[分享]BIM技术在建筑照明设计中的应用展望

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摘要：本文通过目前BIM技术的发展趋势和建筑照明行业的自身需要两方面阐明了将BIM技术应用于建筑照明设计的必要性，之后进行了探索性的研究，讨论目前BIM技术在建筑照明设计中应用的可能性，随后指出了目前阶段应用BIM技术的问题，并提出解决方案，展望了BIM技术在建筑照明设计中的发展前景。

北京工业大学城市照明规划设计研究所作者：李农刘玄烨

1BIM技术简介
BIM是BuildingInformationModeling(建筑信息模型)的简称，是利用数字技术，表达建设项目几何、物理和功能信息，以支持项目生命周期中的建设、运营、管理决策的技术、方法或过程。用BIM技术建立起来的项目信息模型称为BIM模型。它包含了建筑物所有的几何信息和非几何信息(如材料的物理性能、构件的价格等等)。具体来说，BIM技术的优势主要体现在以下四个方面:
(1)可视化
在目前的建筑设计环境下，建筑的相关图纸只是各个构件在图纸上采用线条来绘制表达，尽管有建模软件做出的效果图可以使人们对建筑外观有感官了解，但涉及到构造形式和系统管线等就不能够直接以三维形式呈现，需要专业人员结合平面图纸来想象。采用这种方式常出现图纸间对应不上的错误，并且不能够较好地观察建筑内部各单元的关系。而BIM提供了可视化的思路，运用BIM软件，设计师可以创造“所见所想即所得”的虚拟建筑模型，它不仅包含建筑体的三维外观模型，还包括水暖电等设备系统的三维模型，在设计的任何阶段，都可以随时看到各个部分的设计效果。
(2)模拟分析
二维CAD绘制的图纸永远无法进行智能化的分析和模拟，往往需要在相关的分析软件中单独建模计算，这将耗费大量时间，并且模型粗糙会使计算产生误差。而运用BIM技术创建的信息模型中包含着全部的数据信息，因此将模型导入到基于BIM技术的分析模拟软件中，即可进行结构分析、热工性能分析、管道冲突检验、防火安全检验、能量分析、规范检验等。不仅省时，而且保证了数据的准确性，优化了设计方案。
(3)多专业协同设计
由于建筑信息模型包含了建筑中的所有信息参数，因此建筑各工种(建筑师、结构工程师、设备工程师等)都可以基于此模型进行协同设计。例如设备专业人员可以将建好的设备部分的信息模型上传到核心数据模型中，然后利用相关软件来进行碰撞检测，发现设计冲突后，反馈给相关专业的设计人员，及时进行修改。
(4)图纸生成与关联修改
基于CAD的设计图，图与图之间没有信息联动，一张图纸的错误常常会导致大量图纸的逐一修改，工作量大而繁琐。BIM技术则可避免这一现象，设计的中心是模型而不是图纸，此时图纸只是同一个模型中的数据从不同角度的表现，因此在任意视图中的修改都会直接反应在模型中，从而在其他视图中得到自动更新，这极大的减少了修图改图的工作量，提升了设计效率。

2BIM技术应用于建筑照明设计的必要性
2.1外在推动
BIM技术最早是为建筑设计服务的，经过近些年的发展，BIM对建筑业带来的变革已经成为不争的事实。它对建筑设计的成本预算、场地分析、能量分析、能耗分析、规范验证、三维协调等方面都有着创新性的提高，在美国、欧洲、日本等地区已经相当普及。近几年，BIM在国内的发展速度也可谓惊人，住房和城乡建设部印发于2011年的《2011～2015年建筑业信息化发展纲要》中提出，“十二五”期间，基本实现建筑企业信息系统和加快建筑信息模型的普及应用。合理的政策和良好的发展环境为BIM在建筑照明设计中的应用提供了可能性。
与此同时，越来越多的设计院正在将设计平台由二维CAD转向BIM，可见其已经成为了未来建筑设计发展的趋势。如今的BIM，其内涵与刚提出时相比，已经大大丰富了，不仅是建筑设计专业，给排水、暖通、电气等建筑的子专业都从BIM技术中受益，甚至风景园林专业也在思考能否将BIM技术引入其中。在如此强大的外力推动下，建筑照明同样作为建筑系统中的一个子系统，也应该紧跟潮流，探索BIM技术是否能为其服务。
2.2内在需求
除外在的推动力外，行业内在的需求也是BIM进入建筑照明行业的重要理由。而探索内在需求就应该考虑照明设计中存在哪些BIM可以解决的问题。总的来说，现有设计环境中BIM技术对照明设计的提升有如下几个方面。
(1)图纸修改
同建筑设计类似，照明设计者也饱受图纸修改的困扰。而BIM技术基于一个总体的信息模型，如前所述，只要在任意视图中将模型修改，就会自动反映到所有的图纸中，使得设计师可以将更多的时间和精力用在设计上，而不是画图、改图上。
(2)信息化
以往编制设计相关的各项报表时，一般需要根据CAD文件进行测量和统计，之后借助excel等软件制作报表，这样的工作非常繁琐、易错。并且一旦修改图纸，所有数据都需重新统计。而信息是BIM技术的核心，与传统建模软件建立的模型相比，BIM模型最大的特点就是携带信息。因此BIM模型也可以理解为一个信息库，可以提供实时可靠的报表清单，例如灯具选型表，配电盘明细表等等。如果设计修改，报表中的信息也会随之自动修改，既省时省力，又保证设计的准确性。
(3)一体化
在照明设计中，设计师要严格遵循相关的设计规范要求，例如照度水平、眩光要求、能耗指标等。很多照明计算软件可以较准确的计算相关的物理量，但是在目前的二维CAD设计环境中，只能将图纸导入照明软件中作为参照底图使用，之后根据底图再次建模、置入灯具后计算。因此一些设计师为了节省时间，常常凭经验计算，这样就不能保证设计的规范性。除计算外，照明设计最后还要向业主提供夜景效果图，目前国内的效果图制作主要有两种方法:第一是用三维建模软件例如3DMAX建立模型，之后置入光源文件，通过渲染生成效果图;第二种方法是用photoshop等软件直接将建筑日景的效果图改为夜景效果。关于第一种方法，建模依然是件费时间的事情，尽管建好的模型可以导入照明计算软件中继续使用，但放置的光源却无法识别，需要重新放置，对于规模较大的项目来说，依然费时费力。而第二种方法，需要设计师对光有较好的感觉和想象力，才能准确在PS中选色，而能做到图上色彩与实际用灯准确一致的少之又少，所以往往图与实际效果有差距。由于BIM模型包含了设计案中的信息，例如光源、建筑表面材质的光学属性等信息，因此它既能像传统CAD设计那样出照明平面图，还可以直接渲染，或者将模型导入到基于BIM技术的照明计算软件中，进行计算，实现照明设计出图、计算、渲染等相关步骤的一体化。
(4)三维化
在目前的照明设计中，效果图只能反映某一个角度或者某一个区域内的照明情况，无论对于设计师还是业主来说，在项目竣工前都无法准确了解项目区域内的全部情况。而BIM技术是一种全三维的技术，通过它可以向人们展现一个立体全面的虚拟光环境，设计师可以看到每个区域的照明情况，以便发现问题及时修改方案，实质上提高了照明设计的质量。此外，通过这种全三维的设计模式，可以直接看到照明系统的模型，为设计的深入和之后的施工都提供了便利。

3BIM技术在建筑照明设计中应用的可能性
要判断BIM技术能否在照明设计中应用，首先应该选择合适的软件作为工具，通过实践来论证其可能性。
AutodeskRevit是Autodesk公司的系列产品之一。在最新的版本中，其不再分为面向建筑专业的RevitArchitecture、面向结构工程专业的RevitStructure、面向机电专业的RevitMEP三个软件，而是将他们的功能集中于一个软件，即Revit2013。本文选择该软件作为主体平台软件，重点研究其MEP部分在照明设计中起到的作用。
目前国内在照明计算方面较常用的软件主要有:广泛应用于学校、设计部门的DIALux;少数大专院校和少数几个较专业的设计公司中使用的AGI32;建筑设计行业中进行建筑物理性能评估最常见的软件———Ecotect。
经过比较，从三者的计算能力来看，DIALux和AGI32强于Ecotect。从目前的软件功能来说，Ecotect最大的优势在于其属于BIM软件，因此提供了与BIM软件的接口，例如gbXML文件格式(GreenBuildingExtensibleMarkupLanguage的缩写，即绿色建筑可扩展的标记语言，包含了项目所有的建筑构件数据)和IFC文件格式(IndustryFoundationClasses的缩写，是由国际协同工作联盟组织制定的建筑工程数据交换标准，为不同软件应用程序之间的协同问题提供解决方案。IFC模型包括项目、地点、建筑、楼层等建筑分级，墙、板、柱、梁等元素类型，材料，标准属性等信息)。当BIM模型以gbXML或IFC文件格式导入后，可在Ecotect中得到一个完整的带有信息的建筑模型，直接进行计算。但该软件主要是在建筑设计的早期阶段进行建筑物理参数的分析，因此多为估算，在照明计算方面以天然光的计算为主，可计算的照明指标较少，数值不够精确。
AGI32目前只提供了一些二维图形格式的接口，例如DWG格式。利用导入后的平面图作为参考，绘制墙体、门窗等构件，不能充分发挥BIM技术的优势。
DIALux软件在较新的版本中已经提供了gbXML接口，虽然功能还不健全，导入后只能以多个室内空间的形式出现，无法实现建筑室外照明的计算，但是从中可以看到DIALux对目前BIM潮流的响应，据悉其下一个阶段的任务就是创造IFC接口，到时可将Revit中带有照明设备的模型导入并直接计算，实现与BIM软件的完美对接。
基于三款软件在照明计算能力和BIM接口两方面的综合考虑，DIALux将是未来与主体软件Revit配合使用的进行基于BIM技术的照明设计的照明计算软件，因此选择该软件作为辅助软件。
经过对Revit2013和DIALux4.10两个软件的研究以及它们在照明设计方面的表现，可以说以目前的设计环境和软件水平来说，还无法实现照明设计的全部BIM化。但在政策、潮流和行业自身需求的推动下，将BIM技术应用于照明设计是必要的，也是必然的。随着Revit软件的进一步发展和DIALux软件接口的日益完善，它们定会成为未来BIM时代照明设计的主流设计工具，得到越来越多设计机构和设计人员的认可，最终实现建筑照明设计的全部BIM化。

4现存的问题及解决方案
目前的情况下，在照明设计中使用BIM技术主要存在如下几个问题:
(1)对硬件的要求较高。对于习惯使用CAD进行绘图的人来说，Revit软件的运行速度和绘图的流畅度与CAD仍有很大差距，尤其当项目规模较大时，通常打开模型就需要十分钟或更长时间。
(2)“族”是Revit中构成项目模型的基本构件，是一个包含通用属性参数集和相关图形表示的图元组。与“图层”在CAD中的作用相似，族是Revit软件中的一个重要概念。墙体，门窗，甚至图纸标注都是一个个族文件。在照明设计中所需要的灯具，开关，配电盘等也都是以族的形式出现。例如在灯具族中，包含了灯具的外形尺寸、配光曲线、功率、光通量、色温等信息，以满足出图，计算，渲染等需求。但是Revit软件自带的电气专业族数量太少，且多是按国外的标准而做，例如开关的符号就不符合国内的规范要求，因此很多不适用于国内的工程设计。几乎每个项目都要根据实际情况创建若干族，占用很多时间。而如果仅依靠设计师个人的力量创建符合我国实际情况的族库，难度很大。
(3)Revit软件是一个综合的设计软件，因此与博超、鸿业等专门服务于电气及照明设计的软件相比，其功能还有待加强，例如灯具沿墙布置、矩形均布等等均无法实现。仅依靠一笔一划，一个一个的布置，效率较低。
(4)接口问题。Revit自身提供的照明计算无法满足设计要求，势必需要专业照明计算软件DIALux的配合，而如果软件间的接口问题不能解决，那么BIM技术在照明设计中能发挥的作用也会大大降低。
(5)目前BIM技术出图所占照明专业出图的数量仍处在较低的水平。其中设计说明、图例表、配电系统图、节点详图等图纸还无法绘制。而数目繁多的设备元器件等，由于族库、辅助绘图工具不足等原因，仍只能表达到设计方案层次，无法做到施工图深度。以目前BIM软件的成熟度，仍然需要使用CAD作为辅助。若要解决上述问题，使得BIM技术可以在照明设计中使用，主要有以下几点解决方法:
(1)加快Revit软件的普及。Revit的应用情况也是影响BIM发展的一个很重要因素，它作为新兴的BIM软件，其普及肯定会有一个过程。在CAD依然风行而Revit还未根深蒂固时，出现不被所有人热衷的情况是很正常的。加强Revit专业人才的培养是加快其普及的重要途径。
(2)建立族库。在照明设计中，每个项目都要根据实际情况灵活选择合适的灯具，如果灯具厂家能在目前提供IES配光曲线文件的基础上，进一步提供适用于Revit的灯具族文件，那么对于照明设计的BIM化将会起到强力的推动作用。
(3)增强Revit软件的功能或开发相关的辅助程序。Revit作为平台软件，不可能在每一个细节问题上都做到尽善尽美。基于CAD平台的天正等插件的开发，使得CAD的绘图效率和智能程度都得到了大幅提升，在设计院和学校都被广泛使用。因此对于目前的Revit来说，急需相关辅助程序的出现，提高软件的实用性。
(4)解决接口问题。目前基本上所有的建筑类分析软件都具备了CAD的接口，因此对于BIM接口的开发也只是时间问题。只有当各类分析软件都具备了与BIM软件的接口之后，才能将BIM虚拟模型的优势充分发挥。

5展望
综上所述，虽然目前还无法实现照明设计的全部BIM化，有很多的问题需要解决，但正如本文开头所述，将BIM技术应用于照明设计是必要且必然的。随着BIM技术的进一步发展，相应问题会逐一解决，以Revit和DIALux软件为工具，未来基于BIM技术的照明设计步骤应分为项目准备，创建电气设备族，放置相关设备，电力系统创建，照明计算，照明渲染和编制图纸，最终实现建筑照明设计的全部BIM化，摆脱传统设计模式的束缚。

来源：中国照明网