BIM技术在建筑设计的研究

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摘要：现阶段，传统的二维设计已经不能满足建筑领域的实际需求，在处理建筑设计方面的问题时显得举步维艰。全新设计的三维仿真软件正是基于此背景被开发出来，通过该软件能够为所有专业构建协同设计的技术平台，以此让建筑系统获得理想的技术支撑，使其在创建bim模型时更为科学高效。详细阐述了关于现代BIM技术在建筑结构设计的应用，并系统地探索分析如下三个层面的内容：深入理解BIM理论和技术；介绍基于BIM技术的建模软件；以某综合楼建筑为研究对象，采用Revit软件构建出建筑主体的BIM模型。

关键词：BIM；建筑工程；建筑模型；Revit

1BIM的理论知识

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）运用了当代三维数字技术[1]，让项目建筑中的所有环节得到优化，使工程建设的质量得以提升，工程建设的耗时也得以缩短。同时，这种技术涵盖了建筑体系里面所有工种部门数据信息的数据模型，是一个建筑事项从策划方案到拆除的处理和运作工程数据的过程。BIM具有的优点十分明显，例如它能够使操作人员进行更为方便的可视化操作，并且它能够支持协和模拟，以此让生产效率得到显著的提升，减少了项目参与各方在进行交流时遇到的阻碍，工作项目的质量也得到了进一步的优化[2]。以往的CAD设计通常情况下是利用二维平台来展开相应的操作，通过各式各样的设计图纸进行数据信息的互动。而全新的BIM技术能够支持可视化操作，并且它和3D设计是相同的，能够构建虚拟化的实体形象支持工作人员的项目分析和研究。例如建筑工程里面的整体布线、管道的布局安排等都能够借助可视化功能验证其合理性，让建筑中有限的空间得到更加充分和科学的运用，避免专业管线之间发生冲突，以此使各个专业部门的协同性显著提升。同时，它还可以协助工作人员在较短的时间里发现工程事项里潜藏的问题，使工程图纸在各个专业部门递交时不容易发生失误[1]。

2基于BIM技术的建模软件

建模软件合理地运用了当代计算机技术完成工程项目结构模型的创建。同时通过同一数据结构对整个系统进行集成，再借助于更为科学高效的参数化技术，让各个建筑工程师之间进行更好的信息互动，以此推动工程项目信息模型的创建。BIM技术不断更新和发展，其应用的领域也不断的拓展[3]。现阶段，在全球范围内都具有良好声誉的针对BIM技术的软件开发商一共有四个，它们分别是：Autodesk公司的Revit系列软件；Bentley公司的BentleyArchitecture系列；Graphisoft公司的ArchiCAD；Nemetschek公司的ALLPLAN软件。它们所开发的软件如图1所示，其中，比较具有代表性的是Revit软件。

2.1Revit软件简介

Revit公司于1997年开发了一款名为RevitStructure的软件，它是由Pro/E公司进行编写开发的。在Revit刚问世时，即使能够和AutoCAD软件进行数据交换与编程，然而软件自身程序结构和AutoCAD有着一定的区别，总的来讲Revit软件可以理解为一种全新的技术，它代表新型技术的开创[3]。Revit软件是当时比较成熟的软件，它强调BIM技术应用，并且能够完成工程项目设计生命周期的良好衔接和数据信息的传输。针对建筑行业而言，Revit比较理想的实现了BIM，它借助关系数据库构建更加科学合理的三维建筑模型，并且能够组建二维图形和处理诸多非图形的建筑工程数据[4]。绘制图纸所具有的基本元素发生了显著的变化，从以往的点、线等元素转换为墙、窗梁等对象，从本质上讲，它就是通过建模语言对整个建筑结构进行描写，它是一类专门针对项目工程检验而编写的程序。整个应用是建立在BIM的Revit软件的基础上。它能够较为完善地把建筑、结构等指标与图形结构表现出来，并且可以通过多种方式进行分析、观察，让建筑的信息和结构呈现出较为准确的数据[5]。

2.2BIM技术在某办公楼建筑设计中的应用

本文拟以某综合办公楼为研究对象，利用Revit软件对其建筑主体完成建模工作。针对建筑主体进行设计，对结构设计中的钢筋配比、荷载等信息暂不做研究，为后面的建筑专业与给排水专业的协同设计做准备。2.2.1项目准备在Revit软件中创建其他项目时，任何项目都会把项目样板当作程序设计基础，在样板文件里编写不同的组建、写入相关信息参数，另外，该文件所对应的后缀名称应该改为“.rte”，在Revit软件中，核心项目都必须使用样板文件。样板文件包含了系统设置的项目初始参数，包括项目默认的度量单位、层高信息、楼层数量的设置信息、显示设置、线型设置等。在Revit软件中，一个合适的项目样板可以减少后期建模过程中的设置和调整，提高了项目设计的效率。使用项目浏览器，可以在各视图间进行切换操作，并提供强大、易用的视图操作工具，对各视图进行缩放、平移、旋转等操作。同时，软件还可以实时显示操作内容的属性列表，辅助设计师在设计的同时明确设计内容的属性，如图2，图3所示。图2项目浏览器内容图3属性栏内容在模型建立过程中不可避免地会对过程中用到的图元进行编辑与修改，使其可以符合设计师的实际需求。所以，软件里面还涵盖了诸多编辑工具，以此对图元展开一系列的编辑。通过“修改”选项卡可以访问这些修改和编辑工具，如图4所示。图4修改编辑工具栏2.2.2建立工作集建筑项目作为复杂的设计系统工程，一般都是由多个专业共同参与完成的，但在专业间协同设计过程中不能同时对多专业进行BIM设计。因此在项目整体设计114过程中，各专业可以根据本专业设计需要建立多个工作集。在本文建筑专业与给排水专业间的协同设计过程中，建筑专业可以按照建筑设计的要求建立自己的工作集，同时设置工作集权限，指定查看本工作集的相关设计人员。同样给排水专业通常也能够组建专门的工作集，而且还能够按照所需的项目组建不同的工作集，比如给排水专业可以根据细部设计划分为给水、排水、热水、消防、中水等子系统，每个子系统都可以建立工作集，方便设计人员更为精确的管理设计内容，如图5所示。图5工作集设置样本2.2.3创建标高以及轴网标高与轴网是建筑设计中重要的空间定位信息。Revit通过标高和轴网来定位参与模型构建的各构件元素在模型中的相对空间关系。事实上，标高和轴网是在Revit平台上实现建筑、结构、设备专业间三维协同设计的工作基础与前提条件。在Revit软件对项目进行设计时，首先要测量出标高与轴网，再按照标高与轴网相关信息组建门、窗等建筑模型，这种方法符合国内绝大多数建筑设计院设计流程。在Revit开始建模前，应先对项目的层高和标高信息做出整体规划。在建立模型时，Revit通过标高确定建筑构件在模型内的高度信息和空间位置。另外，在Revit中轴网对象与标高对象类似，是垂直于标高平面的一组“轴网面”，设计人员可以在项目平面视图中依据轴网定位项目图元，结合标高信息最终确定构件在模型内的具体空间位置。在绘制标高以及轴网的过程中，利用Revit中“常用”选项卡“基准”面板中的“标高”和“轴网”命令，将二维平面图纸构建为程序模板，对工程标高和轴网信息进行绘制，同时还要注意标明相关标注与编号，如图6，图7所示。2.2.4载入族文件族是RevitArchitecture项目的基础，不论模型图元还是注释图元，均由各种构件族构成。RevitArchitecture中的族有两种形式：系统族和可载入族。系统族已在RevitArchitecture中预先定义好，系统族的相关信息都保存在样板和项目中，用于创建项目的基本图元，如墙、楼板、天花板、楼梯等。可载入族可以由用户自行定义创建，或者是经设计人员间的交流获得，然后在软件中独立保存为“.rfa"格式的族文件。RevitArchitecture不允许用户对系统族进行创建、复制、修改或删除操作，但可以复制和修改系统族中的类型，以便用户根据项目的具体需求创建自定义系统族类型。图6标高绘制及标注图7轴网绘制及编号RevitArchitecture的模型类别族分为独立个体族和基于主体的族。独立个体族一般来说是指不基于其他主体的程序结构，例如家具、结构柱等。基于主体的族是指不能独立存在而必须依赖于主体的构件，例如，门、窗等图元必须以墙体为主体而存在。基于主体的族可以依附的主体有墙、天花板、楼板、屋顶、线、面，RevitArchitecture分别提供了基于这些主体图元的族样板文件。RevitArchitecture需要定义族的各类型参数，当在项目中使用该族时，可以在“类型属性”对话框中调节所有族中定义的参数，也可以通过复制功能创建与该族类似的族的类型。比如，可以采用系统族中外墙300mm的新的族类型。240mm族类型，通过复制、修改参数操作创建外墙，如图8所示。

3模型的构建

此时主要利用Revit对本项目建筑主体与结构墙、梁与柱进行设计，构建出建筑主体的BIM模型，并以此BIM模型为基础与给排水专业完成专业间的协同设计，共同构建综合建筑、结构、给排水专业设计信息的BIM模型。

3.1创建项目的主要墙体

在Revit软件里，墙可以归纳为系统族，它能够按照对应的墙结构数据转换为全新的三维墙体模型。该软件不仅有墙工具，以此方便模型绘制以及墙体对象的生成。在Revit中创建墙体时，需要先定义好墙体的类型，包括墙厚、做法、材质、功能等，再制定墙体的平面位置、高度等参数。以二维平面图纸为设计蓝本，对项目的墙体、结构柱与结构梁等主要构件进行布设。设计过程中导入二维CAD图纸，调整图纸使其与轴网相对应，然后在此基础上绘制项目的墙体以及结构柱等。相应的平面视图和立体视图如图9，图10所示。图9项目一层墙体平面视图完成项目墙体和结构柱的布设后，对结构梁、结构楼板等结构构件进行布设，这些结构构件在和给排水专业进行协同设计过程中会参与管线综合及碰撞检查工作。结构柱所发挥的作用是对建筑物整体进行支撑。结构墙与结构梁也是重要的承重构件，这里虽然不对结构构件进行钢筋布设和荷载分析等操作，但是在与给排水专业协同设计时，必须将结构构件考虑在内。Revit提供了一系列的结构工具，可以完成结构墙、柱、梁等基本结构构件的创建。

3.2添加项目所需的其他构件

完成项目的主体墙体构建后，对建筑模型中需要用到的其他构件进行布设。构件包括门、窗、楼梯、栏杆、楼板以及屋顶等，Revit软件提供了各种构件的族文件样板，可以在软件中直接载入使用，常用构件的属性如表1所示。以楼梯的绘制为例介绍模型构建过程中基本构件的创建方法。首先定义楼梯的类型，以软件原有的系统族类型为基础，复制创建项目需要的楼梯类型，并对楼梯的功能、踏板深度及材质等属性进行设置，如图11所示。属性设置完成后，在平面与三维视图下结合绘制的参考平面，完成楼梯的布设及修改，如图12，图13所示。同时，基于BIM的建筑三维设计，讲究的是“所见即所得”的可视化设计，设计师可以通过BIM模型的三维立体视图准确、清晰地了解到建筑内部的设计效果。为了让建筑的最终设计效果得到进一步的优化，可借助相应的渲染功能对目标的墙体及其构件进行渲染使其更具感官特点，充分体现出软件的人性化设计。项目最终利用Revit软件构建出的项目的建筑主体BIM模型如图14所示。

4结语

本文基于BIM技术理论的相关成果与应用进行研究，从宏观的角度对BIM技术在未来的应用前景与当前建筑模型结构进行分析。利用三维仿真软件Revit对办公楼项目的建筑主体完成建模。围绕建模绘制时遇到的难题进行了详尽的阐述，同时对软件处理二维平面图纸的能力做出了进一步要求。

作者:张立华 单位:赤峰学院

参考文献

[1]张建平.BIM技术的研究与应用[J].施工技术，2011（2）：1518.

[2]秦军.建筑设计阶段的BIM应用[J].建筑技艺，2011（21）：160163.

[3]何关培.BIM在建筑业的位置、评价体系及可能应用[[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（1）：109116.

[4]赵红红.信息化建筑设计：AutodeskRevit[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[5]杨佳.运用BIM软件完成绿色建筑设计[J].工程质量，2013，31（2）：5558.

[6]程建华，王辉.项目管理中BIM技术的应用与推广[J].商业经济，2012（3）：2931.