城市规划设计：BIM应用的十二维度

1.城市规划设计对BIM的需求

作为建筑业信息化代表的BIM（建筑信息模型），在我国的发展呈方兴未艾之势。同时在我国城市化进程高速增长以及资源剧减、环境恶化的情况下，城市、建筑与环境之间的矛盾日益尖锐和突出。传统城市和建筑都是基于“图示思维”，从概念到方案、从二维到三维、从外部到内部等一系列构思过程都建立在图示思考语言上，基于探索设计方法的思考，通过对BIM理念和技术的研究，将BIM应用于城市设计，以便发掘一种基于BIM的城市设计模式，拓展城市设计的方法范围和技术内涵。21世纪以来，随着计算机信息技术的应用，如GIS（地理信息系统）、RS（遥感）、GPS（全球卫星定位系统）等，使这一过程更加科学和严谨。但随着需求的发展和转变，传统的空间分析已显示出其局限性，这就要求研究者不断寻求一种能提高分析与决策功能的新工具，从而解决城市空间形态设计在微观层面生态指标的量化。因此，整合了大量建筑信息的模型技术——BIM的出现和发展，给这种情况带来了改善的契机。BIM技术正是以其计算、沟通、表现等能力，有效地促进了建筑设计、城市设计的发展，改进了设计过程环节之间的集成，完成了从粗放式向精细化的过渡。

2.BIM在城市规划与设计中的应用

BIM技术在城市规划中的应用主要体现在城市规划模型上，基于BIM的信息模型以三维空间模型为基础，从控制性详细规划到修建性详细规划两个层次建立基于同样数据结构并且包含了所有规划体系的三维和多维模型。

（1）BIM与建筑设计（见图6-4）

BIM在建筑设计的应用是目前最为广泛的，BIM技术提供了统一的数字化模型表达方式，在设计过程中，通过规范构建BIM模型的标准，从而充分利用BIM模型所含信息进行协同工作，实现各专业、各设计阶段间信息的有效传递。

BIM在建筑设计方面的应用具体包括：①设计初期：结合建筑物对用地周围环境的影响和与周边其他建筑的关系，进行场地规划设计。通过分析软件对不同模型进行采光、日照、风环境、声环境等的初步模拟分析，根据分析结果，及时对设计方案进行合理调整，选择合适的朝向、布局形式、建筑形体等，使建筑能耗最小化，自然采光和通风潜力最大化等，获得最佳方案。②方案设计早期：可以将概念规划阶段的体量模型导入BIM建模软件进行适当修改及完善，并以此为基础进行方案设计，保证前期的分析结论能够有效指导下一步的设计工作，充分利用BIM技术所具有的优势进行设计方案的优化和比选，基于参数化的BIM模型，设计师可快速创建多个方案设计模型，通过初步的建筑性能和环境分析对设计方案进行调整、优化，并可通过对多个方案的比选，获得最优的设计方案。③方案确定时期：充分利用BIM模型进行进一步的方案优化，此时的模型将包含更多的建筑材料及建筑构件特征的信息，并结合专业分析工具，对设计模型进行更为精确的有关能耗、日照、采光、通风、热环境、声环境以及安全性等方案的模拟分析，从而使建筑方案能效更高、碳排放更低、对环境影响更小，见表6-1。

图6-4 BIM技术应用于建筑设计

表6-1 BIM在建筑设计方面的实际应用

（续）(www.xing528.com)

在建筑设计的过程中应用BIM技术，通过建立统一的协同标准，可以有效地协调各专业的设计方案。在此过程中，所有专业都可以通过统一的或链接的BIM模型，随时了解整体的空间布置情况，从而大大减少了发生设计冲突等问题的可能性，同时还可以随时发现并及时解决与专业内其他成员或与其他专业之间的冲突。同时，通过三维模型直接生成二维图的成果输出方式，也大大提高了设计效率，减少了设计中的错漏碰缺。

（2）BIM与生态城市

城市规划生态学化的主要表现就是将生态学的一整套评价体系引入城市规划的整个实施过程中去，包括城市规划调查、用地评价、发展因素分析、功能认识等。基于BIM的设计方法与一般现代设计方法的不同，它在现代方法的基础上增加了“信息”这个重要的概念。将BIM引入规划中，并建立不同层次的规划信息模型，同时将生态学原理的城市微环境模拟引入规划领域中，可以综合利用气象数据和外部环境数据，模拟城市不同层次的规划结果所带来的城市发展趋势及空间布局所产生的日照、通风、噪声等一系列的人居环境数，并且通过评估这些指数来辅助城市规划的设计、管理和决策。城市规划的微环境模拟基本可以概括为人的舒适度感知，包括日照和采光、微环境的空气流动、可视度分析、建筑群热工分析、噪声分析等。通过这些分析，从规划角度和生态学角度解决规划空间所产生的对人的舒适度的影响，见表6-2。

表6-2 BIM微环境模拟分析

生态城市空间的生态策略多种多样、内容丰富、形式各异，如同建筑的造型设计不可能将所有形式美原则集于一身那样，城市生态策略选择也是有指向性的。究其原因在于，客观存在的外部环境因素复杂多变，具体的空间使用功能要求各有差异，必须选择一种既适合功能，又能最优化地运用资源种类的空间形式。环境因素主要有气候作用所形成的能量流和场地的微气候差异状况。前者体现在宏观层面上，包括太阳的光能、热能，以及由此驱动地球大气循环所形成的风能、水能。后者指的是微观层面上，在大气候条件下，因基地的状况所导致的微气候差异。分析得出基地环境中最有利、最关键的外部资源因素并加以利用。深入研究时要根据适合具体功能的建筑空间形式，加以进一步的细化。然后，结合形式的造型设计，选择适宜的技术，才能确定最为贴切的绿色城市空间。基于BIM的精细化城市设计首先体现在个性化的定性分析上，其次为科学化的定量验证，再次为合理化的设计优化，最后是信息化的导则指引。

（3）BIM与智慧城市

智慧城市作为国家发展战略最早可追溯到1992年新加坡制定的IT2000-智慧岛计划（1992～1999年），其主要内容是建设覆盖新加坡全境的高速宽带网络，随后，美国、欧盟、日本、韩国等也相继提出信息化领域的建设计划。2008年年底，IBM公司提出视野更为广阔的“智慧地球”的理念，并在全球范围内大力宣传推广该理念以及“智慧城市”的概念。总体来讲，智慧城市是新一代信息技术支撑、知识社会创新2.0环境下的城市形态，它通过广泛采用物联网、云计算、大数据、人工智能、社交网络等新一代信息技术和工具，实现全面透彻的感知、宽带泛在的互联、智能融合的应用以及以用户创新、开放创新、大众创新、协同创新为特征的可持续创新。

智慧时代，对信息的共享性、标准化的要求，提高到前所未有的高度，而BIM理念下建筑和空间信息的全生命周期的应用，无疑是智慧城市时代数据标准化、规范化、共享化、协同化的极好方式和契机。CIM（City Intelligent Model），即城市智慧模型，BIM技术应用从单体建筑到建筑群，以至于整个城市，从BIM到CIM，从增量建设到智慧协同。BIM在CIM中的应用可归纳为四个方面：第一，BIM在建筑尺度的研究已经成熟，现将其拓展延伸至城市界面，成为城市建设的底板，包含建筑物、构筑物、道路、“城市家具”、绿化环境、基础设施等城市物质系统，构成城市公共治理的模板；第二，城市时空数据的实时接入和反馈，通过移动设备和传感器，实现大数据的动态监测，及时数据信息反馈，包括可见的车流、人流，看不到的数据流、资金流、信息流，以及生态环境数据，如PM2.5指数、水质、气象、土质、能耗、噪声等；第三，补充和完善城市应急安全管理系统，对城市突发事件进行模拟监测，启动应急管理预案，城市突发事件包括火灾、危险品爆炸、高峰期拥挤踩踏等；第四，根据城市历史演变过程的模拟，进行未来城市蓝图的构建，以更好地应对城市弹性、不确定和非线性过程。