BIM技術在建筑工程設計中的應用優(yōu)勢

趙曉雄（北京城建華泰土木工程有限公司，北京 100000）

建筑工程設計質(zhì)量和效率一直是建筑行業(yè)追求的目標，適當引入新的信息技術能夠為當前的建筑工程設計注入活力，提高設計水平。BIM技術和當前建筑工程設計相互融合，能夠顯著提高當前建筑工程的設計效率，節(jié)省設計成本，對推動建筑工程設計發(fā)展意義重大，希望通過本文的介紹，可以進一步加深人們對BIM技術的認識。

1 BIM技術

BIM技術作為一項信息技術，應用最多的行業(yè)就是土木工程行業(yè)。所謂的BIM技術，就是Building Information Modeling，在當前的發(fā)展過程中，也被稱為建筑信息管理，主要在施工項目前期進行項目的設計、施工、維護等全周期可視化模型應用。通過建立三維模型，就可以模擬一個建設項目的所有指標。有了有關建設項目的更準確信息，規(guī)劃人員可以更輕松地處理這些信息，并根據(jù)這些信息進行設計分析。BIM技術的應用離不開信息技術的支撐，在建筑工程的設計以及運行維護階段發(fā)揮著巨大的作用，在提高施工效率、節(jié)約施工成本方面效果較為顯著，是今后建筑行業(yè)發(fā)展必不可少的一項工程技術。BIM 技術具有模擬、協(xié)調(diào)、可視化等優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)的建筑設計手段，可以更好地支持建筑項目的設計。

2 傳統(tǒng)建筑設計中存在的問題

信息技術在社會發(fā)展以及科學技術的推動下，在各個行業(yè)中都得到了大范圍的應用。隨著當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步向信息化、智能化方向轉(zhuǎn)變，一些傳統(tǒng)的技術和設計理念將無法滿足未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求和社會主體在現(xiàn)實應用中的需求。傳統(tǒng)建筑實踐和技術的使用也在一定程度上阻礙了建筑設計行業(yè)的長期發(fā)展。

2.1 傳統(tǒng)建筑設計中存在的局限性

傳統(tǒng)的建筑設計過程通常借助二維的建筑模型，可以清楚地分析建筑的外部結(jié)構(gòu)，但建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于技術的限制無法清晰地看到，這就導致在進行建筑設計過程中沒有辦法確保對整個建筑進行分析。應用過去的設計方法進行建筑物外部設計之后，只能采用二維設計軟件比如PKPM 等對建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析，無法確保建筑工程的設計精度和質(zhì)量。由此說來，傳統(tǒng)的設計方法在應用上仍舊存在較大問題。此外，傳統(tǒng)的設計計算就是設計好外部結(jié)構(gòu)，采用規(guī)范上提供的公式進行簡單計算，由于人為因素的影響比較大，單靠主觀經(jīng)驗進行設計方案的分析，缺少一定的科學依據(jù)支撐，這也會使得整個建筑項目質(zhì)量無法保證。

2.2 傳統(tǒng)設計方式在空間設計中存在的問題

傳統(tǒng)設計過程中，進行空間設計時，也是首先采用二維模型進行建模，這是空間設計的基礎，但在具體的應用過程中，空間設計是立體三維模型，應用二維模型有時能夠滿足設計要求，但是大部分無法確?？臻g設計的要求，導致藍圖與真實情況存在一定誤差。此外，設計師在對結(jié)構(gòu)感知上會遇到結(jié)構(gòu)性空間障礙，導致后期項目規(guī)劃受限。

2.3 表達架構(gòu)設計結(jié)果的問題

當查看建設項目的結(jié)果時，傳統(tǒng)的建設項目以靜態(tài)格式顯示。設計企業(yè)后期進行了大量的后期處理和渲染效果來展示施工圖，但與動態(tài)展示相比還是有很大的局限性。后處理的建筑平面圖雖然能夠從多個視角對結(jié)構(gòu)進行展示，但是空間感的表達效果卻存在一定的至關體驗，同當前實際建筑相比，也存在較大差異?？偟膩碚f，二維的建筑圖形展示效果同三維模型相比仍舊存在較大差距，這是傳統(tǒng)建筑工程結(jié)構(gòu)設計一個顯著的缺點。

3 BIM技術的特點

3.1 建筑模型的可視性

視覺上的可見性，就是呈現(xiàn)給觀看者的視覺形象。過去的設計技術無法對設計師和業(yè)主產(chǎn)生視覺影響。AutoCAD、PKPM、天正建筑配筋圖生成的平面圖、立面圖、剖面圖和結(jié)構(gòu)圖，都是二維平面圖，供人們在腦海中構(gòu)建最終模型，但是這就需要設計人員需要有很多想象力，即使有3D 模擬能力，也無法觀察到建筑物的真實情況，它代表的是只有在項目完成后才能看到的線性圖。但是，BIM技術允許設計人員通過3D建模、真實效果渲染和動畫表示等功能預覽其狀態(tài)。

3.2 不同工種的協(xié)調(diào)一致性

項目通常分為幾個方面。這些方面由幾個項目的專業(yè)人員進行設計，稍后將進行整合。項目包括幾個專業(yè)，所有專業(yè)設計師都創(chuàng)建自己的設計，工作量很大，架構(gòu)很混亂。不同部門之間存在重大溝通問題，最終方案尚未達成一致，增加了工期，造成不必要的經(jīng)濟損失。BIM技術允許基于相同的3D模型設計不同的專業(yè)之間節(jié)省溝通和整合時間，最大限度地提高不同專業(yè)之間的分工效率，防止由于過早溝通而導致的數(shù)據(jù)丟失，提高了建筑的整體質(zhì)量。

3.3 整體優(yōu)化性

從方案的提出、設計到項目的建設和完成，再到后期的模型運行，整個過程中BIM 應用就是一個不斷改進和數(shù)據(jù)填充的過程，其整體的優(yōu)化性也能夠得到更直觀的表現(xiàn)，在BIM 中，數(shù)據(jù)的應用性、時效性變得隨機起來，也不存在之前的數(shù)據(jù)缺乏、設計周期長、設計效率低下等問題。其次，BIM技術的整體優(yōu)化性還在一定程度上將建筑工程的設計數(shù)據(jù)進行數(shù)字化存儲，這樣在后期的模型改建、外觀重新設計等方面都可以直接調(diào)用，也可以在之前的3D 模型中進行二次修改、完善，不用再進行重復的建模等工作。

3.4 各模型之間的關聯(lián)性

在BIM 中，建筑與結(jié)構(gòu)模型的維度不同，整體等價，相互關聯(lián)。使用已建立的模型，設計人員可以獲得所有相關的對象，在原有模型數(shù)據(jù)庫的基礎上，當設計者對建筑的某一部分進行改動時，其他相關部分和最終的仿真結(jié)果也得到動態(tài)跟蹤。隨著更改的進行，從公共數(shù)據(jù)庫中的所有設計人員收到的信息也會更新，此功能顯著減少了設計人員的工作量，并使設計人員更容易分析和改進架構(gòu)。

3.5 模型可繪制性

對建筑物和構(gòu)件進行設計、升級和優(yōu)化后，即可得到最終的3D效果圖。BIM可以提供建筑設計和施工階段所需的規(guī)劃圖、立面、剖面、鋼筋等圖紙以及報告。此功能支持將所有2D 圖紙通過數(shù)字化技術集成到當前的模型中去。采用出圖功能，也可以及時打印出想要的圖紙。

4 BIM技術在建筑設計中的應用

4.1 建筑設計前期的仿真模擬設計要點

BIM 技術需要對建筑項目的真實情況進行綜合分析，然后才能進行模型的虛擬構(gòu)建。因此，施工單位在開展項目施工工作前，利用BIM技術對項目的建設、運營、施工過程進行詳細分析，模擬應急響應。確保建筑物可以存在于設計階段，幫助我們解決各種問題，并針對問題提出有效的解決方案。在應用BIM 技術時，必須對建筑施工的所有流程、內(nèi)容和設計方案進行比較分析，然后再進行項目的模擬施工。以上步驟將幫助設計人員及時發(fā)現(xiàn)項目中隱藏的問題，討論問題并達成共識解決方案。

4.2 BIM技術在設計中的動態(tài)控制實際應用

在建模設計方案中，BIM技術通過分析相關數(shù)據(jù)和信息，促進模型改進，使模型更加準確。隨著更多信息和數(shù)據(jù)的學習，BIM 技術改進了建模技術，捕獲了更準確的數(shù)據(jù)，并幫助設計師創(chuàng)建了更好的設計解決方案。通過在實際施工前對項目計劃進行建模，并根據(jù)項目計劃分析施工過程，人們可以隨時隨地觀察施工進度，將施工計劃與實際進度進行比較，提出問題等。經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)分析，不僅有效減少了實際施工中的變化，而且根據(jù)相關數(shù)據(jù)和計劃，對實際施工中各項目的材料損失和價格進行分析，并采取行動。施工過程中材料浪費、財務損失等受到一定程度的管理。綜上所述，BIM技術在建筑設計中的運用，不僅保證了設計方案在施工過程中的成功運用，還減少了施工過程中的資源損失。

5 具體工程應用案例

5.1 工程概況

某理工學院科研樓實驗室和公共走廊線路具有復雜性，共有7個系統(tǒng)，包括特殊設計，局部走廊線路最多29條（包括線路在內(nèi)的3個大型通風系統(tǒng)）。在設計階段引入建筑信息模型（BIM）技術，并在施工階段根據(jù)實際情況進行調(diào)整，以解決合理的管道布置問題，保證管網(wǎng)的高度，確保項目的順利實施。

5.2 BIM技術的實施情況

BIM允許建筑信息化作為一種數(shù)據(jù)工具進行交互，應用于工程設計、施工和管理。如果數(shù)據(jù)完整且詳細，這不僅對規(guī)劃和施工階段有很大幫助，而且對建筑物的后續(xù)維護也有很大幫助，與此同時也能夠幫助設計人員以最快的速度參與工作，提高運維效率。

5.3 工作流程

在設計階段，BIM人員首先根據(jù)項目特點制定專門的服務方案并建立工作流程進行干預。在創(chuàng)建多專業(yè)BIM模型后，BIM人員首先規(guī)劃管道進入具有空間限制的密集管道區(qū)域模擬其可行性，設計單元重復多個設計，通過BIM技術建模分析，提出了有針對性的優(yōu)化計劃，并進行多次修改，保證設計方案的可行性。

5.4 出屋面風管位置的調(diào)整

完成的建筑物安裝了幾口管道井。根據(jù)實驗室的要求，各種通風管（支撐管）被放置在電纜管道中，并從屋頂椽板結(jié)構(gòu)中拉出，原設計風管的截面尺寸較大，按照原設計方案進行鋪設時，會在很多地方與橫梁發(fā)生碰撞，無法穿過橫梁。

為了解決這個問題，在BIM 技術的幫助下與現(xiàn)場專業(yè)設計師進行合作，部分改變了8 層風道的布置平面，改變了橫管的橫截面尺寸和部分位置。管道井中的立管進行了相應的調(diào)整。然后進行整條管道的施工深化，即第二次管道貫通，所有管道均基于滿足設計和規(guī)范要求，考慮施工可取性并符合后續(xù)運營和維護要求的假設。

放置和倒置在BIM模型中完成。在完成管道的詳細BIM模型后，BIM團隊從模型中導出了幾張詳細的圖紙，顯示了每根管道的平面位置和管板的高度，這些都是在各個領域的設計中考慮的。深度圖包括每個設施的總體規(guī)劃、每個實驗管的概述、走廊管的概述以及實驗墻的每個穿透的孔徑視圖。

5.5 水平管線的布設調(diào)整

科研樓共有七座專門設計的設施。除了傳統(tǒng)的消防、高壓、低壓和排水系統(tǒng)外，還有凈水和冷水供應系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、排風系統(tǒng)和變風量控制系統(tǒng)。在氧氣、氣體等的供應系統(tǒng)中，局部走廊的管道數(shù)量最多為29條。607 實驗室及其相鄰走廊是整個科研樓最密集的部分。實驗室有19 個風管，面積約200m2，天花板2.7m。在原設計中，外風管（630×400）和風管（800×400）沿著6樓的走廊與607實驗室相連，恒溫恒濕。走廊現(xiàn)有管線最低高度僅為3.2m，新建臨時吊頂設計為3.1m，不可能只考慮上面兩根管子的橫截面尺寸。

為滿足自由空間設計要求，BIM團隊對607室及相鄰走廊的管道布局進行了廣泛考慮，以達到最佳解決方案。通過重復對BIM 模型的分析和模擬，從風管復雜的607房間中提取了可用的空間，將室外風管和恒溫恒濕風管挪至當前的房間中去，并在允許范圍之內(nèi)對立管進行了更換，以此來完成設計方案的深化。通過這個深化方案，在一定程度上不僅保證了607房間的吊頂高度為2.7m，滿足設計要求，也保證了走廊的設計高度凈高滿足3.1m，滿足了設計要求。

5.6 應用效果和問題分析

科研樓采用BIM 技術預先定位，消除了大部分設計缺陷，減少了設計階段的返工。管道建設的深入工作在BIM3D 可視化環(huán)境中進一步完成，這樣可是設計方、施工方、監(jiān)理方等各個單位都深入到模型重建工作中來，對方案的整體設計、優(yōu)化有著更加清晰地認識。此外，通過各個設計團隊與BIM團隊合作，結(jié)合深化后的圖紙進行施工，消除了單個圖紙設計人員設計出的圖紙和其他專業(yè)人員“打架”的局面。

6 結(jié)語

由上述可知，在建筑工程設計中引入BIM 技術的優(yōu)勢較為明顯，在建筑設計的精度以及準確性方面均有明顯提高，通過具體的工程實例應用，BIM 技術的應用效果也更加明顯，希望通過本文的介紹，BIM 技術在今后的建筑工程設計中可以得到更大范圍的應用，為促進我國建筑工程行業(yè)發(fā)展貢獻力量。