BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

席新元

（中鐵十九局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，北京 100076）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，提高了建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈程度，并對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)提出更高的要求。為了提高建筑企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，要不斷優(yōu)化建筑工程設(shè)計(jì)，提高建筑工程設(shè)計(jì)的合理性。BIM 技術(shù)是一種先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)化工具，通過建筑數(shù)據(jù)化與信息化模型整合，傳遞項(xiàng)目全生命周期中的建筑信息，形成可視化建筑模型，幫助設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)建筑工程設(shè)計(jì)中的缺陷和不足之處，加以糾正，提高建筑工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。在建筑工程設(shè)計(jì)中，要正確認(rèn)識(shí)到BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，及時(shí)將BIM 技術(shù)引入到建筑工程設(shè)計(jì)中，優(yōu)化建筑工程設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)而保證建筑工程綜合質(zhì)量的提升。

1 BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

1.1 可視化

針對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)，BIM 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有可視化特征，施工圖紙中主要通過線條繪制的方式表達(dá)各個(gè)構(gòu)件的信息，而實(shí)際工程構(gòu)造形式就需要建筑建設(shè)人員進(jìn)行想象。引入BIM 技術(shù)后，為建筑工程設(shè)計(jì)提供可視化思路，利用線條式構(gòu)建三維立體實(shí)物圖形，呈現(xiàn)直觀的立體模型，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中也可以提供設(shè)計(jì)方案效果圖，但其中缺少構(gòu)件大小、具體位置等信息，各個(gè)構(gòu)件中無(wú)反饋性與互動(dòng)性。應(yīng)用BIM 技術(shù)后，提供可視化效果，可以呈現(xiàn)出各個(gè)構(gòu)件中的互動(dòng)性與反饋性關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的可視化，這種可視化結(jié)果可以通過效果圖或是報(bào)表等方式呈現(xiàn)，使得建筑工程設(shè)計(jì)中的溝通、交流和決策均基于可視化環(huán)境進(jìn)行開展，提高設(shè)計(jì)效率。

1.2 協(xié)調(diào)性

協(xié)調(diào)是建筑工程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。在建筑工程建設(shè)中，無(wú)論是設(shè)計(jì)單位、施工單位或是業(yè)主都需要相互協(xié)調(diào)、配合，推動(dòng)建筑工程項(xiàng)目的開展。一旦工程建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施中遇到了困難或者是問題，都要組織相關(guān)人員或單位進(jìn)行討論和協(xié)調(diào)，分析問題發(fā)生的原因，及時(shí)提出解決方案，做出變更或是制定補(bǔ)救措施等決定。在建筑工程設(shè)計(jì)中，常出現(xiàn)由于設(shè)計(jì)人員間溝通不良或而造成的專業(yè)碰撞問題，例如，暖通專業(yè)管道安排布設(shè)中，由于施工圖紙沒有對(duì)各個(gè)專業(yè)進(jìn)行綜合繪制，而是本專業(yè)繪制本專業(yè)的施工圖紙，使得工程設(shè)計(jì)中，特別是在管線布置中，常發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)管線敷設(shè)造成阻礙，這種碰撞問題一旦出現(xiàn)后只能事后解決，無(wú)法在事前發(fā)現(xiàn)。在應(yīng)用BIM 技術(shù)后，由于BIM 具備協(xié)調(diào)性服務(wù)，可以有效避免這一問題的發(fā)生。在BIM 技術(shù)應(yīng)用中，通過構(gòu)建建筑信息模型，在建筑工程設(shè)計(jì)階段就發(fā)現(xiàn)了各個(gè)專業(yè)碰撞問題，并采取協(xié)調(diào)處理的方法，形成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，解決各個(gè)專業(yè)間的碰撞問題，保證各個(gè)專業(yè)的協(xié)調(diào)性，提高建筑工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

1.3 模擬性

模擬性并不單指建筑物模型的模擬設(shè)計(jì)，還包括對(duì)真實(shí)操作過程的模擬設(shè)計(jì)。在建筑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)，可以對(duì)設(shè)計(jì)關(guān)鍵部位或者是隱蔽工程進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，包括節(jié)能模擬、日照模擬、緊急疏散模擬以及熱能傳導(dǎo)模擬、形成4D 模擬方案，按照施工組織設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中的薄弱環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)施工工藝產(chǎn)生的效果，進(jìn)而完善建筑工程施工方案，對(duì)真實(shí)施工進(jìn)行指導(dǎo)。與此同時(shí)，基于實(shí)體模型上，加強(qiáng)建筑工程的造價(jià)控制，可以達(dá)到5D 模擬的效果，不僅對(duì)施工方案、設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有效控制，還可以控制建筑工程的造價(jià)成本。并在后期運(yùn)營(yíng)中，模擬日常緊急情況的應(yīng)急處理方案，特別是在地震過程中或者是發(fā)生火災(zāi)過程中，可以模擬逃生方案，為各個(gè)方案的制定提供決策依據(jù)。

1.4 優(yōu)化性

從本質(zhì)上看，建筑工程設(shè)計(jì)過程就是一個(gè)不斷優(yōu)化的過程，而BIM 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，具有優(yōu)化性優(yōu)勢(shì)。通過BIM 技術(shù)的應(yīng)用，可以做到更好的優(yōu)化，但這種優(yōu)化必須會(huì)受到信息、時(shí)間以及復(fù)雜程度的約束。信息不準(zhǔn)確，優(yōu)化處理結(jié)果就不合理，在BIM 模型建立中必須要輸入準(zhǔn)確的建筑物存在信息，具體為幾何信息、規(guī)則信息以及物理信息等，還包括建筑物建成以后的實(shí)際存在信息。復(fù)雜程度較高時(shí)，設(shè)計(jì)人員自身能力無(wú)法掌握全部的信息，要利用科技、科學(xué)技術(shù)與設(shè)備的輔助，而這種復(fù)雜程度一旦超過設(shè)計(jì)人員自身的能力極限，通過BIM 技術(shù)和相關(guān)的優(yōu)化工具，就可以對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化處理，這就塑造了BIM 技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)化性運(yùn)用優(yōu)勢(shì)。

1.5 可出圖性

在建筑工程設(shè)計(jì)中，運(yùn)用BIM 技術(shù)可以構(gòu)建BIM 建筑信息模型，對(duì)建筑設(shè)計(jì)圖紙和構(gòu)件加工圖紙進(jìn)行繪制，還可以對(duì)建筑物進(jìn)行協(xié)調(diào)、模擬和優(yōu)化，并形成各個(gè)專業(yè)圖紙和深化圖紙，提高工程表達(dá)的詳細(xì)性和具體性，呈現(xiàn)效果更加直觀，有效提高建筑工程設(shè)計(jì)的合理性和針對(duì)性。

2 BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用途徑

2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

在建筑結(jié)構(gòu)性能分析中，針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)環(huán)節(jié)，可以運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)需要改進(jìn)的特定結(jié)構(gòu)件進(jìn)行選定，實(shí)現(xiàn)建筑平面結(jié)構(gòu)的隱式設(shè)計(jì)，構(gòu)建需要改進(jìn)部分的建筑數(shù)據(jù)模型，進(jìn)而保證其穩(wěn)定性，無(wú)需對(duì)其他部分進(jìn)行更改，提高建筑工程設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)用BIM 軟件，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析和計(jì)算，使得建筑結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計(jì)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，提高建筑結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)確性和效率。特別是在地下室結(jié)構(gòu)分析中，通過BIM 技術(shù)對(duì)地下室管線鋪設(shè)線路進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，防止管道碰撞問題，節(jié)約大量的管材，一旦發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在缺陷或者不足的地方，可以運(yùn)用BIM 技術(shù)進(jìn)行緊急修復(fù)，不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，提高建筑工程設(shè)計(jì)的有效性和科學(xué)性，達(dá)到最佳的優(yōu)化效果。

2.2 加強(qiáng)三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，通過BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，通過對(duì)建筑物三維影響分析，設(shè)計(jì)人員可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)建筑物設(shè)計(jì)的評(píng)估，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案存在的問題，可以及時(shí)更改，不會(huì)由于設(shè)計(jì)方案的更改而影響勞動(dòng)力成本與材料成本的核算，保證建筑工程設(shè)計(jì)的有效性。在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中的缺陷和不足，這是由于該信息技術(shù)可以提供準(zhǔn)確的數(shù)字信息，在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中可以確定施工工藝和施工工序是否合理，為后續(xù)的建筑工程施工開展提供關(guān)鍵指標(biāo)和準(zhǔn)確信息，降低施工難度，對(duì)施工中可能發(fā)生的錯(cuò)誤進(jìn)行預(yù)見性判斷，制定預(yù)防措施，進(jìn)而有效提高建筑工程的綜合質(zhì)量。

2.3 加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

就當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展而言，大型結(jié)構(gòu)多以鋼結(jié)構(gòu)為主，這就增加了建筑工程設(shè)計(jì)難度，提高了建模建筑信息模型構(gòu)建的復(fù)雜性。在建筑工程設(shè)計(jì)中，不僅要明確個(gè)體鋼制零件間的連接方式，還要明確梁和梁之間的連接方式，為了提高連接部件設(shè)計(jì)合理性，設(shè)計(jì)人員必須要對(duì)連接元件的特性與參數(shù)進(jìn)行深入分析，明確射線與列元素，并掌握連接部件執(zhí)行后的信息函數(shù)。在這樣的情況下，設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)用BIM 技術(shù)，對(duì)鋼構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)整，通過BIM 系統(tǒng)自動(dòng)更新鋼質(zhì)零件間或是梁和梁間的間距，進(jìn)而得出最合理的設(shè)計(jì)方案，提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合水平，保證鋼結(jié)構(gòu)的合理性和穩(wěn)定性。例如，在上海白玉蘭廣場(chǎng)工程建設(shè)項(xiàng)目中，在設(shè)計(jì)階段就運(yùn)用了BIM 技術(shù)，除了大大提高了施工效率之外，BIM 技術(shù)的應(yīng)用還節(jié)省了大量的鋼材，使得裝備得到重復(fù)利用，特別是在建設(shè)前期利用BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑信息模型的構(gòu)建，在設(shè)計(jì)模擬中對(duì)鋼平臺(tái)進(jìn)行模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化處理，解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，由于平臺(tái)支撐鋼柱布設(shè)在墻體內(nèi)而造成的鋼材浪費(fèi)問題，實(shí)現(xiàn)施工成本的控制。

2.4 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和處理

在建筑工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須要注重細(xì)節(jié)問題，因?yàn)榧?xì)節(jié)決定成敗，任何設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的問題都可能影響到建筑工程的質(zhì)量和安全性。在傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計(jì)中，主要傾向于對(duì)建筑工程整體控制，而在細(xì)節(jié)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種紕漏和缺陷，這也是導(dǎo)致建筑工程質(zhì)量低的原因。對(duì)此，在BIM 技術(shù)應(yīng)用中，除了可以對(duì)建筑工程進(jìn)行整體控制，設(shè)計(jì)中還可以對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)及細(xì)節(jié)進(jìn)行有效優(yōu)化。由于BIM 系統(tǒng)可以獲取大量詳細(xì)的建筑數(shù)據(jù)模型，使得走廊或是樓梯尺寸等參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

從另一方面上看，BIM 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有極強(qiáng)的協(xié)調(diào)性功能，可以為設(shè)計(jì)人員提供動(dòng)態(tài)化信息數(shù)據(jù)，包括施工中可能發(fā)生的問題，利用BIM 技術(shù)預(yù)先進(jìn)行施工中薄弱環(huán)節(jié)的控制和問題的避免，加強(qiáng)與施工人員的溝通，促進(jìn)各個(gè)部門間的協(xié)作與配合，提高建筑工程設(shè)計(jì)的綜合水平。

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用在建筑工程設(shè)計(jì)的保障措施

在建筑工程設(shè)計(jì)中，為了發(fā)揮BIM 技術(shù)的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，要求設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)對(duì)BIM 技術(shù)的認(rèn)識(shí)和了解，在設(shè)計(jì)中積極引入BIM 技術(shù)，不斷提高自我認(rèn)識(shí)和自身建設(shè)，拓展BIM 技術(shù)專業(yè)知識(shí)，保證在設(shè)計(jì)過程中對(duì)BIM 技術(shù)可以達(dá)到靈活運(yùn)用的目的。就當(dāng)前而言，BIM 技術(shù)和設(shè)計(jì)管理融合還存在一些阻礙，一是認(rèn)知程度不夠，二是人力資源配置不合理。由于大型建筑工程項(xiàng)目和復(fù)雜性建筑工程項(xiàng)目數(shù)量逐漸增多，使得建筑工程設(shè)計(jì)中面臨的挑戰(zhàn)更大，這就要求設(shè)計(jì)人員要積極主動(dòng)地探索更為有效的設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)方法，合理使用BIM 技術(shù)，進(jìn)而提高建筑工程設(shè)計(jì)效率。另一方面，設(shè)計(jì)人員要不斷加強(qiáng)自身技術(shù)水平，強(qiáng)化計(jì)算機(jī)操作能力與BIM 技術(shù)實(shí)踐能力，積極參與專業(yè)培訓(xùn)活動(dòng)和模擬訓(xùn)練活動(dòng)，了解BIM 技術(shù)的應(yīng)用原理，促進(jìn)BIM 技術(shù)和工程設(shè)計(jì)的融合，發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

在建筑工程設(shè)計(jì)中，為了保證設(shè)計(jì)方案的可行性，設(shè)計(jì)人員要運(yùn)用BIM 技術(shù)，構(gòu)建建筑信息模型，發(fā)揮出BIM 技術(shù)的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，加強(qiáng)三維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，做好細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與處理，進(jìn)而提高建筑工程設(shè)計(jì)的有效性和科學(xué)性。