基于BIM的計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)與施工管理研究

徐國紅

摘要：利用BIM技術(shù)建立工程項(xiàng)目的模型模擬項(xiàng)目方案，再結(jié)合BIM技術(shù)的可視化、模擬及分析手段，可以降低項(xiàng)目的成本、縮短周期、提高建筑質(zhì)量。通過BIM信息在各階段的傳遞功能，可以將前期決策貫徹到建筑設(shè)計(jì)及施工管理中。結(jié)合BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例，分析基于BIM的計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)與施工的效果。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；建筑設(shè)計(jì)；施工管理

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.18.098

0.引言

BIM（Building Information Model）技術(shù)是當(dāng)前計(jì)算輔助建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，該技術(shù)以建筑工程的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立工程項(xiàng)目的信息化模型。模型可以根據(jù)建筑全過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整以及實(shí)時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)的運(yùn)用提高可決策的科學(xué)性和效率，有利于提高建筑工程質(zhì)量，降低工程造價(jià)。

1.基于BIM的計(jì)算機(jī)輔助分析

1.1基于BIM的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)分析

建筑設(shè)計(jì)是BIM應(yīng)用的主要領(lǐng)域，也是應(yīng)用BIM技術(shù)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)屬于分散式圖紙表達(dá)設(shè)計(jì)信息，信息之間相互獨(dú)立、關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，信息共享程度低。以上缺點(diǎn)導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員無法借鑒他人成果。并且設(shè)計(jì)階圖紙多，差錯(cuò)頻繁，修改難度大。BIM技術(shù)可以根據(jù)數(shù)據(jù)建立模型，采用統(tǒng)一的數(shù)字模型呈現(xiàn)信息。設(shè)計(jì)過程中，BIM模型包含絕大多數(shù)建筑信息，有利于各個(gè)專業(yè)和各階段信息協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)信息有效傳遞，真正意義上實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同工作。將BIM技術(shù)用于建筑設(shè)計(jì)過程中，建筑設(shè)計(jì)被分為若干階段，各個(gè)階段的設(shè)計(jì)目標(biāo)明確，為各專業(yè)設(shè)計(jì)達(dá)到協(xié)同配和的效果，從而更有效的掌握建筑設(shè)計(jì)周期及組織管理。

1.2 BIM技術(shù)在施工管理階段的應(yīng)用

建筑施工管理階段，傳統(tǒng)二維圖紙具有許多缺點(diǎn)，如施工質(zhì)量及工期無法保證、工作效率低等。而BIM技術(shù)可以有效規(guī)避傳統(tǒng)二維圖紙的缺點(diǎn)。BIM技術(shù)使用一個(gè)文件融合的各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)模型，方便設(shè)計(jì)人員分析各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)模型之間的沖突，從而在正式施工前解決沖突，達(dá)到縮短工期、減少浪費(fèi)、消除專業(yè)之間不和諧目的。施工期間，BIM模型可以分析施工方案中的細(xì)節(jié)，再利用BIM技術(shù)進(jìn)行模擬施工，優(yōu)化施工方案。利用BIM技術(shù)還能三維模擬施工現(xiàn)場和過程，解決實(shí)際施工過程中難以發(fā)現(xiàn)的問題。BIM技術(shù)可以提高施工的精細(xì)化程度。BIM參數(shù)模型為各個(gè)專業(yè)和工作提供了大量資源，為各方合作提供了平臺，保證了信息和資源的準(zhǔn)時(shí)制管理，減少時(shí)間浪費(fèi)，提高效率。

2.基于BIM的計(jì)算機(jī)輔助用于建筑設(shè)計(jì)的實(shí)例分析

2.1工程概況

該工程為某單位科研綜合樓，集研發(fā)、科研、接待、辦公于一體。建筑工程設(shè)計(jì)精度和成本具有較高的精細(xì)化要求，并且工期緊張。另外，建筑設(shè)計(jì)必須堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。基于以上要求，該項(xiàng)目采用BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案，提高建筑施工效率、縮短施工周期，降低工程造價(jià)，同時(shí)利用BIM技術(shù)方便建筑運(yùn)營維護(hù)。工程包括L形科研及停車樓，建筑總面積31600m2，科研樓包括研發(fā)、設(shè)計(jì)、辦公、接待等功能，地下建筑為的設(shè)備用房。建筑上層10層，地下一層，采用框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑主體高45m，綜合樓地面為交通工具存放地，地下室作為機(jī)動車停放點(diǎn)及戰(zhàn)時(shí)人防場所。建筑造型力求大氣、美觀、簡約現(xiàn)代風(fēng)，與周邊建筑相互協(xié)調(diào)。

2.2 BIlVl技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.2.1概念設(shè)計(jì)

由于工程用地緊張、建筑外部條件高、綠色建筑要求嚴(yán)格，需要借助具備量化功能的技術(shù)才能確定建筑位置及形體。設(shè)計(jì)人員利用BIM技術(shù)對建筑場地進(jìn)行了多次比較，綜合建筑項(xiàng)目的各項(xiàng)要求確定建筑位置及形體。具體過程如下：首先，用數(shù)據(jù)模型構(gòu)建施工場地環(huán)境，使用專業(yè)軟件測試施工現(xiàn)場的風(fēng)環(huán)境。測試結(jié)果顯示施工現(xiàn)場的風(fēng)環(huán)境滿足建設(shè)要求，但是較低的風(fēng)速不利于過渡季自然通風(fēng)。其次，構(gòu)建場地模型，分析太陽輻射情況。模型顯示周邊建筑造成大量輻射量分布不均勻，輻射量呈南北遞減特征。最后，對北側(cè)居住建筑的日照遮擋進(jìn)行模型分析，為建筑物不具規(guī)劃提供參考。

結(jié)合對環(huán)境、太陽輻射和日照遮擋分析結(jié)果，總結(jié)場地環(huán)境的優(yōu)勢和不足，再根據(jù)建筑規(guī)劃要求及建設(shè)規(guī)劃等因素，設(shè)計(jì)建筑形體，詳見圖2。設(shè)計(jì)過程中對的建筑形體的特點(diǎn)作了大量分析，為方案設(shè)計(jì)后續(xù)工作提出了優(yōu)化要求。

2.2.2方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)階段工作主要內(nèi)容為根據(jù)設(shè)計(jì)要求，建立建筑與設(shè)計(jì)環(huán)境的基本關(guān)系，提出空間建構(gòu)設(shè)想，為后續(xù)工作提供依據(jù)和指導(dǎo)。本項(xiàng)目中，利用BIM技術(shù)進(jìn)行了組織空間、確定以及優(yōu)化建筑風(fēng)格等內(nèi)容。

第一，由于項(xiàng)目屬于單位科研及辦公大樓，建筑空間需分配需要與各個(gè)部門緊密相連。方案設(shè)計(jì)充分利用模型的模塊功能，計(jì)算平面分配數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)對數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行調(diào)整。

第二，建筑對綠色節(jié)能有極高的要求，因而設(shè)計(jì)前使用BIM技術(shù)導(dǎo)入IES分析軟件，分析體塊方案的能耗，深入分析體塊的優(yōu)缺點(diǎn)，提出符合可持續(xù)要求的指導(dǎo)性意見，使方案設(shè)計(jì)策略更具針對性。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，制定不同風(fēng)格的設(shè)計(jì)方案，滿足建筑工程項(xiàng)目的定位及要求，以免設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)較大的變化。

第三，使用BIM模型分析不同設(shè)計(jì)方案的環(huán)保型能，再從多方面要求進(jìn)行分析，選出“最佳方案”，再結(jié)合其它方案的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)化最佳方案。

2.2.3初步設(shè)計(jì)

本工程項(xiàng)目在BIM技術(shù)創(chuàng)建的三維環(huán)境下設(shè)計(jì)方案，與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)相比，三維環(huán)境下的工作流程和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)發(fā)生明顯變化，設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量更高。

第一，使用BIM技術(shù)對細(xì)節(jié)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。例如樓梯間下部設(shè)計(jì)，利用BIM技術(shù)度樓梯間下部進(jìn)行反復(fù)解剖，使該區(qū)域空間設(shè)計(jì)更加精細(xì)化，空間利用率也更高。第二，使用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同。例如三維環(huán)境下設(shè)計(jì)將管線綜合工作前移，設(shè)計(jì)過程中可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管線較差和碰撞問題，減少了后期工作量。第三，利用BIM模型分析建筑設(shè)計(jì)的可持續(xù)性，提出和確定綠色建筑節(jié)能措施及可再生能源利用策略。

初步設(shè)計(jì)階段BIM模型分析包括整體分析，計(jì)算自然通風(fēng)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)優(yōu)化策略。根據(jù)室內(nèi)增加的墻上通風(fēng)口，增加自然通風(fēng)。使用BIM模型分屋頂太陽輻射量，確定太陽能集熱器方案、集熱器族排布方式。

2.2.4施工設(shè)計(jì)階段

本工程采用Autodesk Revit系列軟件，結(jié)合現(xiàn)行圖紙規(guī)范對于軟件默認(rèn)樣本中的標(biāo)高、尺寸、文字樣式、線型線寬、對象等樣式進(jìn)行定義，制定了適合自身的BIM企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

第一，使用BIM技術(shù)繪圖，實(shí)現(xiàn)了從三維數(shù)字模型直接打印二維圖紙，滿足最終出圖要求。

第二，利用設(shè)計(jì)階段BIM模型，深入處理模型，獲取施工所需模型資源。再根據(jù)施工方法，對管線安裝工序進(jìn)行分析，并進(jìn)行了施工方案模型，提高了施工方案的可行性。

第三，對BIM模型進(jìn)行補(bǔ)充，向模型中加入附屬構(gòu)件，針對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行編碼體系設(shè)置，深入拆分模型，使模型滿足算量及排期要求。