的設(shè)計工作開展中，運用這種對比方案，能夠更好地解決專業(yè)領(lǐng)域中存在的問題，使整個設(shè)計方案在技術(shù)專業(yè)角度更具有可行性。

3.3 概念設(shè)計階段的運用

對建筑方案進(jìn)行設(shè)計前，需要對施工現(xiàn)場的地質(zhì)環(huán)境開展調(diào)查并做出分析，了解現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境特征后，在接下來的建筑方案設(shè)計階段也能做出針對性調(diào)整，使建筑方案設(shè)計與現(xiàn)場環(huán)境以及周邊環(huán)境能夠更好地融合，運用BIM技術(shù)中的三維模型構(gòu)建中地形的功能，完善搭建建筑三維模型后，為后續(xù)設(shè)計工作創(chuàng)造基礎(chǔ)信息，并對所勘查的信息資料進(jìn)行軟件內(nèi)部交流共享，從而提升建筑方案設(shè)計后的科學(xué)性。將BIM技術(shù)應(yīng)用在初期概念設(shè)計階段，能夠?qū)ㄖO(shè)計的相關(guān)指標(biāo)與要求更詳細(xì)了解，這一階段需要前期人員搜集，并整理與建筑設(shè)計方案有關(guān)的信息數(shù)據(jù)資料，并對資料進(jìn)行完整輸入在前期方案階段。在設(shè)計階段，想要提升方案設(shè)計的合理性，就要對數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性做出驗證。在前期概念設(shè)計階段，運用BIM技術(shù)能夠模擬施工現(xiàn)場的實際環(huán)境與施工進(jìn)程，這樣在施工方案設(shè)計中所能夠得出的最終方案，結(jié)果也能夠與現(xiàn)場實際情況相一致。這樣在具體施工中，不會由于現(xiàn)場存在影響問題，導(dǎo)致施工設(shè)計方案不能正常進(jìn)行。概念設(shè)計是幼兒園施工中比較關(guān)鍵的部分，通過三維模型所構(gòu)建出的施工方概念。最重要的是對現(xiàn)場施工環(huán)境中可能會出現(xiàn)的突發(fā)情況進(jìn)行預(yù)測。通過概念設(shè)計階段的BIM技術(shù)運用，能夠使初期概念形成階段指標(biāo)參數(shù)更加詳細(xì)完整。

3.4 BIM在建筑方案初步設(shè)計環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

建筑初步設(shè)計階段，運用BIM技術(shù)構(gòu)建具體的功能空間，大到活動室、音體教室，小到門扇、窗扇。在此基礎(chǔ)上，對材料的功能與使用類型進(jìn)行標(biāo)注，通過初步設(shè)計對任務(wù)參照書詳細(xì)了解，并確定任務(wù)參照書的預(yù)期目標(biāo)。運用BIM技術(shù)在初步設(shè)計階段能夠設(shè)計理念與空間構(gòu)建進(jìn)行統(tǒng)一，并通過漫游動畫展示的形式，使整個建筑理念更加完整。設(shè)計人員在建筑方案初步設(shè)計環(huán)節(jié)中，對于材料應(yīng)用方面的語言表達(dá)容易出現(xiàn)理解性問題，在BIM技術(shù)的幫助下，能夠使具體要求與特點更加明了，便于選擇合理、經(jīng)濟(jì)的建筑材料進(jìn)行使用，在初步方案設(shè)計中的有效性也有明顯提升。初步設(shè)計階段，對于BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)出幼兒園活動教室中是否擁有足夠的空間，尤其是對建筑材料進(jìn)行選擇時，要結(jié)合不同空間的功能類型進(jìn)行對接，使建筑方案能夠與材料選擇方案相結(jié)合，這樣在設(shè)計進(jìn)行中也能根據(jù)不同材料的自身特征，確定最合理的施工方案。在前期建筑方案初步設(shè)計環(huán)節(jié)中，對于不同材料的參數(shù)信息進(jìn)行完善，基于參數(shù)信息基礎(chǔ)上，對接下來的建筑方案進(jìn)行設(shè)計。選擇建筑材料時，不僅要考慮在經(jīng)濟(jì)方面是否能夠符合成本規(guī)劃。也要考慮建筑材料的自身使用性能是否能夠與結(jié)構(gòu)空間的使用功能相一致。

3.5 建筑方案深化設(shè)計過程中的應(yīng)用

將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑方案、深化設(shè)計領(lǐng)域中，需要團(tuán)隊之間開展緊密協(xié)作，在施工圖紙設(shè)計階段，對整個建筑工程的施工圖紙進(jìn)行完善與細(xì)節(jié)部分的優(yōu)化。施工圖設(shè)計工作量較大，且復(fù)雜性極高，在設(shè)計過程中，需要大量設(shè)計人員彼此之間協(xié)同，利用BIM技術(shù)所構(gòu)建的詳細(xì)方案設(shè)計平臺，能夠?qū)⒃O(shè)計人員的方案集中后在平臺內(nèi)部進(jìn)行交流與整合，這種設(shè)計模式在深化階段的適用性更強(qiáng)，尤其是對案例工程中類似的群體性建筑進(jìn)行設(shè)計中，由于不同區(qū)域，不同項目的功能有明顯差異。將BIM技術(shù)應(yīng)用在幼兒園施工方案的深化設(shè)計階段，對幼兒園施工中各材料功能以及活動區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。由于幼兒園建筑主體使用功能比較特殊，在不同區(qū)域?qū)υO(shè)計材料的選擇使用有明顯差異。既要考慮整體結(jié)構(gòu)、功能是否能夠得到體現(xiàn)，也在材料選擇中保持成本節(jié)約的理念。建筑方案深化設(shè)計過程。對于BIM技術(shù)的運用，主要是在各類施工細(xì)節(jié)方面進(jìn)行優(yōu)化，對施工圖中的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行集中處理，這樣在具體施工方案執(zhí)行中，也能夠參照建筑方案優(yōu)化設(shè)計所得到的結(jié)果，對細(xì)節(jié)部分進(jìn)行完善。在整個設(shè)計過程中，加強(qiáng)設(shè)計人員之間的交流，對所能夠應(yīng)用的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行共享。這樣在接下來的設(shè)計工作開展中，才能夠避免數(shù)據(jù)信息獲取不完善，影響到最終的設(shè)計效果。

結(jié)語：

在建筑領(lǐng)域高速發(fā)展的當(dāng)迄時代之下，在建筑方案設(shè)計中運用BIM技術(shù)不僅能夠提升方案設(shè)計合理性，也能使整個設(shè)計周期得到明顯縮減，BIM技術(shù)在建筑方案設(shè)計領(lǐng)域中應(yīng)用，將成為未來建筑領(lǐng)域中的主流發(fā)展趨勢。它能促進(jìn)建筑方案設(shè)計質(zhì)量的增強(qiáng)，使建筑方案設(shè)計更加科學(xué)和合理，優(yōu)化和克服了以往建筑方案設(shè)計方式中的不足，為全生命周期建筑管理的開展?fàn)I造了良好條件。要想做好建筑方案設(shè)計中BIM的應(yīng)用，需要將其與建筑生命周期進(jìn)行結(jié)合，以促進(jìn)建設(shè)方案設(shè)計行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。