建筑硕士论文范文：BIM技术在建筑设计中的应用研究

  协同设计指为了共同完成某一设计目标，不同设计专业人员通过软件进行设工作的协调，最终完成设计目标的过程。协同设计的真正含义是：在项目创建的开始阶段由项目组创建一个信息共享平台，将各专业设计信息及文档放置在共享平台上，项目组的所有成员都有相应的权限对平台内设计信息进行查看和调用。协同设计的过程就是设计信息共享和完善的过程，包括不同设计专业之间的协同、设计方与施工方、业主方之间的协同，还包括三维设计过程中对二维设计图纸的参照利用，甚至包括信息在设计、施工、运营整个建筑全生命周期内的传递。随着建筑系统的日益复杂，人们对建筑的要求也在不断提高，由建筑、结构、设备各专业共同完成的协同设计不再是简单的文件参照，而是设计信息数字化的传递与共享。传统设计方法中单纯利用平面二维图纸进行各专业间的协同设计的方法，已经不能满足建筑信息化进程日益加快的趋势，只有运用基于BIM技术的三维协同设计才能更及时、合理的解决相应问题。

  2.1  协同设计与 BIM 的融合

  尽管建筑师和工程师已经普遍接受协同设计的理念，也将协同设计应用于实际的项目中，然而对于协同设计的含义却还没有形成完整的、统一的认识。现阶段我们所说的协同设计指得是项目各参与方通过网络，以网络会议的形式对设计内容进行交流以及对设计流程进行组织管理。但是，项目各参与方之间的信息传递仍是以CAD文件作为信息的载体，通过网络消息、视频会议等手段实现跨部门、地域甚至国界进行信息的共享。项目各参与方的协同作业主要依靠网络资源库对信息的综合管理，通过相关网络管理软件的辅助，项目各管理方拥有相应的权限级别。项目各参与方通过成果交流对项目中发现的问题进行讨论、修改并做出有针对性的设计变更，保证设计成果的实时性和唯一性。而自从BIM出现并应用在建筑业设计过程中以后，BIM技术对传统的设计方法造成了猛烈的冲击，带来了建筑业设计方法的革命性变革。BIM技术将设计从依靠二维图纸的平面二维设计转向利用三维仿真软件对建筑系统进行的三维设计；从各设计专业单独完成本专业设计内容转向不同设计专业通过协同设计共同完成项 10 目设计工作。但是，我们同时也必须意识到，基于BIM的多专业协同设计虽然具有传统设计方法不能比拟的设计优势，但是由于BIM相关软件引进国内的时间较短，协同设计在实际设计过程中的应用处于刚刚起步阶段。在相关软件的支持下，协同设计有比较完整的技术支持，但是要贯彻到整个产业链，使其真正融入设计师设计理念中，尚需时日。BIM技术的发展在对建筑行业带来强烈技术冲击的同时，也促进了协同设计技术与BIM技术的融合，使其成为一个整体，彼此间互相依赖、密不可分。在BIM模型的构建过程中对于同一构件，凭借数据在各专业间的传递与共享，各专业设计人员可以同时从各专业角度操作该构件元素，真正实现BIM的核心概念——协同。

  2.2  基于 BIM 的协同设计

  在传统的建筑工程二维设计过程中，一般都是不同的设计专业采用与本专业相对应的软件工具完成本专业的设计内容。各专业以Auto CAD为工具绘制本专业设计内容的二维图纸，最后将各专业的设计成果以二维图纸的形式综合到一起，共同形成项目的最终设计成果。而在各专业设计过程中没有有效的途径进行信息的交流，专业间设计信息的变更也无法与其他专业设计人员进行有效地协商，这样就会忽略某专业的变更信息对其他专业造成的影响。尽管现在也出现了与PKPM系列软件类似的一些集成化软件，各专业通过软件可以让部分设计数据在专业间实现传递和交换。但在实际运用时，仅仅依靠这些集成化设计软件远远不能满足协同设计对信息完整、及时传递和共享的要求。BIM技术的出现改变了传统协同设计过程中各专业设计人员协同工作的方式，将设计方、施工方、业主方等所有项目的参与方通过BIM模型有机的整合在一起共同完成项目的协同设计过程。BIM技术为协同设计提供了一个行之有效的信息共享平台，在BIM相关软件的支持下，将所有设计信息通过软件的传递实时共享到该平台之上。任何一个设计专业的设计信息发生变更，平台中的数据信息库会及时更新相关变更内容，其他专业的设计人员都可以通过这个平台了解到变更信息以便及时调整本专业的设计方案。目前，建筑行业的行业惯例是以二维图纸作为最终设计成果进行交付。因此，在目前国内的建筑行业中，设计成果的展示、相关单位对项目的组织与管理均是以二维平面图纸的形式进行的，这也成为了BIM技术在国内建筑行业难以广泛应用的一个重要的阻碍因素。人类在建筑设计过程中除了要满足日益复杂的建筑功能要求之外，还应将追求设计成果的美感放在重要的位置。复杂曲面被认为是最能激发设计师想象力的一种“高技术”和“后现代”的设计手法，在古代人类就开始了对于曲面美的探索，并且将其应用在一些著名建筑设计之中。然而，传统的二维设计技术无法客观准确的表达出建筑的曲面特性等几何形态，三维设计作为解决的这一问题的有效途径应运而生。

  本文以某高层综合楼实例为研究对象，通过对常见三维仿真软件的特点进行对比分析，比选出 Autodesk  Revit 软件进行建筑专业与给排水专业的协同设计，并完成项目建筑主体和给排水管线系统 BIM 模型的建立。以二维图纸为参考蓝本，首先用 Autodesk Revit Architecture 软件完成包含结构墙、柱、梁的建筑主体BIM 模型，通过软件协同作用的支持将建筑主体 BIM 模型链接到 Autodesk Revit MEP 操作环境下进行给排水管线系统 BIM 模型的建立。构建出综合建筑信息与给排水管线系统信息的 BIM 模型后，在 Revit 软件的支持下对模型进行碰撞检查，找出模型中存在的交叉、碰撞问题并加以解决。同时，BIM 模型还可以对项目进行模拟施工和管材用量统计，为以后的施工工期及管材用量的控制提供参考依据。通过比较传统二维设计、三维设计与基于 BIM 的协同设计特点，本文将通过专业间协同设计构建 BIM 模型作为主要研究方向。同时针对设计人员通过常规的二维平面设计不易发现给排水管线系统与建筑、结构之间的碰撞、交叉问题的现状，利用 Revit 仿真软件结合 Navisworks 软件对项目 BIM 模型中存在的碰撞、交叉问题提出了全新的解决途径。本研究的创新之处主要是：针对传统的二维、三维设计无法满足日益复杂的建筑系统设计的现状，本文提出了基于 BIM 技术的多专业协同设计方法建立 BIM模型的新途径。通过比选出的 Revit 软件建立建筑主体 BIM 模型，并将建筑主体BIM 模型链接到给排水管线系统 BIM 模型的建立进程中，实现专业间的协同设计。利用三维仿真软件构建综合了建筑专业与给排水专业设计信息的 BIM 模型。本文所做的工作和得出的主要研究结论如下：（1）对比了 Bentley 系列软件、Archi CAD、三维 CAD 以及 Autodesk  Revit系列软件四款三维仿真软件的特点及在建模工作中的适用性，以能够实现基于BIM 技术的专业间协同设计并解决给排水专业管线综合过程中的管道碰撞和交叉问题为基本出发点进行软件的比选，最终选择 Autodesk  Revit 软件，将其应用于某建筑实例的协同设计过程中，并以此建立综合建筑专业与给排水专业综合信息的 BIM 模型。（2）以某高层综合楼的建筑主体设计工作为研究实例，使用Autodesk  Revit Architecture软件对其进行三维设计，完成了该高层综合楼包含结构墙、梁、柱在内的建筑主体BIM模型。模型的建立充分展现了BIM技术的可视化操作，设计过程中设计人员可以实时掌握设计成果，对模型内各种构件的空间位置有一个直观、准确的把握，以便设计人员更好地利用有限的空间，提高设计的效率。建筑主体BIM模型的建立为后面基于BIM的专业间协同设计做好铺垫，为给排水等设备专业的管线布置提供建筑载体以及空间位置的参照。（3）将建筑主体BIM模型链接到Autodesk  Revit  MEP软件设计进程中，以此进行基于BIM的建筑专业与给排水专业的协同设计，在建筑主体模型的基础上构建出给排水管线系统BIM模型。综合建筑专业与给排水专业设计信息的BIM模型的建立，实现了专业间的协同设计，各专业在独自完成本专业主体部分设计的同时，能够实现专业间设计信息的共享，为解决传统的设计方法不能满足日益复杂的建筑系统设计要求的问题提供了新的解决途径。（4）通过构建BIM模型可以对后续的施工过程进行模拟，消除管线综合过程中的管道碰撞和交叉问题等隐患，并可以利用Revit软件对BIM模型材料用量进行统计，为施工过程中材料用料的控制提供参考依据。基于BIM技术的专业间协同设计构建BIM模型的技术，解决了传统设计中信息无法正确、全面传递的问题，而且为解决管道碰撞和交叉问题、统计管材耗费总量以及模拟施工过程提供了可能，为后续的施工过程提供参考，有效地控制施工工期、提高施工质量。利用 Autodesk Revit 软件通过基于 BIM 技术的专业间协同设计构建 BIM 模型的过程中，虽然 BIM 技术在协同设计、解决管道碰撞和交叉问题、模拟施工、管材用量统计等方面体现了自己的优势，但是我们仍要认识到其存在的不足。BIM在我国发展时间尚短还未形成完整规范的体系，尚有很多因素制约了 BIM 在我国的发展。BIM 技术作为一种新兴技术引入我国的时间较短，并且目前仅在上海、北京等发达地区一些比较复杂的建筑设计中得到应用。虽然已经逐渐在全国范围内引起国家相关部门和设计院的重视，但是目前 BIM 在建筑业的应用仍带有很大的局限性，BIM 必将经历一个不断发展、持续进步的过程。鉴于 BIM 技术目前尚处于发展的初级阶段，在许多方面仍需要进一步改进。本文针对 BIM 的现状结合论文的研究内容提出了几点建议：（1）国家相关部门应尽快修订、完善软件相关规范，制定适合中国国情的统一标准，为 BIM 在我国的发展建立完善的行业体制、规范。（2）虽然三维仿真软件在设计过程中具有二维软件所不具有的优势，但是尚不能完全满足当下设计人员对于设计工作的要求。软件开发方应在后续的软件开发、升级过程中根据设计人员的问题反馈，推出更适合国内设计现状的应用版本，为 BIM 技术的普及做好技术支持。（3）在实验室后续的研究工作中，不仅对 BIM 技术在设计、施工过程中的应用加以更加细致的研究，还应对项目运行管理阶段的应用加以研究，建立贯穿建筑系统设计、施工、管理的全生命周期（BLM）模型。