二维CAD与三维BIM设计对比分析

2021-04-04安莹

信息记录材料 2021年4期

安莹

（西安海棠职业学院陕西西安 710038）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）的概念最早是美国的乔治亚理工大学的查克伊士曼学者明明和提出的。BIM的定义为：“建筑信息模型是基于建筑项目中的整个周期内的全部几何特征以及相关功能需求及构件的各种信息汇总到一套独立的模型中。这套模型同时还是整个建筑项目的施工进度以及建造过程中的过程信息载体”[1]。

目前我国建筑工业标准《建筑对象数字化标准》对于BIM模型的定义是：建筑信息的完整、协调的组织架构，通过基于计算机的相关程序进行各种操作从而使得建筑信息能够使用工业标准语言来诠释和表达各种建筑设施的物理和功能特性，同时也能诠释建筑的各种信息和其生命周期的信息[2]。

信息就是BIM的核心，建立一个完整的BIM模型，需要所有基于建筑项目生命全周期的各种数据、过程以及资源[3]，同时BIM模型可以清楚、完整地对工程项目本身进行描述和解释。

2 二维CAD与三维BIM设计对比分析

2.1 传统二维CAD设计的缺陷

（1）二维模型很难直观地反应出设计的效果，只能通过平面的设计形象来反应设计对象，最简单的问题就是建筑平面图中，墙体用两条平行粗实线表示即可，无法真实展现墙体。

（2）无法承载数字化建筑信息：CAD设计模式只能加入非常少的数字信息，而信息和信息间也会存在各种冲突，对整个设计造成干扰。另外，由于大量不同时期的信息的出现，不仅会出现数据间的冲突，也很容易导致数据间出现错误或纰漏，而且基于二维的模型也无法较好的演示构件的空间拓扑关系。

（3）割裂各工种：一个成功的建筑工程需要建筑、结构、水暖电，以及数据、通讯、安全等各专业配合共同来完成。在二维CAD设计中，对于不同专业的分工虽然有着很明确的界定，但是对于不同分工的合作，则很容易出现问题。最典型的问题就是，在二维环境中，虽然局部的图纸信息和资料都正确，但是如果汇总到一起，就会出现各种各样的问题，衔接、接口的各种冲突和不匹配，从而导致出现“对不上图”的问题。即便是各个专业的工程人员参与到整体的拼接上，依然会导致各种问题的存在[4-5]。

（4）优化成本高：在传统工作模式中，如果指定多种优化方案，每个优化方案都需要经过大量的计算和分析，花费、时间精力巨大，会提高优化成本，弱化优化效果。

（5）工程计算部分难以完成：基于二维环境中，对于成本预算、施工进度安排以及管道流量等那些计算量多的工程设计，会有很大的问题和困难。由于二维设计的各种数据和图表都是相互独立的，因此在计算这些跨专业的计算会产生很多问题。比如电气、建筑专业的数据就很难联系在一起，只能是每个专业人员共同参与，这必然会造成大量人力的浪费，在实践上也会花费更多的时间，而且也会存在很多出错的现象。

（6）改图工作量大：在基于二维设计环境中，由于图元之间是完全独立的，所以在设计过程中，尤其是整体设计中，就会造成设计的效率低下[3]。而且在CAD设计中，都是通过点、线、面来进行设计表达的，而对于设计对象的相关属性则是使用文字进行标注的，由于不同的设计人员的设计特定不同，也导致了设计过程中的统一性相对较差。在对某个设计对象进行修改时，需要将对应图元一一修改，工作量巨大，并且修改过程中容易漏改或改错。

2.2 三维BIM设计的优势

BIM引领了计算机辅助设计领域继CAD第一次革命之后的第二次革命。BIM技术主要是以建筑行业为服务对象，并且BIM技术可以覆盖整个建筑工程的生命周期中的各个阶段，而且BIM技术基于3D技术，能够集成几乎所有的建筑工程所需要用到的各种数据和信息。在BIM技术中，核心就是信息的有效使用，通过信息的使用，就可以将BIM技术中的所有建筑项目的各个部分有效的联系在一起，并且这些部分的各种数据和信息在BIM的3D模型中都可以实现数据共享。在3D模型的设计环境中，不同的工种都可以通过一定的设计原则和设计流程按部就班的进行有序工作，而且对于信息模型而言，也具有很强的兼容性和跨平台的适用性，可以在其他的BIM平台中无缝衔接，工程人员可不断对信息模型进行分析与优化。需要工程出图时，无需另外绘制图纸，在三维模型中选取所需位置即可。

同传统的2D设计模型相比，3D BIM模型具有以下优势。

（1）面向对象设计，并且设计过程直观化、可视化。由于在3D设计环境中，并不是2D设计中那种通过点、线、面的构图来表示设计对象的设计方法，而完全是采用了构件进行表示。比如在2D的设计中，都是通过不同颜色的线条表示不同的管道，但是在3D的设计环境中，管道都是通过数字化渲染的圆管进行表示，从而使得设计效果更加接近现实，也更容易体现出设计的思想和设计理念。由于在3D设计环境中，所有的设计、施工以及管理都是通过可视化进行管理，因此很容易进行不同部门间的沟通协作。

（2）协同设计：由于3D设计是基于面向对象的设计方法，因此在设计的过程中，设计人员在设计内容都受到实体对象的限制，当各专业设计人员在同一个设计平台协同工作时，设计人员就很容易发现问题，也能够第一时间进行联系和反馈，这样就能尽早的发现问题和解决问题，从而提升设计的流畅性和缩短设计周期。

（3）多方案对比，这样就可以将最适合本设计的方案尽快的被提取，从而也使得整体的设计优化方案能够通过更高效、更迅速、更高质量的方式来实现。

（4）能够进行更复杂的设计和计算：由于BIM技术完全是基于3D数字化技术实现的，本质上就是以信息为基础、为核心。所以在BIM的3D模型中就包括了实体信息以及模型的空间信息，还有模型的各种几何信息，比如基础构建的长宽高等。同时在这些信息中还带有很多数据，通过合理使用、分析数据就可以有效的分析出各种优化方案，也可以通过各种优化方案来找出最适合的方案，比如通过BIM 3D模型就可以完成各种建筑成本的碰撞检测优化、施工进度模拟等功能，同时也可以利用3D模型来完成各种施工用到的材料用量报表，从而为工程的施工提供必要的数据支撑。

（5）极大提升该设计质量和施工效率，有效降低施工出错率。在BIM 3D设计环境中，尤其是在协同设计环境中，各个工种协同工作，这样就能实现1+1＞2的效果，也能够有效降低施工周期。不仅如此，通过BIM 3D模型的使用，也能够使用之前已经完成的各种模型中间件，从而提升设计效率。此外，还可以通过3D模型进行不同算法的组合，来找出设计中可能存在的问题，从而第一时间加以解决，有效降低设计中的问题。而且在3D模型上，还可以在设计中对构件进行任意的设计，以及对位置、结构上的剖图，这就能够打造更加精确的3D模型，从而为以后的施工提供更加精准的工程数据和相关资料。