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信息时代建筑BIM的技术优势、应用和展望

来源: 《城市建设理论研究》

本文通过分析不同历史时期的建筑作品的技术特点,阐述了BIM建筑信息模型在当今信息时代的地位、相关概念和发展动态,以REVIT软件为例分析BIM方法下的建筑设计流程、步骤、思维及表达方式的差异。

作者:侯 晨        

  
  
1 引言——建筑历史发展与技术进步

如果把建筑史分为“手工时代”、“机械时代”、“电子时代”、“信息时代”,不同历史时期的建筑作品各包含了什么样的信息和技术?列出不同时期的中外建筑代表作品,并描述其技术应用情况。

1.1 建筑史的“手工时代”

从原始社会建筑出现一直到工业革命这漫长的时间里,人类技术相对落后,农业、手工业、畜牧业等各行各业都以手工劳作为主。建筑也是一样,不论东方西方、大到古埃及金字塔、西欧哥特教堂,小到民居住宅,各类建设活动主要依赖匠人的手工劳作,效率很低。

以西欧中世纪时期的哥特教堂为例,以当时的建筑技术,建设如此巨大体量、装饰繁复的建筑物,需要花费大批匠人和艺术家的心血和长达数十年甚至上百年的时间。历史上的大教堂都有几百年的建造历史。如我们熟悉的巴黎圣母院(在老圣母院原址上兴建的新圣母院):1163年动工修建,1345年才建成;天主教的中心,梵蒂冈的圣彼得教堂:于1506年奠基,1623年才落成。近代建筑师高迪的圣家族大教堂也一样。而且,由于高迪的设计非常个别,几乎没有一块建筑材料是可以由工业流水线成批制造的,都必须现场手工加工。预计在2026年,也就是高迪逝世100年,能够使教堂落成。(图为巴黎圣母院)

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1.2 建筑史的“机械时代”

随着英国工业革命的激发,建筑也逐步进入机械时代。自从进入现代化机器大生产时代就一直有各种出于经济或适用的目的,试图把最新工业技术应用到建筑中的尝试。利用机器的帮助,人们可以比纯手工操作实现更高效,更快速的建筑活动。二次世界大战期间,人们曾不加掩饰的采用与表现钢筋混凝土、钢和玻璃的,像萨伏依别墅那样的建筑成为“机器美”,并附加以“时代美”“精确美”等标签。技术使建筑向更高、更大跨度发展。(图为巴黎世博会机械馆)

1.3 建筑史的“电子时代”

这里的电子时代是指随着autocad软件的出现,建筑绘图从传统手工图板发展到计算机绘图的时代。AutoCAD(AutoComputerAidedDesign)是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件,用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。Autocad确实解放了建筑师手绘图纸的传统,但是它只能绘制二维矢量图,而不包含任何建筑信息,成为它当今发展的最大局限。传统的建筑建模软件sketchup也有着同样的问题。由于autocad的局限性,电子时代的建筑图纸往往只包含建筑的空间尺寸信息为主,而建筑的材料,构造,设备必须依赖其他图纸辅助,每张图之间没有任何关联,一处更改必须处处一一更改,工作量大而繁琐,设计效率较为低下。(图为深圳帝王大厦)

2 信息时代的BIM

2.1 什么是BIM?

BIM可以代表两个英文术语,即“BuildingInformationModel"或“BuildingInformationModeling”。前者可以译为“建筑信息模型”,后者可以译为“建筑信息建模”。利用“建筑信息建模”,不同的行业人员配合可以在建筑设计到施工建设的生命周期的不同阶段合作;用以插入、提取和更新建筑模型中的信息。

多年以来,大多数建筑师都是使用AutoCAD等二维绘图软件在计算机上进行建筑绘图。虽然该软件在平面表现方面功能非常强大,能较好的完成建筑方案设计和施工图设计的表现工作,但是由于这类软件并不是针对建筑设计行业开发的,在建筑专业内使用时存在诸多问题,而且其三维能力较差。很多建筑师尝试使用其他软件,如sketchup,rihno,3Dsmax等。

自21世纪初以来,建筑行业兴起了围绕BlM为核心的建筑信息化应用。以autodesk公司BIM软件Revit为例,它通过应用关系数据库来刨建三维建筑模型,应用这个模型,可以生成二维图形和管理大量相关的工程项目数据。绘制图纸的基本要素不再是autoCAD中的点、线、面、图块等几何元素,而是墙、窗、梁、柱、楼梯、栏杆等建筑对象。

2.2 为什么BIM是这个信息时代的模型?

2.2.1 BIM的优势

BIM的优势有以下几点:提高设计和施工效率;在实际施工前可视化设计变更的影响;提高施工流程的可预测性;预测建筑性能;评估节省的运营成本;最大限度地减少高成本的错误;与扩展团队进行协作。

2.2.2 BIM建筑设计软件Revit的特点

1 绘图方式和元素是通过建筑要素,如楼梯,柱子,墙,栏杆等来实现的,方便建筑师将精力集中在建筑设计的思考和研究上。

2 提供了许多图元(建筑构件),允许用户自己设计建筑构件,自定义族可适应建筑的工业化和个性化要求。

3 绘图方式是三维的,各个图之间关联,可避免图纸设计过程中平、立、剖之间不一致。图纸文档生成及修改维护简单

4 修改一个构件时,所有同类型的构件在所有视图里全部自动更新,方便省时。

5 模型是一个完整数据库。能自动生成各种报表、工程进度等。

2.3.3 传统建模软件SKETCHUP与BIM建模的差异

SKETCHUP的不足

•不具备参数化的建筑图元,仍以线和面作为绘图的基础。

•不适合建立复杂精确的建筑模型,精确度远不及REVIT。

•仅适合设计初期阶段使用,不易和建筑平立剖面关联。

•本身不具备REVIT所拥有的分析、渲染、出图等功能。

BIM与传统建模的差异

•SKETCHUP适合快速建立粗略的体块,REVIT适合建立精确的参数化建筑模型。

•SKETCHUP以线和面作为绘图的基础,而REVIT基于参数化的建筑图元如门窗墙柱等。

•REVIT自带建筑分析、渲染、出图等功能,SKETCHUP本身仅用于建模。

3 BIM的成功案例

我们以较为著名的建筑世博文化中心为例,介绍BIM如何在实际工程中被利用。世博文化中心的外貌酷似UFO飞碟,不同时间呈现出丰富多变的形态白天犹如飞碟显现,夜晚恍如浮游都市。在世博文化中心的设计过程中,其壳体建模过程较为复杂,运用了BIM技术,设计师首先在软件中找形,再对壳体编程划分,确定蜂窝铝板的三维坐标和尺寸,便于指导加工和安装,最后形成BIM模型。确定好壳体的模型之后,使用基于BIM技术的软件进行模型的搭建,最终建立三维模型,从而可以辅助建筑师观察建筑内部空间关系和中心舞台展示。

4 关于BIM的思考和展望

信息时代是一个技术与改革并进的时代。社会发展的规律是新的技术往往比旧的东西有一定程度的改进和突破。我们必须要与时俱进,才能在这个竞争的经济社会不被淘汰。

当建筑进入BIM时,你认为它会给设计思想、方式、方法带来什么样的变化?现今是信息时代,虽然我国国内设计行业仍然以传统AutoCAD软件为主,但BIM的巨大优势显示其必将在不长的时间内迅速成为建筑行业的全新设计流程。BIM信息模型相关软件十分先进,代表着设计软件的发展方向,建筑信息模型目前正被越来越多的设计机构采用。BIM提供虚拟建筑模型,供设计团队的建筑师、土木工程师、结构工程师、机电工程师等传递到承建的营造方到业主,可以在各个阶段添加和更新各自专业的信息。BIM必然在不久的将来成为建筑软件的新兴力量。这个信息时代的建筑师,应重视BIM相关专业知识的学习,例如在高校开设相关课程,在设计机构推行相关课程培训,尝试介绍和推广BIM设计思想,让与这个建筑的信息时代相适应。

参考文献

1.《AutodeskRevit参数化设计使效率和质量提高》,江显珍,《建筑学报》2007

2.《浅析AutodeskRevit在中国的发展及局限》,靳铭宇,《华中建筑》、2008


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