BIM技術(shù)在既有建筑項目改造中的應(yīng)用分析

王華陽

(九江職業(yè)大學(xué)，江西 九江 360428)

當前我國建筑保有量基本可滿足市場需求，建筑業(yè)整體由新建筑建造轉(zhuǎn)向?qū)扔薪ㄖ木S修管理。我國既有建筑普遍存在缺少定時維修管理、日常運行過程中能耗較高、抗震性能較差、應(yīng)用功能較差等問題，應(yīng)對既有建筑進行改造。本研究引入BIM技術(shù)以解決既有建筑改造過程中數(shù)據(jù)信息無法實現(xiàn)集中共享、利用效率低下、整體改造難度較大、缺少科學(xué)的運維管理等問題。

1 BIM技術(shù)

BIM以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，是一個融合建筑項目中各類信息的工程數(shù)據(jù)模型，也是一種可以運用到各類設(shè)計、工程改造、項目管理中的數(shù)字化技術(shù)。國際標準組織設(shè)施信息委員會擬定了一個較為精準的定義：BIM是處于一個敞開的工業(yè)標準下實現(xiàn)設(shè)施的物理和功能屬性及其與項目相關(guān)的全過程周期信息的以可計算、可運算的形態(tài)呈現(xiàn)，進而提供決策支持，以更好地達成項目的價值。

2 BIM技術(shù)特點

BIM技術(shù)是可應(yīng)用于建筑行業(yè)內(nèi)的一項新技術(shù)，并且給建筑行業(yè)帶來了前所未有的變化。具有下列幾個特點。

其一，BIM是通過計算機三維模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫，在此數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)了對建筑的設(shè)計階段、施工過程以及完工之后的全過程周期信息的存儲。

其二，建筑項目全過程周期中相關(guān)信息的連接，在三維模型數(shù)據(jù)庫中如果對某一信息數(shù)據(jù)進行修改，會導(dǎo)致和該信息有聯(lián)系的其他信息的修改。

其三，BIM支持協(xié)同工作。BIM技術(shù)通過開放的數(shù)據(jù)標準即IFC標準，實現(xiàn)對建筑行業(yè)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)相互間數(shù)據(jù)交換和建筑物全周期的數(shù)據(jù)管理。

3 既有建筑項目的工程概況、改造范圍及BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工程概況

該工程項目為5層的混凝土鋼結(jié)構(gòu)的辦公樓，建筑高23m，占地面積1 017m2，建筑面積5 123m2。該辦公大樓已使用20年左右。由于建筑結(jié)構(gòu)、部件和設(shè)備出現(xiàn)不同程度老化，建筑所有人希望通過對其進行改造以提高建筑的品質(zhì)。

3.2 改造范圍

該建筑使用年限為30年，應(yīng)該在充分考慮該建筑能耗需求的情況下，對建筑圍護采取有效措施，以提升建筑的節(jié)能性，讓其室內(nèi)環(huán)境有所提升，具體內(nèi)容如下。

其一，結(jié)構(gòu)加固。對建筑框架梁柱與填充墻的連接點進行系統(tǒng)性加固處理，如：在建筑屋頂增設(shè)部分防水箱、在各電梯層間或周圍受力構(gòu)件加大其承載能力；增加樓梯的抗震能力，加固豎向承載構(gòu)件，將樓梯區(qū)域改造成乙級防火門，對樓梯間封閉部分進行防護，對重點區(qū)域開展監(jiān)控。

其二，節(jié)能改造。拆除原有建筑物的分離空調(diào)安裝系統(tǒng)，裝配集中式空調(diào)通風系統(tǒng)；對現(xiàn)有排水系統(tǒng)進行更換，將原有的鑄鐵水管管道改為PVC管道，并使用節(jié)水型衛(wèi)生器具；對圍護結(jié)構(gòu)，如屋頂、外墻等進行保溫處置，更換門窗，使用封閉性能更好的門窗。

其三，升級改造建筑內(nèi)的消防系統(tǒng)，屋頂增加消防水箱以達到室內(nèi)消防需求及生活用水所需，升級給水系統(tǒng)的技術(shù)。

本項目改造范圍大，涉及范圍廣，作為設(shè)計部門要進行合理安排，盡可能降低對現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的損傷并達到建筑空間要求及室內(nèi)環(huán)境要求。施工改造期間難免遇到交叉作業(yè)，工程材料量多而復(fù)雜，再加上場地受限，材料存放及管理難度加大。使用BIM技術(shù)，采用數(shù)據(jù)模型開展多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，深層次優(yōu)化設(shè)計方案，可降低各專業(yè)間的交叉；利用BIM技術(shù)事先對施工改造流程進行仿真模擬，可優(yōu)先用于組織設(shè)計及管理資源設(shè)置；交付的竣工模型，利用運維管理平臺還可以為以后的物業(yè)管理提供方便。

3.3 BIM技術(shù)在既有建筑改造中的應(yīng)用

3.3.1 BIM技術(shù)在項目規(guī)劃階段的應(yīng)用

BIM項目信息數(shù)據(jù)模型為各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計提供了數(shù)據(jù)集成平臺。利用BIM數(shù)據(jù)共享平臺，可以在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)科學(xué)設(shè)置機械設(shè)備和管線位置。利用軟件的虛擬性能，專業(yè)設(shè)計人員可以在虛擬情境下對建筑結(jié)構(gòu)的各個位置的尺寸進行測量，有利于設(shè)計人員對設(shè)計圖紙進行相關(guān)修改，進而提升圖紙的質(zhì)量。此次改造的建筑規(guī)模較小，可將既有建筑物改造的各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計整合到文件夾中，將文件夾安放于服務(wù)器平臺中，參與建筑改造的各方人員都可以下載到本地的電腦中，利用對文件的共享和更新功能實時掌握建筑改造的信息。文件夾中有各自的單獨的工作集，各個工作集可以根據(jù)需求有針對性地開放，如，水管改造設(shè)計人員有權(quán)限查看有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容，但是不能進行文件修改。

BIM技術(shù)的可視化使各專業(yè)的設(shè)計師之間的溝通更為便捷有效，極大地提升了團隊合作效率?；贐IM技術(shù)的數(shù)據(jù)模型能夠使承包、分包團隊及供應(yīng)商、客戶等各方快速了解和熟悉建設(shè)項目的信息，減少信息討論與協(xié)商時間，并明確責任劃分。以BIM技術(shù)可視化設(shè)計為前提進行的相關(guān)設(shè)計可以使各個專業(yè)設(shè)計人員詳細了解建筑的構(gòu)造和布局，可以在建筑三維形態(tài)下設(shè)計。建筑的構(gòu)造信息、建筑的空間位置信息都可以隨時進行查看。

3.3.2 基于BIM技術(shù)的管線優(yōu)化設(shè)計

基于BIM技術(shù)，讓設(shè)計人員在模擬的三維環(huán)境中對整個建筑物的構(gòu)造與位置進行查看，便于把建筑中的樓板、設(shè)備等位置更好地布局到BIM上，便于查看。使用Autodesk Navisworks軟件能模擬建筑物的具體結(jié)構(gòu)和機電專業(yè)的模式，讓他們彼此之間能進行硬性疊加和軟性碰撞。使用這種專業(yè)碰撞的方式能讓施工的效率大大提高，專業(yè)工程人員能根據(jù)具體的檢測結(jié)果對碰撞部位的位置進行調(diào)整，減少施工變更，避免延誤施工期限。根據(jù)碰撞檢測能獲悉具體的管道碰撞情況，可以在適度調(diào)節(jié)管道的同時，優(yōu)化管道排布。這樣做既能讓管道更為合理與美觀，也能對建筑空間進行凈空高度的優(yōu)化，使用戶的舒適程度大大提升。

3.3.3 BIM技術(shù)在項目施工階段的應(yīng)用

BIM系統(tǒng)模式包括了建筑項目中所有的數(shù)據(jù)信息，將各類信息集合到一起，進而實現(xiàn)對建筑項目的集成管理。

由于施工現(xiàn)場場地復(fù)雜，通過BIM可視化模擬對施工場地的實際情況進行模擬，同時借助BIM技術(shù)，對改建項目的原有部分、拆除部分和新建部分分別標注，并進行工程量計算或?qū)肫渌靸r軟件進行統(tǒng)計計算。BIM技術(shù)為合理設(shè)計和優(yōu)選方案提供了便捷的數(shù)據(jù)支持。利用revit建筑模型對既有建筑圍護結(jié)構(gòu)的材質(zhì)物理屬性及組合厚度、通風空調(diào)系統(tǒng)方案等進行更改，能快速優(yōu)化能耗評估方案。本次項目的建筑功能為辦公樓，按照通風空調(diào)設(shè)計標準，換氣頻率為每小時1.5次。更換后的中央空調(diào)系統(tǒng)在同等條件下比分戶式空調(diào)系統(tǒng)能耗降低約10%，且中央空調(diào)系統(tǒng)能夠有效保證室內(nèi)的空氣質(zhì)量。此次改造項目改造前后的建筑年度耗電量從2 850 577kW·h降低到2 267 748kW·h，減少了582 829kW·h。

3.3.4 BIM技術(shù)在建筑項目施工進度與資源管理中的應(yīng)用

BIM的信息模型與RFID技術(shù)的物流管理信息系統(tǒng)可以對建筑數(shù)據(jù)信息模型進行全方位跟蹤與管理，實現(xiàn)了建設(shè)項目施工進度和資源管理的有效控制。在此次既有建筑項目改造過程中，利用BIM建筑模型構(gòu)建4D數(shù)據(jù)信息模型，模擬此次改造建筑的信息，保證設(shè)計方案的可行性。對改造過程中的材料實行信息記錄追蹤，對材料的質(zhì)量進行實時跟蹤，實現(xiàn)了全方位監(jiān)督施工質(zhì)量。在改造施工期間對施工進度進行實時監(jiān)測，BIM模型通過比較計劃與實際工程進度，對施工相關(guān)類目進行統(tǒng)籌調(diào)度、優(yōu)化配置。根據(jù)改造工程實際施工質(zhì)量，對于存在質(zhì)量問題的構(gòu)件或子項目進行記錄，進而實現(xiàn)施工質(zhì)量的動態(tài)控制。BIM技術(shù)的引入能更好地發(fā)揮工程管理的作用，實現(xiàn)項目進度目標、成本目標和質(zhì)量目標效益的最大化。

3.3.5 BIM技術(shù)在建筑項目運維管理中的應(yīng)用

此次進行改造的既有建筑項目中,以BIM技術(shù)為核心，以工程技術(shù)管理為根本，將

BIM技術(shù)應(yīng)用到建筑項目的運維管理過程中。通過使用BIM模型的三維可視化方式將既有建筑改造過程中的建筑的空間屬性信息直觀地顯示并保存記錄，能快速地預(yù)測建筑的空間需求、識別未充分利用的建筑空間、簡化建筑空間分析及搬遷管理過程，能對建筑空間的使用計劃與實際使用情況進行對比。除此之外，對建筑改造期間還可以利用BIM三維竣工模型對機械設(shè)備、暖通、給排水和強弱電等建筑設(shè)備進行準確定位，還可以同時傳遞或呈現(xiàn)運維管理相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)信息，極大地提升了設(shè)施設(shè)備運維的工作效率。將BIM與物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了實時查看、維護和控制既有建筑相關(guān)的設(shè)備。如當施工過程中室內(nèi)外溫差、室內(nèi)有害氣體含量等達到設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出信號報警，運維管理人員可及時采取適當措施。通過利用BIM技術(shù)進行建筑項目的運維管理實現(xiàn)了設(shè)備的智能化、人性化管理，提升了設(shè)施設(shè)備運維管理的效率，降低了在查詢、定位及查找設(shè)備相關(guān)信息等過程中所損耗的勞動人員成本。

4 結(jié)論

其一，在既有建筑改造中，利用BIM技術(shù)進行可視化協(xié)同設(shè)計，可優(yōu)化管線設(shè)計、減少能耗，能全面協(xié)調(diào)施工組織與進度，保證了施工質(zhì)量，縮短了施工時間。

其二，BIM技術(shù)通過采用數(shù)據(jù)化模型實現(xiàn)了多專業(yè)三維可視化協(xié)同設(shè)計，降低了專業(yè)內(nèi)的錯誤相撞。利用Autodesk Navisworks軟件實行專業(yè)之間的碰撞檢測,能保證裝置的施工距離，并能優(yōu)化管線排布，提高凈空高度。

其三，在此次既有建筑項目改造中，通過優(yōu)化原建筑的圍護構(gòu)造及更換門窗，室內(nèi)空氣質(zhì)量符合標準，建筑年度耗電量減少了582 829kW·h。

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