“双碳”目标下建筑专业推进BIM正向设计教学实践

李提莲　赵迟

摘要：BIM技术是建筑数据的三维可视化建模载体，广泛应用于建筑数据描述领域。文章研究“双碳”目标下，建筑专业推进BIM正向设计的教学探索与实践，分析BIM正向设计推进的难点与技巧，探究我国相关建筑专业处理三维碰撞、三维可视化问题的路径。

关键词：双碳；BIM正向设计；建筑专业

2021年，碳排放和碳达峰问题被纳入政府的工作报告内容。在这种背景下，中国建筑行业必须對实现“双碳”目标做出调整，因为建筑设计技术与中国实现的低碳环境目标密不可分。

目前，我国经济发展不断深入，BIM技术已经被广泛应用于建筑设计、施工、计算、运营等全过程。而BIM正向设计是一种全新的全职业三维协作设计方式，在中国建设领域的应用越来越受到重视。

一、BIM正向设计概述

（一）什么是BIM正向设计

BIM技术是建筑现代数字化模式和施工数字模式，是全新的建筑、施工、算量和运维一体化的新技术。在传统三维数据技术基础上，整合建筑施工过程等相关数据形成的现代工程数据模型，实现了对建筑新数据技术的高效运用。BIM是协调管理工作的基石，能有效提高建筑工程的效率，减少施工项目风险和环境影响，进而实现环保建筑和可持续建筑。

BIM是建筑领域一项新型的数字化建筑设计方法，运用虚拟建筑信息模型进行全面的建筑与管道综合监控等工作，可以在工程设计阶段尽量减少错漏碰缺，减少工程设计死角，提高设计品质，完善管线综合，并进行工程设计完毕以后的一键算量。BIM彻底改变了过去从工程业主到建筑设计、建筑施工、算量、管理运维中间的界限隔阂，可以管控建筑施工的整个生命周期，大大提高了施工效益，降低了施工风险，减少了资源耗费。

（二）BIM正向设计的特点

1.可视化

可视化技术应用在建筑行业可以达到“所见即所得”的作用。如在施工冬纸中，冬纸上的相关结构数据虽然是用二维曲线绘制的，但是面对建筑的复杂造型却不能实现。而BIM施工技术模块里的全部信息都是可视化的，它既可以呈现三维结果，又可以确保项目的设计、施工、算量、运维等都在可视化阶段进行。因此，利用BIM技术可以将过去二维表示的建筑结构，用三维或者立体实体的方式表现出来。在移动终端小型化便携式的技术大潮流下，BIM轻量化的设计模式能为展现工程设计效果和开展实际施工提供很大便利。

2.协调性

在施工企业中，协调是一个关键问题。施工单位、企业、建筑设计单位等要齐心协力，才能顺利地达成工程任务。而在施工过程中，各专业建筑设计人员往往无法做到合理协调，容易产生专业冲突，如布置暖通等专用管道时，或许会出现某地具有梁等结构障碍物的布置状态，从而造成施工矛盾。

利用BIM正向设计的协调性服务，可以及时地找到问题并解决。基于BIM的正向设计可以在建筑设计阶段全学科协同设计，利用三维信息模型设计的技术，处理各学科之间的相互碰撞问题，并通过模拟设计，评估未来可能产生的问题。另外，利用BIM的协调性特点也可以处理其他设计问题，如建筑物的净高控制、综合管线信息设计、消防分区设计、地下排水设计等。

二、BIM正向设计的难点

第一，设计时间较长。从CAD的辅助设计到Revit建模的复杂工作，在工期紧张的情况下，设计人员难以按时完成。目前的主流模式还是利用CAD制图、Revit冲模进行BIM正向设计。

第二，难以达到施工图审查深度。现在国内建设工程设计文档审核主要是通过文件和PDF电子文件，而不是Revit模型。就工程电力而言，Revit的重点在于BIM的构建与应用，而CAD对文档的要求和规格的准确性仍存在不足。

例如，Revit的平面资讯系统连接采用导线，不够灵活，影响无线网络之间的区别，并且会出现“飞线”现象，不符合现阶段建筑文档的内容要求；若自动生成平面的连接，必须设置控制系统，工程量很大，且生产设计图纸不能满足现阶段工程的深度需求。因此，建筑设计工作人员通常使用详示线进行系统间的连接，但详示线具有线型小，有故障时不能自行断开的缺陷，增加了平面图的绘制难度。

第三，处理三维碰撞问题。从工程设计管理视角来看，Revit核心为可视化工程设计，在工程设计阶段需要处理冲突，以及原本在后期推进和实施配套过程中才必须处理的事情，如火灾报警指示灯和配电柜或照明开关的冲撞，在CAD协助工程设计中，因处理各种控制系统平面图而不能互相参考，不能直观判定有无冲突；火灾感烟检测器与进气口、阻隔间距只限于文字描述，无法直接判断是否满足规范的需要；在进行大跨度的桥面布局时，只能计算柱宽、梁高，CAD无法直接判定是否存在碰撞，与其他专用管道、汽车之间的间距是否符合规范。上述难题聚集于设计期间，加大了设计的难度，对设计管理的需求与风险更高。

三、BIM正向设计需要注意的问题

第一，系统设计要实现三维可视化。利用建筑物水平与三维视图的协同调整，把装置放在适当方位，如电灯吸顶不悬空、电门贴墙不相碰、配电箱柜高度适当等。此项工作是各学科实现碰撞的重要因素，必须严格落实。

第二，当完成本学科专业设备布置时，开放每个学科专业的全部工作集，模型类别全部选择并无过滤器限制信息展示，如此可以在楼层水平中发现与其他专业设备的冲突，从而结合三维视图，以缓解冲突。此点设计是BIM正向设计相较于CAD辅助设计最大的差异与优点。

第三，各学科都要采取中央建模文档与本地建模文档一致，并连接中心模块的协同设计方法。根据工程电气专业的特点，在设计电器照明、火灾感烟探测器、墙壁照明位置与插座时，建筑设计工作人员必须考虑每个工程的房屋、墙壁、窗户的要求。因此，针对布置设备过程中出现问题时，如结构梁突出吊顶下、建筑物吊顶标高不合理导致吊顶内设施无法布置，墙与梁的关系不合理等，建筑设计工作人员应该及时向专业技术人员协调，各专业齐力完善模型，并建立有序的教学设计合作。

四、BIM正向设计技巧

第一，如果相同类型的装置外形类似，但是大小参数类型不一样，则可以通过一个不同长度的立体实体，嵌套定义数目的类型。通过创建不同的族类，修改不同的大小限制类别和细节条目的可视化类别，构建不同的宽度和不同的图形表达类型。

第二，在建筑工程中，应急灯、应急疏散指示灯、声光报警灯、自动报警灯等往往会有两个灯重叠在一起（实际的3D中，应该是贴着墙壁安装）。在装备族成立后，建筑设计工作人员要根据位移量（以三维实体族基为基础的位移量），在需要移动的机械上，实现一个合适的位点。

第三，在建筑电气中，建筑设计工作人员会采用既可吸顶装，又可贴壁装的装置，如照明灯、消防紧急广播等，此时必须在相对立面内嵌二维详示项目族，否则在壁装时，水平无法表示二维详图项目族。

在设计阶段，建筑设计工作人员要确定工程项目中包括什么学科，帮助每个学科通过BIM技术完成工程设计，增强整体工程设计中的规范性、专业性和精密度。在运用BIM等软件技术开展复杂的电气工程设计时，工程管理者应建立一个高水平、高质量的团队，以保证各类设计人才掌握必要的BIM设计知识、应用与操作技能，确保各类设计任务顺利开展。

五、BIM正向设计在建筑设计中的应用

（一）方案设计阶段

建筑设计技术人员利用BIM技术或者GIS方法，详细勘测项目的自然环境和自然资源，获取场地的三维资料信息，从而在实施建筑设计时，为用户提供充分的依据资料。BIM技术具备了三维空间实时可视化、数据分析化、可参变的特点，在概念设计时也可以很好地辅助设计，在进行建筑设计的时候，可以很直观迅速地表现相应的建筑设计情况。

在建筑项目的设计过程中，建筑设计工作人员采用BIM正向设计，从面积设计、功能设计、体型设计等方面优化和修改，可以使整个设计过程更加完整。在审核项目的过程中，建筑设计工作人员可以根据不同的角度和方式修改项目设计，确保项目的效果。

（二）初步设计阶段

在初步设计过程中，建筑设计工作人员运用BIM技术，能深度设计建筑设计，同时利用一些辅助程序，对建筑的内部设计、功能表现以及所运用的科技手段等進行三维科学计算可视化校审，这样可以直接地看出问题并解决问题。

比如，目前建筑的主体软件平台是Revit，结合Fuzor、Twinmotion、Navisworks等软件，可以有效达到建筑三维可视化功能，可以通过检测建筑的墙面功能，表达建筑的总体视觉感受，从而传达建筑设计的整体风格与理念。

（三）施工设计阶段

图纸设计是现代建筑中的重要环节，是实施建筑设计的理论基础，对施工、算量等有着关键的引导与指导作用。BIM全专业的正向协同建设，可以较好地解决目前建筑设计行业中普遍存在的先画图再翻模，BIM设计技术只能用作检测工程设计错漏碰缺的手段等缺陷。

在Revit软件平台，建筑设计工作人员可以通过三维建模技术直接制作二维图纸，做到图模合一，并且可以通过明确建模原则、优化设计过程、提高家族库储备、编制可参变的建筑设计原型图等手段，在提高工程设计质量的同时，达到一键算量建模的目的，从而实现设计阶段的低成本设计造价。

BIM技术的运用，可以协助建筑设计工作人员更直接地完成方案之间的比选，从而做出最佳的产品设计。全学科BIM正向协作建设，要求工程队伍和各个学科的设计师在同一网络平台上采用链接的形式，完成本学科的协同建设，即时反映工程进展，逐渐实现相应的工程功能，并能及时发现各学科是否出现问题，以及学科之间相互冲突的现象，这对管线与工程设计和房屋空间设计尤为重要。

因此，在施工图方案设计中运用全学科BIM正向协同设计技能，可以保证施工图纸的品质与水准，同时通过持续的技能积累，实现提高工程设计效果与管理水平的目的。

综上所述，在建筑领域中，BIM技术也成为建筑行业广泛采用的一项建筑设计方法。通过全学科BIM的正向共享建筑设计，能实现多个学科在同一个系统下合作构建三维信息模型，共同完成建筑设计，最后生成计算工程量最大的三维信息模型，以及满足标准的二维图纸设计等技术创新应用。

参考文献：

[1]朱溢镕，焦明明.BIM概论及Revit精讲[M].北京：化学工业出版社，2018．

[2]朱明璞.建筑电气设计中BIM技术的应用和分析[J].工程技术研究，2020（20）.

[3]史广喜.BIM管理理念在建筑工程施工管理中的应用[J].工程技术研究，2017（12）.

[4]赵静.新媒体时代下多媒体在美术教育中应用的有效性[J].鞋类工艺与设计，2021（10）.

[5]谭华，管建海.多媒体教学在美术教育中的应用[J].艺术大观，2020（19）.

[6]丁惠.多媒体技术在高校美术教学中的合理运用探析[J].美术文献，2020（3）.

（作者单位：江苏建筑职业技术学院）