淺析BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉君潔

（安徽新天柱工程規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽 合肥 230000）

前言

得益于我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的加快，建筑業(yè)的發(fā)展速度也在顯著提高。然而，建筑行業(yè)發(fā)展的同時(shí)，使傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)不能與建筑業(yè)發(fā)展速度相適配。這一問題迫使建筑行業(yè)尋找新技術(shù)。BIM 是一種新的信息設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠克服傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用中存在的問題，減少建筑設(shè)計(jì)時(shí)間，并提高建筑設(shè)計(jì)的工作效率和質(zhì)量。正如工廠中的大型機(jī)器正在取代人工一樣，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在逐漸取代傳統(tǒng)的控制技術(shù)。

一、BIM 工程技術(shù)的應(yīng)用背景

隨著建筑技術(shù)在信息爆炸的時(shí)代的革新，建筑行業(yè)必須順應(yīng)這一時(shí)代潮流，向信息產(chǎn)業(yè)化的方向轉(zhuǎn)型。目前，土木建設(shè)工程專注于改善網(wǎng)絡(luò)連接和構(gòu)建信息體系，以最大限度地將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力、提高設(shè)計(jì)效率并減少傳統(tǒng)機(jī)械工程的停機(jī)時(shí)間。在此背景下，BIM 技術(shù)為建筑行業(yè)提供了良好的互聯(lián)網(wǎng)連接平臺(tái)。BIM 技術(shù)是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的施工規(guī)劃和管理工具，它使用參數(shù)化的模型整合來自各個(gè)項(xiàng)目的信息，并在項(xiàng)目的整個(gè)規(guī)劃、運(yùn)營和維護(hù)周期中交換信息，以便工程師和技術(shù)人員能夠正確理解并有效應(yīng)對(duì)各種設(shè)計(jì)和開發(fā)信息，從而實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作。BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)包括設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景，本文重點(diǎn)介紹BIM 在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

二、BIM 技術(shù)的概念

BIM 本質(zhì)上是Building Information Model 的首字母縮寫。它通常使用3D 建模技術(shù)創(chuàng)建，從各種建模工具開始，然后將模擬建筑信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并使用計(jì)算機(jī)收集和存儲(chǔ)與施工過程數(shù)據(jù)相關(guān)的所有信息。基于建筑結(jié)構(gòu)研究和分析，BIM 技術(shù)使用信息管理技術(shù)和專業(yè)技術(shù)來規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)，將以前的2D 圖紙轉(zhuǎn)換為3D 圖紙，使建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以3D 顯示，并將施工設(shè)備的特征信息數(shù)字化收集到信息數(shù)據(jù)庫中，以備后期制作施工方案。

三、在建筑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM 技術(shù)的實(shí)際意義

（一）提供了信息化的功能

在現(xiàn)代信息時(shí)代，建筑業(yè)的發(fā)展是以信息為基礎(chǔ)的。BIM 是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，因此可以將其歸類為建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。相較于之前的3D 模型，該技術(shù)能夠以數(shù)字技術(shù)方式傳輸數(shù)字信息。無論是建筑規(guī)劃者、建筑業(yè)主、施工單位還是住戶，信息列表都可以通過BIM 技術(shù)隨時(shí)更新。當(dāng)一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目報(bào)告發(fā)生變化時(shí)，BIM 技術(shù)會(huì)自動(dòng)更改相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，節(jié)省了大量的材料和人工成本，而且結(jié)果非常準(zhǔn)確。

（二）可以對(duì)圖紙的功能進(jìn)行相應(yīng)的修改

當(dāng)技術(shù)應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)時(shí)，信息模型和建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化模型可以用來進(jìn)行圖紙的功能修改。設(shè)計(jì)師和工程部門可以直接從圖紙中定義項(xiàng)目的重要環(huán)節(jié)，節(jié)省了時(shí)間并降低了設(shè)計(jì)優(yōu)化所花費(fèi)的時(shí)間，以避免傳統(tǒng)圖紙開發(fā)和更改中的問題。

（三）結(jié)構(gòu)優(yōu)化

BIM 技術(shù)可用于優(yōu)化性能，因?yàn)樗鼜V泛用于建設(shè)、運(yùn)營和維護(hù)中的建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃。在優(yōu)化一個(gè)工程結(jié)構(gòu)時(shí)，通常會(huì)受到各種外部因素的影響，不同的信息和數(shù)據(jù)往往是不精確的，所以如果使用得當(dāng)，BIM 技術(shù)可以從不同的角度進(jìn)行優(yōu)化和細(xì)化。例如，BIM 技術(shù)可用于全方位優(yōu)化建筑施工，同時(shí)完善各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)，使建筑設(shè)計(jì)更具實(shí)用性。

（四）實(shí)現(xiàn)了一體化

在BIM 技術(shù)的實(shí)際實(shí)施中，首先可以建立完整的應(yīng)用模型，將BIM 技術(shù)付諸實(shí)踐，結(jié)合實(shí)際情況和各種存在的問題，應(yīng)用有效的解決方案，確保建設(shè)項(xiàng)目的合規(guī)性。其次，在創(chuàng)建BIM 模型時(shí)，相關(guān)工作人員需要分析各個(gè)方面，將施工圖轉(zhuǎn)換為信息數(shù)據(jù)并將所有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)庫中，以便對(duì)以后的施工作業(yè)提供有效的幫助。

四、傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)問題簡(jiǎn)述

首先，通過分析建筑中存在的問題，可以更好地說明BIM 的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。針對(duì)空間層面的建筑設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程沒有一個(gè)明確的視覺目標(biāo)，實(shí)際的建筑形式需要設(shè)計(jì)師的想象力，這對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的建筑師來說相對(duì)容易，但近年來建筑商對(duì)其建筑風(fēng)格的要求逐漸向多樣化轉(zhuǎn)變，對(duì)于某些特定的建筑結(jié)構(gòu)，建筑師很難理解并構(gòu)建出能夠準(zhǔn)確表示的3D 圖紙，建筑建成后無法達(dá)到預(yù)期，內(nèi)部空間尺寸分布不合理，無法符合用戶的實(shí)際要求。

缺乏架構(gòu)分析也會(huì)產(chǎn)生重大影響。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法只是將簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到建筑物的外部結(jié)構(gòu)上，只能表達(dá)在建筑物的輪廓層面，而對(duì)建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往無法進(jìn)行有效分析。如果單純從室內(nèi)空間和建筑功能的規(guī)劃分析中重復(fù)使用不同的構(gòu)建算法和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，精度又難免偏低。因此，建筑對(duì)象往往與設(shè)計(jì)思路不匹配，存在相應(yīng)的偏差。施工的最終結(jié)果在人們眼中的反應(yīng)非常差，所以人們對(duì)建筑的理解并不深刻，他們的認(rèn)識(shí)只是停留在建筑公司的廣告宣傳圖上。另外，傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)技術(shù)還沒有達(dá)到宣傳廣告的高度，只能靜態(tài)顯示設(shè)計(jì)結(jié)果，最終導(dǎo)致實(shí)際的設(shè)計(jì)結(jié)果和顯示的靜態(tài)內(nèi)容相差很大。

五、BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）在設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用

在土木工程領(lǐng)域，相關(guān)工作人員必須在正式設(shè)計(jì)工作之前進(jìn)行可行性研究，才能更可靠地拉動(dòng)后續(xù)工作的開展。BIM 技術(shù)在建筑規(guī)劃中的應(yīng)用，通?？梢詮募夹g(shù)上和經(jīng)濟(jì)上支持建筑規(guī)劃和初步設(shè)計(jì)工作。在制定施工計(jì)劃時(shí)，必須考慮建筑物的質(zhì)量和功能要求，并進(jìn)行可行性研究。這為建設(shè)項(xiàng)目的開發(fā)提供了一個(gè)可視化模型，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷以進(jìn)行糾正和改進(jìn)。

（二）各專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)

通過使用Revit 鏈接到一個(gè)中央?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)文檔，各個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)計(jì)師可以隨時(shí)看到最新的圖紙[1]。例如，電纜系統(tǒng)中的外部數(shù)據(jù)點(diǎn)通常與電源插座處于同一水平。所以在映射外部數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，可以參考強(qiáng)電專業(yè)中心模型文件。如果某些信息點(diǎn)沒有電源插座，可能會(huì)求助有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)電氣工程師及時(shí)添加可靠的電源插座。智能系統(tǒng)插槽與電力線橋之間的距離通常符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如果需要將電纜穿過插槽，可以鏈接大電流模型的中間文件，然后根據(jù)強(qiáng)電流連接器的位置迅速找到智能系統(tǒng)插槽，以免浪費(fèi)時(shí)間。

（三）BIM 技術(shù)在招投標(biāo)中的應(yīng)用

目前建筑公司的競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)幾乎沒有區(qū)別：公司資質(zhì)、法人、標(biāo)準(zhǔn)工程、證書等，這些指標(biāo)不具備必要的技術(shù)含量，而競(jìng)爭(zhēng)最終趨勢(shì)只會(huì)是價(jià)格戰(zhàn)。報(bào)價(jià)越低越容易中標(biāo)，但項(xiàng)目成本會(huì)在實(shí)際施工中暴漲，導(dǎo)致建筑業(yè)務(wù)頻繁中斷。此外，項(xiàng)目的建設(shè)成本近年來大幅上漲，材料價(jià)格中的水泥、黃砂、鋼材等原材料的價(jià)格穩(wěn)步增長，人工成本也大幅增加。BIM 技術(shù)可以自動(dòng)生成材料和設(shè)備的BOM，為計(jì)算項(xiàng)目范圍、成本、預(yù)算和最終報(bào)告提供良好的技術(shù)支撐，同時(shí)使用BIM 模型也可以顯著提高施工預(yù)算的實(shí)際計(jì)算效率，并降低計(jì)算誤差出現(xiàn)的概率。

（四）在工程實(shí)施中的應(yīng)用

如今，許多業(yè)主要求總承包商能夠使用BIM 技術(shù)。在項(xiàng)目實(shí)施中使用BIM 可以避免許多錯(cuò)誤，確保項(xiàng)目質(zhì)量，并科學(xué)合理地對(duì)施工進(jìn)度和成本進(jìn)行管控。BIM 技術(shù)為項(xiàng)目管理人員提供3D 圖、動(dòng)畫和渲染建筑產(chǎn)品的分步說明。在施工階段，建筑信息模型可用于模擬施工和匹配施工圖，包括土木工程的建設(shè)、安裝與建筑物碰撞檢查。虛擬深化圖的作用是提前發(fā)現(xiàn)和解決問題，避免多次返工或停止施工等問題，可以降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，減少設(shè)計(jì)變更，控制施工成本。虛擬BIM 施工技術(shù)還可以模擬鋼筋捆扎、砌體施工、門窗安裝、墻體地板的施工和組裝等功能。

在項(xiàng)目管理中使用BIM 技術(shù)不僅可以評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)條件，還可以為制定工作計(jì)劃、施工流程和規(guī)劃施工現(xiàn)場(chǎng)提供基礎(chǔ)。BIM 技術(shù)能夠整合施工計(jì)劃和材料采購計(jì)劃，直接生成5D 集成的材料統(tǒng)計(jì)，為裝配提供采購和準(zhǔn)備信息，減少材料浪費(fèi)，控制施工成本[2]。施工信息模型可以捕捉施工階段索賠和違約的對(duì)應(yīng)信息和參數(shù)，并在竣工階段直接從施工信息模型中確定施工計(jì)費(fèi)成本，從而避免計(jì)費(fèi)過程中的成本糾紛。

（五）綠色設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

保護(hù)環(huán)境的生態(tài)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑技術(shù)的新要求標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要加強(qiáng)建筑行業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境保護(hù)控制。BIM 技術(shù)可以在建筑規(guī)劃中對(duì)建筑物的采光通風(fēng)進(jìn)行綜合分析和討論，并根據(jù)人的舒適度及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化草圖，以更好地符合住戶基本要求。同時(shí)，BIM 技術(shù)的運(yùn)用還可以為綠色設(shè)計(jì)提供技術(shù)依托，因此BIM 技術(shù)的未來發(fā)展非常樂觀。

（六）BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化改進(jìn)措施

為改善BIM 技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中各種問題和不足的實(shí)施影響，現(xiàn)階段需要深化改進(jìn)和優(yōu)化的力度，實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的有效落實(shí)。主要改進(jìn)包括以下幾點(diǎn)：首先，需要確保BIM 技術(shù)可以用于最合適的設(shè)計(jì)過程。相關(guān)工作人員需要通過分析一個(gè)建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)的各個(gè)方面的需求來明確BIM 是如何有效實(shí)現(xiàn)的，以確保應(yīng)用該技術(shù)能夠真正向企業(yè)提供最大化的利益。其次，優(yōu)化BIM 技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化，避免項(xiàng)目方法和實(shí)踐中的不一致和沖突，并最大限度地提高未來的BIM 進(jìn)步。最后，還需要?jiǎng)?chuàng)新BIM 技術(shù)，讓BIM 技術(shù)更加實(shí)用，才能在更廣泛的項(xiàng)目中使用，避免在實(shí)際實(shí)施過程中出現(xiàn)一些棘手的錯(cuò)誤。

結(jié)語

綜上所述，BIM 技術(shù)在建設(shè)規(guī)劃中的應(yīng)用十分關(guān)鍵，具有非常重要的實(shí)用價(jià)值和突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)踐中，BIM 技術(shù)還存在許多不足和需要改進(jìn)的問題。隨著中國建筑業(yè)的快速發(fā)展，BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用逐漸成為建筑行業(yè)的主流。因此，BIM技術(shù)必須及時(shí)適應(yīng)最新的技術(shù)發(fā)展，才能更好地操作工程機(jī)械，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，為建筑行業(yè)的未來發(fā)展做出有效貢獻(xiàn)。