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有關B.I.M.建築資訊模型化的介紹

一.BIM 過程是什麼?

建築軟體正在從二維繪圖向模擬三維建築轉換,就是大家所熟知的BIM(Building Information Model ),或稱建築資訊模型化。
作為這一進步的結果,建築師擁有了使用整合3D-2D模型技術在電腦上構建“虛擬建築物”的能力,並可以通過鏈結的建築物資訊提供更快捷,更高品質的設計結果,和更加豐富的設計過程。風險減少了,而設計思想被保留下來,品質控制變得更有效率,溝通也更加清晰,而分析工具也變得更容易使用了。較為簡單的工作,比如繪製草圖,查看座標,文檔生成,和計畫創建都自動進行。代表同一建築物物件的不同視圖在修改時自動更新。最終BIM允許我們利用電腦的強大能力進行真實的附加值設計過程,而不僅僅是模擬繪圖。

二.BIM與傳統方法相比較

傳統的CAD繪圖和建築資訊模型之間的差別是什麼? 傳統的CAD是直線,弧線,圓和塊的世界。使用傳統的CAD,您的圖形是建築物建設的2D表現。它和手工繪圖非常類似,只不過是利用電腦技術自動實現繪圖而已。
使用建築資訊模型,您使用建築物元素:地板,牆,屋頂,窗,門,樓梯和其他物件構建一個建築物。建築資訊模型使用智慧物件創建建築元素。

三.BIM 過程的好處

建築師和建築專業人士使用整合3D CAD軟體生成富有價值的建築資訊,這些既可以用在傳統的建築實踐中,也可以用於很多新的領域和服務中。
建築資訊模型方法對建築業的一些益處在於:
- 建築物主平面圖,設計和發展
- 創建渲染,動畫和虛擬現實場景
- 產品圖形,詳圖和計畫
- 建築物市場行銷
- 建築物空間和資產管理
- 建築物使用後的研究和模擬設計修改
- 在建築物的整個生命週期中分析和呈現其性能。
- 為電子建築組分物件,包括產品資料和到製造商網站的鏈結規劃內容。
- 長期規劃,維護和運作。

摘要

“建築資訊模型(BIM)”是Graphisoft公司對建築設計和施工管理方式的創新,它可以為設計和施工專案建立及使用互相協調的、內部保持一致的並可進行運算的資訊,可以提高設計圖紙品質、縮短設計週期、降低設計成本,還可集成其他各種專業設計。本文簡要介紹了BIM的使用原理及實際案例。

關鍵字:集成設計建築 資訊模型

序言

為了在整個設計過程中溝通設計意圖,建築師有時需要同時進行模型製作及繪圖工作。過去,這兩種截然不同的溝通工具是必要的,因為相互可以彌補不足。但近來隨著數位模型和電腦繪圖技術的發展,二者的界線逐漸模糊了。

傳統的實體模型和圖紙必然是無法聯結的,而數位技術卻可以將圖紙和模型聯繫起來。儘管現在大多數建築模型和圖紙是數位式的,卻未必能真正聯繫或集成起來。有些圖紙是用CAD方法繪製的,但它們是獨立存在的,和三維建築模型沒有關係;有些圖紙由三維模型生成,卻和模型聯繫薄弱或是失去了聯繫。因為模型變化了,圖紙的修改常常需要手工校對和協調。

Graphisoft BIM(建築資訊模型)解決方案建立在模型/圖紙關係基礎上,專案檔編制是三維模型的副產品;平面圖、視圖、表格等是三維模型的直接表達方式。它們本質上都是以模型資料為基礎的圖文“報告”。此時,圖紙是建築模型的活視圖,所以它們能精確表達建築設計,並和三維模型保持一致 當設計師進行熟悉的二維或三維視圖設計的時候,使用定制的BIM解決方案,比如Graphisoft ArchiCAD,可以把與專案所有表達方式有關的設計資訊協調在一起。因為三維模型視圖、二維圖紙、剖面圖、平面圖、資訊表格和工程量估算都是同一個基本建築模型下的圖元,所以它們全部吻合一致。

BIM介紹

“建築資訊模型”(Building Information Modeling一BIM)概念由Graphisoft公司提出,它是對建築設計和施工管理方式的創新,它的特點是可以為設計和施工中的建設專案建立及使用互相協調的、內部保持一致的並可進行運算的資訊。

BIM的效益

建築資訊模型在建築實踐上的應用帶來了下列主要好處:
1)設計圖紙錯誤率低、品質更高
2)縮短設計週期,效率更高
3)設計成本更低
4)建築設計品質更好
此外,建築資訊模型自身的強大功能使得在建築設計中集成其他專業設計成為可能,如能源和結構分析等,以及實現可持續設計。

◎協調性:低錯誤率,高品質的設計圖紙

如上所述,建築資訊模型能自動地使專案的所有資訊協調一致,建築模型的任何改動都會立刻反映到整個專案產生的檔。
此外,因為由電腦來協調文本更加完整,所以錯誤和相應的成本減少了,項目的整體品質得以提高。BIM還允許對專案(在設計或施工圖繪製的任何階段)進行深度開發和大的變更,因為設計團隊不必負擔繁瑣反復的協調工作。

◎工作效率:縮短設計週期,效率更高

BIM解決方案允許同步進行建築的設計和圖紙繪製.、由於在使用的同時動態生成專案的有關資訊,錯誤和資訊丟失會大幅度減少,因此提高了設計品質,減少了返工。在傳統設計過程中(參與方靠紙張交換資料)經常丟失的資訊,在這_可以重複使用,並不斷細化。設計團隊花費較少的時間和精力就能完成關鍵的專案成果製作,比如效果圖和規定的審批檔,因此專案可以提前推進。
不僅是建築模型中設計資訊的數位化集成,同步設計和施工圖也和專案資訊自然融為一體。即使正在編制施工圖,設計人員也可以和施工人員同時展開工作,密切控制設計實施中的技術和細節決策,將參與者之間的資訊損失降到最低。

◎更深的設計視野

參數BIM解決方案通過捕捉設計意圖來提出更好的設計,並在設計進程中將其植入施工圖內,便於其他人在整個設計過程中的使用。
參數模型工具使用參數(數位或字元)來確定圖元的行為,定義模型構件之間的關係,比如“此門必須位於此牆正中”。當捕捉到這類設計準則或意圖時,原始設計意圖會保留,即便模型發生變化。此外,模型本身也更容易編輯,尺寸的改變會自動更新該模型所有涉及的圖元,反之亦然。編輯簡便了,才可能對設計進行全面檢查,從而使建築有更好的設計。
由於在整個設計過程中使用同一建築模型,模型包含的多種設計想法——從早期方案階段的構思到詳圖設計階段的最終變化——都得以保留和實現。
細緻的建築資訊模型也能包含多個可選設計選項,在整個建築模型內可供選擇切換。BIM解決方案保存著各設計版本,改變的內容很容易貫徹到整個模型及所有的設計版本中。這些“活的”設計選擇,使公司在設計過程的後期,都能快速探討和改變專案設計,而不用擔心協調工作問題。
如前所述,協調工作及人工校對時間的減少,伴隨工作效率的提高,為設計贏得了更多的時間,設計團隊得以把精力集中在更有意義的建築設計方面。

◎集成其他專業設計的功能

  建築資訊模型中的建築是各種資訊協調一致的整合型資料庫。除了用圖形表達設計,在設計過程中,許多用於專項設計和服務的資料是自然採集的,而傳統上完成那些服務會太繁瑣或太昂貴。由於建築資訊模型的完整性,能源分析、日照分析、集成結構分析和自動化規格管理這些設計工作都簡化了。這樣,新型的設計功能得以實現,並為拓展服務鋪平了道路。
   隨著建築增長對環境的影響和能源漲價,可持續設計引起了高度關注。建築資訊模型可以集成各專業設計,能完美地適合可持續設計,能夠進行複雜的設計評價和分析,在關鍵問題上支持可持續設計的發展。
   目前,許多數位化建築模型沒有包含足夠的資訊來支援常規建築性能分析和評價,而這是可持續建築設計的基本模組。對傳統的實休模型和圖紙,在設計圖紙的基礎上進行建築性能評價,需要大量的人員參與,導致成本過高,也過於耗時,只得將分析工作外包。結果,建築能源效能的資訊只在專案的特定點才有,通常都太晚而無法支持專案的關鍵決策,對該專案設計的整體能源效率造成不利影響。
   而建築資訊模型提供了極其完整的設計資訊,達到必要的詳細度和可信度,能在設計階段的前期完成能源分析,使常規分析成為可能。另外,有些BIM解決方案集成了商業化的分析工具,使得嚴密的建築分析更加容易。建築師可以直接在設計的早期,對多種設計能源的效率進行比較,及時地得到結果。

BIM解決方案

◎建築設計中的CAD和Object(物件)—CAD技術
80年代早期,建築師開始在個人電腦上使用CAD系統,幾年之內,大部分施工圖便由電腦列印,而不再是手工繪製了。這種以幾何為基礎的技術已在建築行業應用了幾十年。但最終的圖檔只包含這個建築專案的一小部分資訊,如層和相關屬性。此外,在大型專案中手工協調這些不同檔和設計資料,任務非常艱巨。

  隨著個人電腦計算能力的提高,出現了更為高級的Object(物件)—CAD應用軟體。其中的資料“物件”,如門、牆、窗、屋頂,在包含建築圖形資料的同時,也儲存了建築的非圖形資料。這些系統支援三維的建築幾何模型,並從三維模型中生成二維圖紙。
   但Object(物件)—CAD系統仍然是以CAD為基礎的,用基本的圖形檔存儲和管理資料。它們還是強調建築圖形,因此不能最優地創建和管理建築資訊。

◎參數建築建模

  如前所述,參數建築模型將設計模型(幾何形狀和資料)與行為模型(變更管理)合併起來。整個建築模型和整套設計檔是個集成的資料庫,所有內容都是參數化和相互關聯的。
   參數建模對於BIM至關重要,因為這種技術產生“協調的、內部一致而可運算的建築資訊”,那是BIM的核心特徵。使用參數建模工具,專為BIM定制的應用軟體,如ArchiCAD,通過設計,利用對軟體的自然操作,傳達這類資訊。如果使用CAD或Object CAD BIM解決方案,資訊的圖形表達(圖紙或渲染圖)或許看起來和定制的參數化建築建模工具的輸出形式差不多,但結果卻大不相同。
   建築資訊模型化幾乎不採用以CAD為基礎的技術,如果囊括和協調不斷變化的建築資訊如表格、成本、設計範圍和建築性能等,CAD要付出極大的代價。
   更複雜的是:Object CAD系統在選定的三維建築圖中,以某種邏輯結構保存了非圖形的部分建築資料。用戶可以提取這些資料瞭解數量和屬性資訊,就像他們可以從三維圖中提取二維圖形那樣。但Object CAD系統仍然是以圖形操作為主,所以需要附加工具(和額外的工作)使得圖形和非圖形資料保持同步。例如,設計中的一個改動,樓層平面圖上增加一扇窗,並不會自動修改整個專案的所有相關內容。所有受影響的部分,如表格、概預算等都需要艱苦的人工核對,可能有的需要更新。專案越大,協調資料所花的力氣越多,產生錯誤的風險就越大。

  相比較而言,參數建築建模工具可以輕鬆協調所有圖形和非圖形資料——全部視圖、圖紙、表格等等,因為它們都是資料庫下的視圖。仍以前面提到的窗戶為例,當窗戶置於牆體中距門1米遠,模型保存了這種資料關係,如果門或者牆移動了,窗戶會自動在它出現的所有視圖和圖紙中作相應的移動。所有相關尺寸也會作出更正。此外,圖紙上尺寸的改動也能使模型更新。參數建模固有的雙向聯繫性和即時性,及全面傳遞變動的特性,帶來了高品質和協調一致、可靠的模型,使以資料為基礎的設計、分析和文檔編制過程更加便利。
   Graphisoft公司提供多種軟體方案來聯繫和支援建築行業的團隊。ArchiCAD工具軟體可用於整個設計過程,從方案設計直到建築運營管理。儘管各公司可能以不同的方式使用解決方案。

用戶的理解障礙,相互割裂的建築過程建築行業呈筒狀組織,有著固定的組織邊界,限制了各組成部分的互動。通常建築工程由設計、製作、施工和運營這幾個獨立的項目團隊完成。建築工程專案隊伍的合作工作很少,他們的工作重點是實現單一的和唯一的產品:只被建造一次的建築。
   在建築過程中使用數位工具也同樣分散零碎,重點放在了那些分散的、彼此脫節的、無關的任務上,比如生成圖紙、效果圖、估算成本、或建築管理記錄。
   BIM解決方案有潛力跨越許多這樣的階段,取代或替代這些以任務為基礎的應用軟體,但它在建築設計中採用的參數方法,是具有開創性的電腦輔助設計新方法。因此,從以CAD為基礎的技術轉換到BIM,在有些人看來可能比較困難。另外,BIM最大的好處是跨越脫節的狀況,直接將建築各階段聯繫起來。但如果沒有這種願望或財務上的動機,BIM會被認為是不必要的開銷。

可運算的資料

  數位化的資料不一定是有用的資訊,除非它可以運算。例如,一個文字處理器可以製作成行成列的財務資料,但大部分文書處理軟體沒有很好的計算功能,哪怕是最簡單的計算也需要手工操作。如果其中某個數字改變了,所有受影響的數位都需要重新計算和輸入。這種資料是數位化的,卻不是很有用。
   相反,同樣一組財務資料在試算表模型_含有數位、計算值、關係、和計算。改變一個數字會自動產生新的結果,迭代(類似建築行業中的設計選項)和假設性財務分析也很容易。過去20年中,建築行業大部分採用了文字處理器的方法進行建築設計的圖檔編制。電腦輔助設計(CAD)工具主要用於創建建築的電子圖紙。這些圖顯然是數位化的,但資料的用途(除了在自身的軟體中操作以外)極其有限。既便有三維模型,也只是三維的圖紙,沒有建築構件的內在資訊,如門、牆和窗等。這種圖形化的資料雖然和BIM解決方案得到的成果相似,卻缺少可運算的資訊。
   目前大多數建築在建築各階段中傳遞的設計資訊是用圖形化資料進行製作和管理的,但許多設計師和項目決策人員不完全瞭解目前的系統和方法產生資料的局限性。很自然地會想到運用設計資料進行分析、成本估算、甚至表現效果,卻發現這些資料儘管看上去是可運算的,實際上卻是圖形元體的集合。多數情況下,人們查看、解釋這些資料,並送到新的應用程式中進行其他分析。

交互操作性

目前,有眾多的設計工具和應用軟體可以幫助設計師們處理設計資料。建築過程中分散的
   傳統表達內容正逐漸被數位化的資料交換所取代,而建築行業目前幾乎沒有協議規定相互銜接的建築階段必須建立數位化資訊的關係。在這些應用軟體之間共用有價值的設計資訊,並使涉及工程的各個單位間都能使用可運算的建築資料,對於成功推行BIM至關重要。

  例如,考慮建築師該如何使用建築資訊模型來測試建築的能源效率,修改設計選擇的問題,為了有效地利用建築模型中的可運算資料,必須可以讓能源分析軟體訪問,在此情形下,XML(eXtensible Markup Language擴展標記語言)標準被證明是實現交互操作性的合適工具。

  前文中,用文字處理器和試算表的比較來說明瞭CAD和BIM的區別。仍以文字處理器為例,如果需要,HTML格式可用於提高檔的“可運算性能”,通過定義文檔的表達方法,使之以標準格式在網路上發佈。之後出現的XML(eXtensible Markup Language擴展標記語言)通過描述資料內容,定義文本含義的標準,完成了向可運算檔的轉變,方便了電腦應用程式間交換資料內容,也就是說,實現了網路上的交互操作性。
   建立在XML標準基礎上,gbXML(綠色建築XML)這一新生概念可實現建築資訊模型和大量第三方分析應用軟體之間集成的交互操作性。Green Building Studio(GBS)是其中的一種,集成了包括Graphisoft ArchiCAD在內的許多先進的BIM解決方案。
   使用gbXML標準,設計師們可以輸出他們的Revit建築資訊模型,並在網際網路上運行基本的能源分析。ArchiCAD建築資訊模型解決方案和GBS網路服務之間的交互操作性,便於設計師、模型和分析工具之間的對話,它提供了更精確的能源分析,進一步提高了建築設計的效率,減低了業主的運營成本。
   ArchiCAD與GBS之間的成功集成有賴於雙方在建築資訊模型之下共有的可運算特性,模型包含了分析程式所必須的細節及資料交換標準的使用(如XML),以實現交互操作。其他的資料交換標準(例如IFC,ODBC,DXF)同樣可用於建築資訊交換。不同的標準不斷演進以適應特定的要求。建築產業如何運用這些標準,將建築資訊模型以切實有效的方法,拓展至其他應用程式中?客戶和行業的需要是背後的推動力量。

  Graphisoft致力於支援行業標準資料轉換格式。其建築解決方案目前支持最廣泛的行業標準和檔格式,包括DWG、DGN、DXF、PDF、DWF、3DS、PSD、EMF、WMF、MOD、GDL、ATL、FACT、EPX、LP、WRL、TIF、QTIF、JPG、TGA、SKP。

如何實現BIM

  一套定制的BIM解決方案為建築師提供了清晰、直觀並且強大的建築設計工具。參數建模法是建築設計所必要的,也代表一種使用電腦進行設計、具有開創性的全新方法。從以CAD為基礎的技術向基於物件的CAD轉變是個量的進步,轉向參數建模是個更大的改變,而且對那些希望盡可能地高效應用技術的公司來說是個頗具吸引力的進步。
   對BIM的培訓和認識,以及認識到BIM能帶來的巨大好處,如同工作流程的改變一樣,將成為面對改變的本能阻力的關鍵武器。

實現的步驟如下

  正式的實施策略是BIM計畫成功的基本組成部分,它必須能很好地運行,而並非僅是一個培訓和實現計畫。應當根據BIM固有的特性,處理工作流程和改變組織。

  還需要在實施策略中說明新的解決方案如何與既有的二維繪圖或三維模型工具並存。不建議完全拋棄這些舊的設計工具,因為這是不現實的。但隨著BIM應用的深入,如果可行,實施策略也許會包括對舊系統分階段的淘汰。
   此外,需要涉及BIM解決方案將如何與配套產品相配合,這些配套產品協助BIM方案創建、管理和共用所建資產在使用壽命內的資訊(即建築工程生命期管理)。比如,在設計過程中,BIM解決方案將如何配合公司的專案管理平臺或協作軟體?

  最後,公司應當關注諸如能源分析、成本估算和規格說明等相關應用軟體怎樣調用建築資訊模型。尤其關注當前需要完成的工作,並使其與正在使用的應用軟體相匹配。

人員配置

  完成整套施工圖需要的龐大工作量決定了專案團隊的傳統組成。團隊成員的角色經常與其繪圖的類型相符:平面圖、立面圖、剖面圖、詳圖等等,或是與建築構件,如核心筒、外牆或大廳相符。如前所述,BIM解決方案大大減少了文檔編制的工作量,因此使傳統的專案結構不再適用。取而代之的是,BIM團隊將圍繞諸如專案管理、內容創立、建築設計和文本編制等活動組織工作。

  此外,BIM代表了新的建築設計方法,而不僅是應用新的支援技術。因此,新的BIM團隊必須從整個設計組織中脫離出來,以反映BIM帶來的基本組織流程變化。用戶隊伍必須拓展到CAD作業的核心人員以外。實際上,許多公司用這個標準來精選最優秀的設計師和建築師(而不是最好的CAD繪圖員)組成BIM的協作團隊。

  企業還會發現過去用在圖紙文檔和CAD工具上的開支都減少了,因此專案團隊的規模和預算也相應小得多。小規模的團隊在專案執行期間靈活性更強.一旦BIM解決方案開始運作,公司用很少的時間(和人員)就能完成施工文檔和協調工作。較早使用BIM解決方案的公司已經把節約的時間和人援用在前期設計開發上面,因此可以提前做更佳的決策,或更快地以更高效益推進項目的完成。

專案的執行

  公司的第一個BIM項目應當選擇一項有代表性的實際工程項目,最好是那種能考察效率的
   專案類型,以便於公司準確地掌握新解決方案的優點。實際上,有的公司選擇了高風險、期限緊或有其他限制條件,並且用目前設計工具無法完成的項目作為第一個BIM項目,這也使BIM發揮出最高的效益。

  開始使用新軟體的時候,時間上的限制經常迫使公司和員工邊學習新系統邊趕進度。這種情況之下,在崗培訓是個好辦法,在項目執行期,日常培訓計畫和工作可以同時進行。專案可以向前推進,員工也可以馬上把學到的概念應用到實際工作中去。

結論

  數位化建築資訊支援更高的工作效率,在BIM的使用過程中還可不斷發現新的效益。許多編輯工具可以製作數位化模型,但只有定制的BIM解決方案,比如Graphisoft ArchiCAD才能為建設工程項目的整個流程,提供協調的、內部一致的、和可運算的資訊。
   ArchiCAD使建築師可以在任意視圖或任意圖紙和建築模型中實現互動、它能捕獲和保留原始設計意圖、輕易進行渲染、使非常複雜的設計過程簡化,比如理解實體和空間的相互關係,並使圖紙生成和材料估算這類枯燥的工作自動化。
   Graphisoft致力於將偉大的想法付諸實現,Graphisoft ArchiCAD的建築資訊模型就是這些偉大想法的其中之一,它能最高效率地按照建築師的思維實現建築設計和檔編制。

陳慶祥總經理