大数据背景下建筑设计的改变

大数据背景下建筑设计的改变 刘伶

重庆大恒工程设计有限公司 重庆市 401120

摘要：中国经历了改革开放四十年的高速发展，伴随着经济的腾飞我国建筑业也得到极大的发展，科技的进步使建筑业如虎添翼，其中比较明显的是大数据被广泛应用在建筑领域中。从城市规划建设的角度来看，智慧城市理念是一种可持续发展的城市建设理念，在大数据背景下，城市设计可以有机融入智慧城市理念，依靠并借助大数据落实对智慧城市理念的有效应用，科学有效地推进城市建设走上一条绿色可持续发展之路。从建筑设计和建造的角度来看，大数据能提供科学手段，使得设计经验得以科学运用，建设相关行业能高效配合，设计行业各相关专业和各专项顾问设计之间能无缝对接，可见大数据不仅已广泛改变人们的生活，还讲深入地影响设计行业。文章主要对大数据背景下建筑设计应用价值进行了分析，并提出了建筑设计中大数据的有效应用策略。

关键词：大数据；建筑设计

引言

中国互联网发展至今已进入黄金发展期，给国家发展带来了科技的力量，给人民生活带来了极大的便利。在这样的背景下，毫无疑问大数据技术的应用给建筑事业的发展注入了新的活力。回想中国改革开放前很长的一段时间内，大数据技术在建筑领域中几乎没有被利用。互联网发展前期，大数据在建筑行业内也没有得到足够的重视和有效的利用，其原因在于大数据的普及与建筑行业的发展之间缺乏有效的联结，以往的建筑行业发展常常依赖社会实践经验，而大数据则依赖互联网数据，二者存在明显的差异。近几年，互联网及科技的飞速发展，使得大数据技术的实践效果得到了迅速提升，与之相适应，大数据在建筑设计领域中的应用也得到了很多切实可行的便利条件，以此推动大数据在建筑设计中的运用。因此，研究大数据背景下建筑设计的变化，对促进建筑设计行业的科学发展具有重要意义。

1． 大数据理论

早期，在对大数据进行定义的过程中，由于没有相关的判断依据来给大数据进行详细的定义，这就使得大数据的定义比较抽象，但这并没有影响互联网在中国依旧飞速地发展。时至今日，大数据技术伴随着互联网的成长已经成为了时代的新型技术之一，越来越多的行业都会采用大数据来对整个行业的数据进行收集、整理和分析，这已经成为了一种常态。现在，我们可以比较客观地认识：大数据技术主要是采用多种技术来对相关的数据资源进行全面的收集、整理和分析，并将其应用到后期的工作之中。所有对数据资源进行的分析和应用操作都属于大数据技术的操作范畴，这也从另一面反映出大数据技术覆盖范围的广阔。作为新时代的设计师，毫无疑问需要将大数据理论和技术运用到设计领域中，以便设计行业能与时俱进，科学有效地跟上时代的发展。

2．大数据背景下的建筑设计原则

2.1．节能环保

中国经济飞速发展至今，环境受到了一定程度的破坏，因此，当今社会对节能环保的要求越来越迫切，越来越严格。作为建筑行业，需要更加切实地推进节能环保理念，为节能环保在我们的建设实施中保驾护航。因此，基于大数据技术的建筑智能化设计需旗帜鲜明地满足节能环保的要求，在设计原则上保证整体设计符合节能环保的要求，在设计过程中贯彻和落实节能环保的具体措施，从城市规划到建筑设计，都可以依赖大数据技术，踏踏实实地在宏观控制和每个建筑的具体设计中，科学高效地贯彻设计领域中对节能环保的要求。

2.2．万物互联

在城市规划的层面，基于智慧城市理念和大数据技术，可以利用各种先进的信息技术来全面分析、预测城市设计过程中可能遇到的各种问题，在此基础上，可以提前制定相应的应对措施，以提高城市设计的质量，确保其科学性与可行性。在具体的建筑设计层面，在智慧城市设计的大框架下，与智慧城市理念有机融合，利用大数据技术，高效精准地开展建筑设计，确保建筑设计的质量。这样，我们就能保证建筑设计既能满足传统意义上对建筑设计的精神和美学上的要求，使得设计的建筑物成为独一无二的艺术品，人们在赏心悦目的建筑空间中从事社会活动；与此同时，在保证美观的前提下，借助大数据技术对建筑进行科学精准、智慧的设计，丰富建筑物的功能，特别是丰富与时俱进的智慧建筑的功能，提高建筑的时代性和实用性，从而为满足人们日新月异的生活需求提供更好的服务。

3．大数据背景下的建筑设计策略

3.1．有效使用BIM技术

BIM既建筑信息模型（building information modeling）。是指在建设工程及设施全生命周期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称，是在建设项目的规划、设计、施工和运维过程中进行数据共享、优化、协同与管理的技术和方法。BIM通过数字化技术，利用大数据库资源和技术，在计算机中建立一座虚拟建筑，一个建筑信息模型就是提供了一个单一的、完整一致的、逻辑的建筑信息库。

BIM作为基于可视化建筑信息模型的信息集成和管理技术，具有无可比拟的优点，BIM技术先天具有协同性、可视化、模拟性、优化性、节约成本、共建共享等优势，如果需要更具体的阐述，我们可以这样来描述，可视化：所见即所得，项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行；模拟化：节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟、施工模拟等；协同管理：各参建方在项目规划、设计、施工、运维全过程通过同一个信息模型协同工作；成本控制：BIM模型可精确提取工程量信息，从而实现成本标准统一、不可单方面修改，从而精准控制成本；进度控制：BIM施工模拟加入进度计划信息，实时模拟工程进度；廉政风险防控：通过BIM信息化平台，建立更加公开、透明的政府核查与监督机制；提升管理水平：减少错漏碰缺，提高工程质量，协同管理提升工作效率，从而提升整体管理水平。

那么，当前BIM在中国的发展和推进情况如何呢？虽然BIM的优势人尽皆知，但是二十多年的发展，BIM并没有像大家想象的一样，带着天生的优势改变建筑行业的现状，原因何在？我们可以粗略地从以下几个方面来看：对设计单位而言，现阶段的BIM多是在二维设计图纸基础上重新翻模，增加工作量和人力成本；对施工单位而言，应用BIM只为满足甲方要求，额外投入大，工作量增加反而拖慢了进度；对业主和主管部门而言，因为没有专业基础，难以实施BIM专业培训。

如何有效使用BIM技术？主要从以下几个方面来实施：

第一，方案设计阶段：利用BIM技术对项目的设计方案可行性进行验证，对下一步深化工作进行推导和方案细化。利用BIM软件对建筑项目所处的场地环境进行必要的分析，如坡度、坡向、高程、纵横断面、挖填量、等高线、流域等，作为方案设计的依据。进一步利用BIM软件建立建筑模型，输入场地环境相应的信息，进而对建筑物的物理环境（如气候、风速、地表热辐射、采光、通风等）、出入口、人车流动、结构、节能排放等方面进行模拟分析，选择最优的设计方案；

第二，初步设计阶段：深化结构建模设计和分析核查，完善方案设计模型，通过BIM设计软件对专业间平面、立面、剖面位置进行一致性检查，将修正后的模型进行剖切，生成平面、立面、剖面及节点大样图。在初步设计过程中，沟通、讨论、决策应用围绕方案设计模型进行，发挥模型可视化、专业协同的优势；

第三，施工图设计阶段：是各专业模型构建并进行优化设计的复杂过程，包括建筑、结构、给排水、暖通、电气等专业。在此基础上，根据专业设计、施工等知识框架体系、进行碰撞检测、三维管线综合、竖向净空优化等基本应用，完成对施工图阶段设计的多次优化。针对某些会影响净高要求的重点部位，进行具体分析并讨论，优化机电系统空间走向排布和净空高度。此阶段还需利用BIM技术，协同幕墙、照明、景观、室内、弱电等专项设计顾问的工作，力争建筑相关的各种设计均能完美配合；

第四，施工准备阶段：施工深化设计、施工场地规划、施工方案模拟。该阶段BIM应用对施工深化设计准确性、施工方案的虚拟展示等方面起到关键作用。施工单位应结合施工工艺及现场管理需求对施工图设计阶段模型进行信息添加、更新和完善，以得到满足施工需求的施工作业模型；

第五，施工实施阶段：主要体现在施工现场管理，一般是将施工准备阶段完成的模型，配合选用合适的施工管理软件进行集成应用，其不仅是可视化的媒介，而且能对整个施工过程进行优化和控制。有利于提前发现并解决工程项目中的潜在问题，减少施工过程中的不确定性和风险。同时，按照施工顺序和流程模拟施工过程，可以对工期进行精确的计算、规划和控制，也可以对人、机、料、法等施工资源统筹调度、优化配置，实现对工程施工过程交互式的可视化和信息化管理。BIM技术在施工实施阶段的运用，也将会科学地完成施工的安全控制；

第六，运维阶段：基于竣工模型搭建运维管理平台并付诸于具体实施。其主要工作和步骤是：运维管理方案策划、运维管理系统搭建、运维模型构建、运维数据自动化集成、运维系统维护五个步骤组成。

我们有理由相信，只要大家针对以上各个环节科学有效地使用BIM技术，就一定能推动建筑设计行业健康有序地向前发展。

3.2．社会趋同

建筑是一个时代技术经济的体现，是社会历史的见证，无论是建筑设计的发展还是建造成果的体现，都是与社会人文发展是同步的。随着大数据时代、万物互联的到来，很多建筑师都开始利用大数据技术，在人类社会和建筑活动的发展特征的研究中结合人文知识来创建完整的数据分析体系。这不仅可以优化建筑设计，还有助于建筑行业的长远发展。在建筑设计中，个性化需求不断提高，对建筑师的要求也在提高，建筑师不再仅仅是工科的行业，还应该和人文相结合。利用大数据技术在不断的积累中更加客观地反映出的规律，精准科学地分析当地人们的消费水平、收入情况和消费倾向，不仅仅可以建立科学的建筑支出计划，通过大数据分析指明建筑设计的方向，还能在民风、民俗、地域、历史、文化等因素的选择过程中，利用大数据技术更好地开辟出个性化需求，这是将传统建筑设计与大数据技术结合的重要运用。

3.3．绿色建筑设计

怎么理解绿色建筑？绿色建筑是指在建筑的全生命周期(指建筑物从建造、使用到拆除的全过程。包括原材料的获取，建筑材料与构配件的加工制造，现场施工与安装，建筑的运行和维护，以及建筑最终的拆除与处置）内，最大限度地节约资源，节能、节地、节水、节材 、保护环境和减少污染，提供健康适用、高效使用，与自然和谐共生的建筑。绿色建筑的基本内涵可归纳为：第一，减轻建筑对环境的负荷，即节约能源及资源；第二，提供安全、健康、舒适性良好的生活空间；第三，与自然环境亲和，做到人及建筑与环境的和谐共处、持续发展。简单地说，绿色建筑的“绿色”并不是指一般意义的立体绿化，而是代表一种概念，指建筑对环境无害，能充分利用环境自然资源，并且在不破坏环境基本生态平衡的条件下建造的一种建筑，又称为可持续发展建筑、生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等。

国家颁布的《绿色建筑评价标准》，是指导绿色建筑设计和实施的规范。绿色建筑评价体系共有七类指标,建筑由高到低划分为三星、二星和一星绿建。

绿色建筑设计策略是指基于气候特征和周边地形地貌条件下，通过建筑空间概念分析和计算机模拟技术对小区风环境、热环境、光环境等进行优化，营造适宜的小气候环境，提高人们室外活动的舒适度，并有利于单体建筑减少能耗。具体包含以下几个方面。第一，节能能源：充分利用太阳能，采用节能的建筑围护结构，减少采暖和空调的使用。根据自然通风的原理设置系统；第二，节约资源：在建筑设计和建造过程中，考虑资源的节约使用及资源可再生利用；第三，回归自然：绿色建筑外部要强调与周边环境相融合，做到保护自然生态环境；第四，舒适和健康的生活环境：建筑内部不使用对人体有害的建筑材料和装修材料，室内空气清新，温、湿度适当；第五，对建筑的地理条件有明确的要求：土壤中不存在有毒、有害物质，地温适宜，地下水纯净，地磁适中；第六，绿色建筑应尽量采用天然材料：建筑中采用的木材、树皮、竹材、石块、石灰、油漆等，要经过检验处理，确保对人体无害。

对建筑师而言，在建筑设计中，只要重视绿色建筑设计理念，就能在平凡和 日常的设计工作中贯彻绿色建筑设计，比如从以下几方面努力：第一，多种方式提高绿化面积：利用架空空间设置室外绿地，作为可共享的公共空间，采用复层绿化，提高屋顶绿化面积，建筑外墙结合绿地设置室外垂直绿化墙，设置多层次立体绿化；第二，天然采光及照明的合理设置：大空间设置反光板增加内区采光，采用采光天窗、下沉庭院和导光管改善地下空间采光，公共区域设置照明自控系统，根据天然采光调节照明；第三，环境调节措施：建筑立面一体化设置主要光照面外遮阳，采用通风阳台、边庭，走廊内墙通风窗扇促进建筑自然通风；第四，新能源及可再生能源利用：采用太阳能热水系统为厨房、淋浴提供生活热水，收集洗涤废水做中水原水，经处理后用于杂用水，屋面雨水经处理后作为中水系统补充水，室外透水地面面积比达到40%，大量采用透水硬质铺装和下凹绿地增加雨水入渗，绿化采用微灌的节水灌溉形式。

由此可见，绿色建筑设计并不难，就是需要建筑师重视，并在大数据技术的帮助下，切实将《绿色建筑评价标准》一条条贯彻落实到平常的设计工作中。

3.4．对施工现场安全进行智慧化管理

在施工过程中，建筑施工现场存在着较多的安全隐患，传统的现场安全管理主要采用检查表法、经验法等来处理安全隐患，这种方式存在信息杂乱、问题跟踪不便及事后统计困难等问题，此情景在万物互联的互联网时代应该得到改变，可借助现代大数据技术来改善现场管理，通过建立相应的安全防护系统来实现对施工现场的全面监控，使监控管理发挥良好的作用，为现场施工提供安全的条件，以保障建筑施工现场指挥管理力度和安全水平，从而落实相应施工和综合管理良性目标。例如，使用区域安防监控系统来实现高度集中化的监控，将区域中的视频监控进行整合，还可实现烟雾感应、温湿监控及网络报警等，能够起到防水、防火的作用，加强安全防护效果，同时，系统能够进行视频录像、云台控制及语音对讲等，实时获取现场的信息，对施工各环节的情况有全面的了解，使管理人员在开展管理工作的过程中获得有效的支持，加强管理的效率，进一步提升了安全管理水平。由此可见，强化大数据技术应用力度，会帮助施工现场加大安全隐患分析力度，合理规划处理方案并提高管理的精准和效率。

结语

互联网和科学技术的飞速发展在很大程度上促进了建筑设计和大数据技术的高效整合，这不仅仅可以为解决城乡规划开辟出全新的途径，也同步推动建筑设计领域的发展，对我国建设有着非常重要的现实意义。伴随着建筑设计与大数据技术的融合，其突出的应用价值将推动建筑行业科学高效地发展，最终创造出满足人们日益增长的精神和物质文化需求的建筑。

参考文献

[1]穆蒙蒙.大数据背景下建筑施工现场智慧管理途径研究[J].山西建筑，2020，46（22）：193-194.

[2]黄振中.基于精益建造理论的建筑工程项目管理研究[J].智能建筑与智慧城市，2020（3）：55-58.

[3]朱岳均.建筑工程管理的现状分析及控制措施研究[J].住宅与房地产，2019（31）：118.