[基礎知識]BIMとは？ CADとの違いや導入メリットなど

建築や建設業界に携わる人々にとって、設計や構造の理解に役立つツールの利用は不可欠です。特に技術の進歩とともに、CAD（Computer Aided Design）は工業デザインや建築設計など様々な分野で用いられてきました。しかし、近年ではさらに進化した新しい技術が出現しました。それがBIM（Building Information Modeling）です。この記事では、BIMが何であるか、CADとどのように違うのか、そしてBIM導入のメリットや注意点について基本的な知識を解説します。刻々と変化する建築業界の最新技術について理解を深め、より効率的かつ高品質な作業を行うための参考としていただければ幸いです。

BIM(ビルディング インフォメーション モデリング)とは

BIM(ビルディング・インフォメーション・モデリング)は、建設プロジェクトにおける建築物のデジタルモデルをコンピューター上で作り、その立体 モデルに種々の属性データ、如何に算入コストや仕上がり、管理情報を加えて一元化します。これは、全ての工程で情報を最大限に活用し、それぞれの段階の効率を通じて全体の効率を最適化するためのパイオニア的な手法であり、現在では主流なワークフローとなりつつあります。 3次元モデルは、BIMソフトウェアを活用して製作し、設計から施工、そして維持管理を経た建築ライフサイクル全体でモデルに付加された情報を活用することができます。これは、建築業界の業務を力強く推進し、建築デザインに革新をもたらす効果的なワークフローと言えるでしょう。 また、BIMによる3次元モデルは、通常のCGレンダリングで作成される3次元モデルとは異なります。これはただの美的表現のためのモデルだけではありません。むしろ、構造計画や設備設計情報、付属費用や仕上がりといったデータを統合し、実用的な情報として活用します。建設に取り掛かる前に、コンピューターを用いて3次元モデルを作成し、そのデータを元にコスト管理、性能評価、エンジニアリングの予測を行い、さらに環境負荷を軽減する最適な施工計画立案を可能にします。このように、BIMは設計から解体を含む全ての工程を視覚的に把握し、情報をより効率的に共有し、最適な意思決定をするための極めて有効なツールであると言えるでしょう。

鉄骨業界での『BIM対応』とは何か？

鉄骨業界において”BIM対応”は、欠かせないものとなっています。鉄骨建築の設計・施工には高度な技術が必要なため、それぞれのプロセスをBIMで視覚化し、一元管理することで、設計エラーを未然に防ぎ、安全性や生産効率を極限まで高めることが可能です。 BIMの導入により、あらかじめ3Dモデルを用いて施工シミュレーションが可能になります。これにより、現場での作り直しや追加作業が大幅に削減され、予算や納期への影響を最小限に抑えることができ、経済的な利益を生み出します。また、BIMを使用することで、品質を確保する一方で、耐震性や耐久性を確保しながら、複雑な形状の建物を自由に設計することも可能になります。 今後の鉄骨業界では、より高度な技術と効率性が求められる中で、「BIM対応」はその要となります。これに対応するとは、具体的には、初期段階の設計や作図、材料の発注までの全工程を鉄骨専用の3D CADソフトを使用して、実際に建設される建物と全く同一の3Dモデルをコンピューター上で完成させることを指します。 この3Dデータには多くの情報が詰め込まれており、BIM対応ソフトウェア、例えば「Revit」等を通して情報を伝達して活用することができます。

欧米で既に普及しているBIM

欧米では建築情報モデリング（BIM）という技術がすでに一般化しています。 主に欧米の公共事業でBIMの導入が進み、設計の変更による作業の手間やライフサイクル全体の費用を減らすことが可能となりました。また、建物のエネルギー使用量を低減する計画支援も可能とし、持続可能性を求める現代社会において、その価値はますます認識されています。 しかし、日本でのBIMの導入は遅れているのが現実です。それはBIMを導入するための大きな初期投資と、その技術を身につけるための学習が必要なためです。BIMの導入と普及のための教育が我が国の急務とも言えます。

日本でBIMの普及が遅れている理由

BIMはその数多くの利点にもかかわらず、日本では欧米と比較するとその普及は遅れています。その遅れている理由としては幾つかの理由が考えられます。

まず最も大きな問題として、優れたBIMツール開発の遅れやまだ高額な導入費用を払えない状況があります。特に、中小企業ではこの費用負担が障壁となっている場合が多いです。BIMツールの導入という投資を、企業がまだリスクと見なしているという点も指摘できます。

次に、BIM技術を扱う能力者が圧倒的に不足しているという点も普及の遅れを引き起こしています。建築情報モデリングは設計から施工、維持まで全ての工程に関わる技術であり、この全てにおける業界の協力が必要とされるのですが、現状では技術の理解するための教育や研修が不足しています。つまり、この技術を全ての分野に適用するために業界全体が一致団結する必要があります。

最後に、日本の独自の建築構造がBIMと相性が悪いという問題点が挙がっています。BIMは規模や形状が決まった建築物で効率的に働く技術ですが、日本の建築物は個々の要望に応じた独特の形状を持つことが多く、そのためBIMの適合性に問題が生じています。

BIMと「CAD」「3D CAD」の違い

図面の作成手法の違い

BIMとCADや3D CADの違いは、その作図方法に大きく影響します。CADや3D CADはそれぞれ独立した2次元図面（平面図、断面図、立面図など）や3次元モデルを一部一部描けます。各図面を組み合わせることで立体的な設計図となり、視点が近く、詳細な形状やサイズ感を直観的に理解することができます。そのため技術者個々の視点から詳細な設計図を生み出すのに有力なツールとなります。

ただ一方で、全体のバランスを考慮するのは困難であり、制作工数や費用がかさみやすいです。 対照的に、BIMは一部の部品を3Dモデル化し、これらを積み重ねることで全体像を作り上げます。どのくらい本格的な模型を形成するかは、それぞれの部品がどのように組み合わさるかによります。

この3次元モデルからは、それを任意の位置で切断することで2次元図面（平面図・断面図・立面図など）が作られます。BIMの特性として、切断位置のズレや部品の組み合わせの違いにより、全体像が変わる可能性があり、それはBIMが持つ4次元、5次元の情報（時間と費用）を取り扱う能力からもきています。

よってBIMはCADに対して、全体的な視点から設計を行い、設計から施行・維持管理までの情報を一貫して共有・管理することが可能な手法となります。

設計変更による図面修正を省力化

BIMは建築物全体の3次元データを生成し、関連情報を中央管理する仕組みです。一方、CADは2次元の図面をデジタル化し、3D CADは3次元データを製作する役割が主となります。

さらに表現すれば、BIMは建築物の全工程管理する一方、CADと3D CADは主に設計フェーズに焦点をあてています。 図面の修正は設計者の観点から見ると時間と労力がかかる作業です。ここでBIMを導入すれば、設計の変更が生じた場合でも、その影響を素早く自動的に全体に反映させることができます。この機能により、設計変更による図面の修正労力は大きく削減されると同時に、作業効率も改善されます。

これは、BIMがCADや3D CADに対して持つ明確な優位性と考えられます。また、変更管理を一元化することにより、情報の一貫性と整合性も保持されます。

これらを鑑みると、BIMの適切な理解と活用は、建築設計業務の品質向上と作業効率化に間違いなく寄与します。 例えば、図面の一部を変更する際、CADや3D CADでは、当該部分と関連する全ての図面を一つずつ手作業で修正する必要があります。

例として窓や扉の変更があった際、各階の図面全てを修正し、その後立面図や断面図なども修正する必要があります。しかしBIMを使用すれば、3Dモデルから図面を描き出すため、修正をひとつ実施するだけで関連する全ての図面が自動的に修正されます。この自動修正機能により、設計変更に伴う手間は大きく減り、同時に、図面修正の抜け漏れや不整合を削減することも可能です。

建物の維持管理・運用段階を見据えたデータベース作成が可能

CADは主に設計や製造のプロセスで利用され、2次元や3次元の図面を製作しますが、建築物の運用や維持に必要な情報が不十分になりがちです。 ところが、BIMでは、建築物の3Dモデルを作りながら、必要な情報をデータベースへ組み込むことが可能です。これにより、設計だけでなく、建設、運用、メンテナンスの各フェーズでの利用が可能となり、コストと時間を節約します。 具体的には、BIM を使えば、建築物の耐用年数や更新時期、エネルギー消費量やエネルギー効率を事前に知ることができます。維持管理のスケジューリングとコスト効率を最適化することが可能ですし、エネルギーの消費量を把握して省エネ策を立てることも可能です。 BIMとCADの最大の違いは、BIMが建築物のライフサイクル全体を見渡すことができる点です。建築物の設計から建設、そして運用、メンテナンスまでを一体化し、コンパクトなデータベースにてこれらの情報を管理することが可能です。

何故BIMが重要か？

BIMの最大のメリットは、3Dモデル上で設計データを管理しながら、それに加えて工程管理やコスト算出などの業務に関する情報も一体化できることです。これにより、企画・設計段階から施工時、完成後に至るまでの全工程期間を見通して、より適切かつ効率的な運用が可能になります。不必要な誤りや遅延を未然に防ぎ、業務の精度を高めることに繋がり、結果的にコスト削減や工程のスピードアップを実現します。

加えて、BIMは建築物の総合的な環境負荷を把握し、減少させるのに役立つため、SDGsの視点からも非常に重要なツールであると言えます。様々な情報のビジュアル化により必要な判断を容易にし、情報共有の機能を通じて全体の調和を生むことが可能です。つまるところ、BIMは様々な視点から建築物を考察でき、持続可能な未来社会の実現に向けた一歩として期待できます。

BIM 構成要素

建築、エンジニアリング、建設の領域において、BIM（Building Information Modeling）という最先端のデジタルテクノロジーが台頭しています。この革新的なプロセスは、ビルやインフラの物理的、機能的特性をデジタル化し、それらの情報を計画から設計、構築、運用という全ての段階で管理します。 BIMの鍵となるのは「構成要素」です。これは建築物のデジタルモデルを構成する部分を指し、壁や床、天井、ドア、窓等、実際建物を成す全ての部品をデジタルで再現したものを含みます。それらは属性やパラメータを持ち、相互に関連付けられ、緻密な建築物の全景を描き出します。 それぞれの部品は容易に修正や編集が可能で、仮に設計変更が発生した場合でも、効率よく迅速に更新することができます。BIMを使うことで、設計図面の不一致や情報の欠如を未然に防ぎ、より精確な設計と生産効率の向上を達成することができます。リアルタイムで情報を共有し、資源の最適化やコスト削減を可能にするBIM構成要素は、施工やメンテナンス、リニューアルの各段階でも活用可能で、建築物のライフサイクル全体の効率化に貢献します。 BIMの主な4つのコンセプト、つまり、「創造」「ビジュアライゼーション（視覚化）」「シミュレーション・解析」「提供」、これらが融合することで、建築プロジェクトの企画段階からビルが完成するまでの各フェーズで効率的なコミュニケーションが可能となります。 2次元図面から3次元モデルへのシフトは、一部の人間だけが理解するのではなく、全ての関係者が早期段階で設計者のイメージを共有でき、より良い建物へと向かうべく多角的な検討が可能となります。BIMの3次元モデルを使用したプレゼンテーションは関係者に強い説得力を与え、具体的な「絵」を共有することでイメージを一致させ、作業の手戻りを防ぐ効果も期待できます。

BIMを導入するメリット

「見える化」によるイメージの共有や投資効果の確認のしやすさ

BIM（Building Information Modeling）の導入は、建築、土木、インフラの分野においてますます重要な役割を果たしています。その主な利点は、「見える化」の力に依存しています。これにより、プロジェクト初期段階から建築形状や空間のイメージを3次元モデルで共有でき、投資効果の検証もより容易に行えます。 BIMは物理的データだけでなく、建築物の設計から施工、運用に至るまでの情報を数値化・モデル化し、それらを共有・連携します。これは、2次元CADでは得られない情報を取得、管理、活用できます。 この「見える化」は専門家でない利害関係者にとっても有益です。設計意図や施工内容はより詳細に理解しやすくなり、提案内容の確認や承認作業も迅速に実施できます。 また、BIMによるエネルギーシミュレーション（例：照度シミュレーション・気流シミュレーション等）を活用することで、費用対効果や投資効果の確認もより詳細に行うことが可能です。 BIMは、費用削減だけでなく、質の向上、スケジュールの管理、さらには長期的なアフターサービスにも貢献可能な強力なツールです。デジタル時代において、建築・土木・インフラ業界におけるBIMの活用は不可欠な要素となっています。

建物竣工時のデータを維持管理・運用段階のシステムに活用できる

ビルディング・インフォメーション・モデリング（BIM）は、設計から運用、維持管理までの全プロセスにおける建物情報を一元的に管理するための効果的なツールです。BIMの最大の利点は、建築物の一貫した情報を活用できることです。 BIMでは、初期の設計段階で作成される3Dのデジタルモデルが、建築物の運営や維持管理作業でも同じく利用することができます。その結果、施設管理用の情報の再入力やデータの誤差を防ぎ、建築物のライフサイクル全体にわたってコスト削減や作業効率の向上、データ精度の確保を実現することが可能です。 さらに、BIMの利用により、建築物の問題点や改善点を工事進行中や完成後に正確に把握することができ、迅速な対応が可能となります。その結果、建築物の品質やユーザー満足度の向上に貢献することが期待できます。 統合型ワークプレース管理システム（IWMS）と組み合わせたBIMデータ利用は、建築物の設備や家具などの資産台帳作成、設備維持コストの削減、ライフサイクル全体でのメンテナンスや修繕計画の検討に有効です。また、竣工図からBIMモデルを作成し、IWMSと組み合わせることで、所有資産を全体で一元管理することもできます。 以上から、BIMは建築業界におけるデジタル化と効率化を推進する手法として、長期的な視点からの生産性向上に貢献すると言えるでしょう。

建物のCO2排出量の数量算出など、ライフサイクルアセスメントの効率化

時代の要請となっている「気候変動リスク」の明示は企業に対し厳しい要求を突きつけています。投資判断基準として建物のCO2排出量の削減が一層重要視されるようになり、これに伴い建物の環境負荷を数値化するライフサイクルアセスメント（LCA：Life Cycle Assessment）業務が必要とされています。 ここで強力なツールとして注目を集めるのが、ビルディングの各要素が一元的にデータ化されるBIM（ビルディング・インフォメーション・モデリング）技術です。BIMは建築部分の仕様や数量データを明確に把握し、これとCO2排出の原単位を組み合わせることで、製造段階から再利用・廃棄までの全プロセスを含むライフサイクルCO2（LCCO2）を算定することが可能となります。 この結果、早い段階からLCCO2削減へ向けた最善策を練ることが可能となり、例えば太陽光パネルの配置や、省エネコンクリートの使用、建築物の緑化などが最適化されます。設計時点で極力CO2排出を抑えるためのシミュレーションや検討を進め、建物全体のライフサイクルにおける環境負荷量の削減に繋がるのです。 このように、BIMを活用することで、高い環境負荷を削減しつつ、建築設計から運用、最終的な改築や取り壊しまでの一貫した最適化が図られます。また、企業においてはコスト削減や時間の短縮だけでなく、持続可能性を追求した経営が可能となるでしょう。これは、現代社会が目指す持続可能な社会作りにも一役買うものとなります。

BIM導入における課題と対策

設計フェーズから施工、保守管理フェーズまで、BIM（Building Information Modeling）の利用は建設業界で大きな効率化と情報共有の可能性を開きつつあります。しかし、建物建設工程全体の視点からみると、BIM活用にはいくつかの課題が存在します。 まず、設計・施工段階での課題として浮かび上がるのは、人材育成の遅れと導入費用の高さです。BIMは単なるツールの導入ではなく、設計者や施工者全員が理解・運用する新たな働き方の導入を必要とします。そのため、BIM研修の実施や教育プログラムの提供が不可欠であり、これらの人材育成への投資が企業内に求められます。また、BIMには専用ソフトウェアの購入など、初期導入に大きなコストがかかることが挙げられます。これに対応するため、BIM導入による費用対効果を慎重に検討し、新しいビジネスモデルを開発することが求められます。

次に、維持管理・運用段階における課題として考えられるのは、情報共有の困難さです。BIMの情報は、現在のところ統一的なフォーマットがなく、それぞれの企業やプロジェクトで異なる形で管理されています。これによって情報の非効率なやり取りが生じ、さらなるコスト増加や作業の遅延を招いています。これを解決するためには、業界全体での情報共有標準化が必要とされています。

主要なBIMソフト・メーカーと特徴と価格:Revit

Autodesk（オートデスク）社が運営するプログラム「Revit 2022（レビット2022）」は世界で多くの評価を受けるBIM（ビルディング・インフォメーション・モデリング）ソフトウェアです。そして、日本国内でも建設業界や建築関連の専門家から広く使用されています。 このソフトウェアは、3Dモデリングを基盤とし、建築や構造、電気、配管等の多種多様な分野に対応しています。設計から施工まで一貫した支援を提供し、プロジェクト全体の効率化を果たします。また、これは全てのプロジェクト情報を一つのモデルで管理し、多数のユーザーでの同時編集を可能にするため、リアルタイムでの情報共有や、設計の変更に対する自動更新が可能となります。 Revit 2022は年間サブスクリプション契約が主となっており、料金は427,900円（2022年現在）。教育用途に限り、限定的な機能を用いた無料バージョンも提供されています。ただし、商業用途では有料会員が必要となります。 なお、RevitはWindows OSに最適化されているため、Macユーザーは仮想Windowsの導入が必要となります。そのため、利用システムや環境による制約は必ず事前に確認してください。依然として、Revitはその高度な機能性と便利さが評価され、専門家や企業の間で有益なツールとされています。

まとめ

BIMは3次元情報を駆使した設計・施工管理ツールで、CADと比較して情報量が豊富で一貫性を保つことができます。そのため、設計から施工、管理までの一連のプロセスを効率化し、高品質な建築物を生み出すことが期待できます。だからこそ、建設業界におけるBIMの導入は避けては通れない道となっています。