BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)管理模式中的應(yīng)用初探

汪金喜

（甘肅第六建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，蘭州730000）

0 引言

隨著3D圖形技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM（建筑信息模型）技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)用也越來越多。在建筑施工行業(yè)中，BIM解決了工程建設(shè)施工順序、施工流程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的可視化問題，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程再造，推進(jìn)項(xiàng)目決策的科學(xué)化與精細(xì)化。通過虛擬3D建模技術(shù)采集建筑信息，直觀化、形象化展現(xiàn)建設(shè)過程中可能遇到的各類問題，最終促進(jìn)建筑施工設(shè)計(jì)的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工設(shè)計(jì)方案的最佳選擇。通過BIM技術(shù)應(yīng)用，解決了施工各環(huán)節(jié)的有機(jī)協(xié)同與成本控制。

1 BIM技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 實(shí)現(xiàn)建筑施工方案的可視化

可視化對(duì)于建筑施工非常重要，可視化設(shè)計(jì)過程的實(shí)現(xiàn)如圖1所示。建模可解析為三方面內(nèi)容：（1）環(huán)境模型；（2）建筑結(jié)構(gòu)模型；（3）施工設(shè)施模型等。通過3D建模中上述各類模型的協(xié)同設(shè)計(jì)，利用RVT、NWC、CSV文件標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)4D模擬施工，最終導(dǎo)出可視化NWD文件，使整個(gè)建筑物工程整體外觀、主體結(jié)構(gòu)、細(xì)處構(gòu)造等全面直觀反映出來，這是以往簡(jiǎn)單的建筑物表面施工二維圖無法實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示。

1.2 促進(jìn)工程項(xiàng)目各方的協(xié)調(diào)性

BIM技術(shù)具有為建筑工程施工協(xié)調(diào)服務(wù)的功能，通過對(duì)各方各專業(yè)的交叉問題進(jìn)行收集，并運(yùn)用數(shù)字化分析生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，為建筑項(xiàng)目各方提供協(xié)調(diào)幫助。BIM的協(xié)調(diào)服務(wù)出現(xiàn)在建筑工程項(xiàng)目的全過程，工程項(xiàng)目各方可通過BIM的協(xié)調(diào)服務(wù)，可提前實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的問題溝通，從而避免施工問題的出現(xiàn)，保證建筑施工的順利進(jìn)行。

圖1 基于BIM施工方案的可視化設(shè)計(jì)過程

1.3 實(shí)現(xiàn)建筑施工的模擬與優(yōu)化

BIM技術(shù)對(duì)建筑作業(yè)以建模效仿，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的作業(yè)問題并及時(shí)處理，以實(shí)現(xiàn)建筑施工設(shè)計(jì)改善的目標(biāo)。其方針模擬過程具體見圖2所示。經(jīng)過創(chuàng)建3D模型，梳理作業(yè)流程，對(duì)作業(yè)環(huán)節(jié)仿真再現(xiàn)，達(dá)成作業(yè)過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)察，最后剖析和評(píng)定施工計(jì)劃，判定計(jì)劃的實(shí)操性，且經(jīng)過調(diào)整改善方案，明確最終的建設(shè)計(jì)劃，如圖2所示。

圖2 基于BIM施工方案的模擬與優(yōu)化過程

通過三維建模完成對(duì)建筑施工中各場(chǎng)景的模擬，完美實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的預(yù)演，從而對(duì)未知的問題進(jìn)行優(yōu)化，例如建筑施工方案中的綜合管線設(shè)計(jì)、管線的碰撞檢查等，都能通過BIM技術(shù)的可視化展示進(jìn)行診斷預(yù)測(cè)，并最終實(shí)現(xiàn)方案的改進(jìn)優(yōu)化，從而確保建筑施工的質(zhì)量安全。

2 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)管理中的應(yīng)用分析——以鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例

2.1 工程概況

工程位于某商業(yè)區(qū)，總建筑面積55.8萬m2，地上建筑面積約49萬m2，地下約10.8萬m2，建筑高度610 m，地上68層，地下4層，基礎(chǔ)埋深46.9 m。該項(xiàng)目是一組集高端寫字樓、甲級(jí)商業(yè)及休閑娛樂等功能于一體的較高層建設(shè)項(xiàng)目，施工結(jié)構(gòu)定為巨型框架與型鋼砼核心筒結(jié)構(gòu)體系，巨型框架由巨柱、轉(zhuǎn)換桁架、巨型斜撐和重力柱構(gòu)成，核心筒由鋼板剪力墻、鋼暗柱等構(gòu)成，總用鋼量約8萬t。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建

BIM技術(shù)在施工方案中的優(yōu)化體現(xiàn)在其可以在狹小的空間里合理安排堆場(chǎng)規(guī)劃，使施工設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員不必受限于過去的二維空間施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，而是借助現(xiàn)有的BIM數(shù)學(xué)建模標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行三維式施工結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型設(shè)計(jì)，從而借助模型的透明化效果來作為設(shè)計(jì)和施工的依據(jù)。過去的二維施工圖無法有效快速地表達(dá)出施工項(xiàng)目各自之間的相互關(guān)系和各專業(yè)交叉作業(yè)的影響狀態(tài)。因此，對(duì)BIM模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件大小、方位與土方、機(jī)電設(shè)備與自動(dòng)化控制系統(tǒng)、帷幕等施工各流程的關(guān)聯(lián)關(guān)系在BIM模型中直觀地反映出來，從而對(duì)BIM模型進(jìn)行相應(yīng)的模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在施工中的具體應(yīng)用。

2.3 鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

鑒于現(xiàn)場(chǎng)施工空間十分狹窄，堆料場(chǎng)設(shè)置有所局限的實(shí)際，通過采取多次方案比較分析，利用BIM數(shù)學(xué)建模方式，形成了一種鋼平臺(tái)三維模型，對(duì)人員車輛來回路徑、堆場(chǎng)劃分與布置以及機(jī)械設(shè)備放置位置都有直觀的演示。鋼平臺(tái)BIM模型如圖3所示。經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員驗(yàn)證，證明了鋼平臺(tái)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工實(shí)際符合該工程的實(shí)際要求。鋼平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況如圖4所示。

圖3 鋼平臺(tái)BIM模型

圖4 鋼平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況

2.4 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

通過建立BIM工程模型使以往二維圖紙?jiān)诩?xì)處無法對(duì)缺陷有效發(fā)現(xiàn)的問題得到解決，因而不存在施工人員到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際缺陷后才加以解決的現(xiàn)象，節(jié)約了工時(shí)和經(jīng)濟(jì)成本。實(shí)際上，BIM技術(shù)不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，還能夠提供優(yōu)化施工方案。通過將專業(yè)建立的BIM模型整合在一起，并執(zhí)行碰撞測(cè)試程序，給出碰撞報(bào)告從而實(shí)現(xiàn)輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化。在這些工程中，借助BIM模型整合，鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)討論、修改和驗(yàn)證過程的周期有所減少，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支架的布置、安裝空間及吊頂高度等方案進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，緩解了交叉作業(yè)中產(chǎn)生的缺陷。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)4D施工模擬

在以往的施工過程中，項(xiàng)目部主要通過橫道圖比較法來判斷工程的實(shí)際運(yùn)行狀況與設(shè)計(jì)方案的差異。次種方式表面上看既簡(jiǎn)單又直觀，但各個(gè)環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系不夠清晰，也無法通過進(jìn)度計(jì)劃測(cè)算相應(yīng)參數(shù)，最優(yōu)路線和計(jì)劃設(shè)計(jì)存在缺陷。而BIM模型充分解決了這些問題，將已設(shè)計(jì)完畢的3D模型上傳至軟件Navisworks中，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)通過施工順序模型給予展示，調(diào)整時(shí)只需要移位或參數(shù)校正的開關(guān)即可滿足預(yù)設(shè)的施工效果，并以3D形式直觀呈現(xiàn)，易于理解和信息通聯(lián)，使鋼結(jié)構(gòu)無論在整體構(gòu)架還是細(xì)處設(shè)計(jì)上都能夠符合設(shè)計(jì)要求。

2.6 鋼結(jié)構(gòu)輔助施工

2.6.1 鋼板墻施工順序

工程的鋼板墻施工包含4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的鋼板墻在吊裝時(shí)相互影響其余鋼板墻的安裝位置，這就需要在安裝之前設(shè)計(jì)好施工順序。BIM模型按照現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境，以動(dòng)態(tài)圖形式直觀展現(xiàn)鋼板墻所有施工順序，合理安排吊裝工藝進(jìn)度。

2.6.2 輔助交底

過去的現(xiàn)場(chǎng)施工和安全要求主要是由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)照?qǐng)D紙就相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行口頭講解，保證溝通的有效性。利用BIM模型向施工工人進(jìn)行技術(shù)交底，可以激發(fā)施工人員的興趣，使施工人員能夠以直觀、主動(dòng)的知識(shí)接收來理解交底人員的意圖和事項(xiàng)，抑制差錯(cuò)發(fā)生。

2.7 BIM技術(shù)對(duì)施工過程中的質(zhì)量控制應(yīng)用

利用BIM技術(shù)創(chuàng)建的三維模，把作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹IM模型上，可以整體展示工程總體亦或部分的施工水平，進(jìn)而大大提升施工質(zhì)量管控成效。另外，以BIM為基礎(chǔ)的質(zhì)管，能夠?qū)こ谈鱾€(gè)建設(shè)時(shí)期的質(zhì)量加以管控，且依托計(jì)算機(jī)技術(shù)，達(dá)成質(zhì)管信息的精準(zhǔn)傳輸與即時(shí)共享，滿足項(xiàng)目各個(gè)參與方的質(zhì)管信息了解訴求，為施工方連接起交流與控制的紐帶，進(jìn)而更便利地對(duì)施工質(zhì)量加以管理。

3 “BIM＋”應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

BIM技術(shù)在我國建筑設(shè)計(jì)管理中的應(yīng)用可以說越來越廣，目前正在向多階段、集成化、多角度、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、協(xié)同化、普及化等方面發(fā)展，呈現(xiàn)出基于“BIM+”背景下對(duì)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息技術(shù)集成應(yīng)用的特點(diǎn)。具體而言，一是從設(shè)計(jì)階段向施工階段延伸。有40%以上的用戶認(rèn)為施工階段是BIM技術(shù)應(yīng)用最有價(jià)值階段，59.7%的用戶認(rèn)為目前BIM應(yīng)用正在從設(shè)計(jì)階段逐漸過渡到施工階段。二是從單業(yè)務(wù)向多業(yè)務(wù)集成延伸。集成應(yīng)用模式解決了不同軟件和硬件相互集成應(yīng)用（如工程量計(jì)算軟件形成的算量模型與鋼筋翻樣軟件集成），對(duì)于具有復(fù)雜幾何構(gòu)件，可以明顯增加生產(chǎn)效率。三是從單純技術(shù)應(yīng)用向與項(xiàng)目系統(tǒng)化管理集成應(yīng)用過渡。BIM技術(shù)有效解決生產(chǎn)協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同問題，增強(qiáng)了管理模塊相互之間的數(shù)據(jù)協(xié)同和共享效率，為項(xiàng)目管理提供一致的模型，支持各參建方溝通、決策、審批、項(xiàng)目跟蹤、通信等。四是從單機(jī)應(yīng)用向基于網(wǎng)絡(luò)的多角度協(xié)同應(yīng)用延伸。依托于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)達(dá)到真正協(xié)同，方便信息采集、高效分析，實(shí)現(xiàn)“云+端”的應(yīng)用模式。五是從重點(diǎn)性工程項(xiàng)目應(yīng)用向普通項(xiàng)目拓展。從BIM技術(shù)起初應(yīng)用于規(guī)模較大的重點(diǎn)項(xiàng)目，到最近及未來的時(shí)間有更多的項(xiàng)目已經(jīng)開始或即將開始積極推廣BIM應(yīng)用，為施工現(xiàn)場(chǎng)管理和協(xié)同帶來革命，從而制訂更好的施工方案。

4 結(jié)語

近些年，因?yàn)锽IM技術(shù)迅猛提升，其在建筑施工計(jì)劃優(yōu)化中的運(yùn)用已十分普遍，實(shí)踐表明，依托BIM技術(shù)對(duì)達(dá)成多方協(xié)調(diào)工作、改進(jìn)建筑施工計(jì)劃、提升施工管控網(wǎng)絡(luò)化水平等均有不可忽視的效能。筆者堅(jiān)信，伴隨該技術(shù)在建筑施工管控中的深入運(yùn)用，愈來愈多的建筑公司會(huì)運(yùn)用該技術(shù)，這對(duì)于BIM技術(shù)的發(fā)展而言大有裨益。

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