BIM 技術(shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)施工過(guò)程的優(yōu)化拓展研究

摘 要：近年來(lái)，隨著建筑行業(yè)的信息化水平的提高，BIM的的應(yīng)用也逐步成熟。通過(guò)科學(xué)調(diào)整BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型），以及利用碰撞試驗(yàn)等功能，全面驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性，并可以針對(duì)三維模型，全面優(yōu)化施工方案，根據(jù)模型的可視化功能進(jìn)行施工。通過(guò)BIM的引入，極大地幫助了管理人員解決建筑設(shè)計(jì)和施工中的各種問(wèn)題，提升了現(xiàn)場(chǎng)施工的效率。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建筑工程技術(shù)和管理方法也在完善。BIM作為先進(jìn)的技術(shù)工具，其應(yīng)用對(duì)于工程項(xiàng)目的的設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)方面，都發(fā)揮著重要作用?；诖耍恼玛U述了BIM在建筑設(shè)計(jì)及施工中的作用優(yōu)勢(shì)，分析其在項(xiàng)目實(shí)施中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM;建筑設(shè)計(jì);施工;優(yōu)化;研究

中圖分類號(hào)：TU71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）03-0019-03

0引言

BIM作為新型的技術(shù)，逐漸應(yīng)用于建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)?施工以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，并發(fā)揮著重要作用。借助其3D模型功能，可向工程人員直觀展示項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，幫助設(shè)計(jì)人員不斷優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)缺陷和錯(cuò)誤的發(fā)生，促進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施順利，提升了工程設(shè)計(jì)和施工的科學(xué)性和?經(jīng)濟(jì)可行性。BIM在使用中，以空間位置?結(jié)構(gòu)尺寸等基礎(chǔ)工程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用建模軟件體現(xiàn)在三維模型中。得益于BIM模型的三維特性，幫助設(shè)計(jì)和施工人員提高了工作效率和質(zhì)量，節(jié)省了大量的施工成本。

1 BIM技術(shù)的內(nèi)涵及其優(yōu)勢(shì)

1.1 BIM技術(shù)的內(nèi)涵

BIM融入了工程建筑?計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)等多種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷改進(jìn)和優(yōu)化后其功能越來(lái)越智能化和全面。因此，該技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)及施工中得到了全面的推廣和應(yīng)用，并取得了非常好實(shí)際應(yīng)用效果。BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了建筑施工結(jié)構(gòu)的三維建模和動(dòng)態(tài)化管理。由于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，能有效幫助設(shè)計(jì)人員提高了建筑設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性及合理性，以準(zhǔn)確評(píng)估建筑結(jié)構(gòu)的施工和應(yīng)用的安全性。

1.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.2.1可視化特性

在工程應(yīng)用中，技術(shù)人員能將整個(gè)項(xiàng)目項(xiàng)目各時(shí)期的施工信息和數(shù)據(jù)整合到模型中。利用BIM技術(shù)全面對(duì)工程設(shè)計(jì)?工程成本?施工進(jìn)度等進(jìn)行全面的管理。全面發(fā)揮該技術(shù)在工程建筑設(shè)計(jì)和施工應(yīng)用中的重要作用。主要體現(xiàn)在，首先是BIM的可視化特性。在工程具體實(shí)施過(guò)程中，管理人員通過(guò)根據(jù)對(duì)特定項(xiàng)目實(shí)際和工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，建立實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程建設(shè)的全過(guò)程管理。為設(shè)計(jì)和施工管理人員提供直觀的施工過(guò)程信息，幫助其及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)和施工中的問(wèn)題，確保建筑工程設(shè)計(jì)和施工參數(shù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案的不斷優(yōu)化，使工程項(xiàng)目實(shí)施的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到全面控制。

1.2.2參數(shù)化應(yīng)用

該技術(shù)應(yīng)用原理是利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)信息化技術(shù)，通過(guò)專業(yè)化的軟件和設(shè)備，對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)。并通過(guò)輸入項(xiàng)目信息參數(shù)，創(chuàng)建數(shù)字模型。如果在設(shè)計(jì)或施工中發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題，只要改變相關(guān)設(shè)計(jì)或施工參數(shù)即可完成操作，極大的優(yōu)化了工程設(shè)計(jì)和管理效率和質(zhì)量。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了投資建設(shè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。更靈活的操作是在項(xiàng)目實(shí)施的各階段，及時(shí)對(duì)工程參數(shù)模型中的信息進(jìn)行更新或修改。并能促進(jìn)各項(xiàng)目參與方在設(shè)計(jì)?實(shí)施和運(yùn)營(yíng)中進(jìn)行充分的交流，以提升建筑工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量。

2 BIM的主要應(yīng)用功能

2.1 提高工程設(shè)計(jì)優(yōu)化質(zhì)量

建筑工程中的設(shè)計(jì)優(yōu)化，通常是指工程設(shè)計(jì)中的碰撞測(cè)試。它是使用 BIM 模型驗(yàn)證和檢測(cè)項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)元素間的結(jié)構(gòu)沖突及合理性。這些圖元可以是模型中一組，也可能是全部。通過(guò)碰撞試驗(yàn)，使其在施工前全部識(shí)別未來(lái)施工中存在的問(wèn)題，并全面分析各安裝組件和管道以及建筑物和結(jié)構(gòu)間的空間關(guān)系。使用模型進(jìn)行碰撞分析，能有效減少了傳統(tǒng)二維圖形中出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤?遺漏的缺點(diǎn)，提高了工程施工效率和質(zhì)量。

2.2 工程項(xiàng)目協(xié)調(diào)與一體化設(shè)計(jì)管理

一般來(lái)說(shuō)，工程的規(guī)模都比較大，很多工程圖紙也非常復(fù)雜。設(shè)計(jì)施工圖時(shí)要考慮和分析的因素很多。如理解問(wèn)題不全面，就會(huì)影響項(xiàng)目實(shí)施的質(zhì)量。因此，項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中要加強(qiáng)與施工方和業(yè)主間的聯(lián)系，以保證項(xiàng)目實(shí)施合理性和經(jīng)濟(jì)性，減少施工中的沖突問(wèn)題，充分發(fā)揮了BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)和施工的管理作用。如在項(xiàng)目施工前，建立BIM建筑模型，對(duì)項(xiàng)目的各環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致審查，協(xié)調(diào)施工過(guò)程中的碰撞或流程交叉問(wèn)題。統(tǒng)一的三維模型為設(shè)計(jì)人員和施工人員提供一致的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)施工管理內(nèi)容。BIM在施工設(shè)計(jì)中，能極大的改善空間規(guī)劃的協(xié)調(diào)性，保證了主體結(jié)構(gòu)與整體項(xiàng)目的協(xié)調(diào)性。通過(guò)利用BIM工程信息模型，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直觀呈現(xiàn)，便于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題，確保可以進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，降低了施工變更的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)采取有效的預(yù)防措施，確保工程的順利進(jìn)行。借助工程建模對(duì)工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，技術(shù)人員也可根據(jù)設(shè)計(jì)要求創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)建模數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，充分整合和利用工程數(shù)據(jù)，通過(guò)建模實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可視化。明確反應(yīng)結(jié)構(gòu)位置以及使用材料等，為優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工提供必要的依據(jù)。當(dāng)需要對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行變更時(shí)，可及時(shí)在模型上進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行可行性測(cè)試驗(yàn)。通過(guò)智能化的分析，確保了設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)起到重要作用[1]。

3 BIM技術(shù)在建筑工程中實(shí)際應(yīng)用

3.1 場(chǎng)地布局

傳統(tǒng)場(chǎng)地布置，通常由技術(shù)管理人員根據(jù)CAD平面圖，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)建實(shí)施場(chǎng)地布置。由于圖紙是二維平面，沒(méi)有模型信息，技術(shù)人員也只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)布置場(chǎng)地，所以很難發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地布置中存在的問(wèn)題。而運(yùn)用BIM能實(shí)現(xiàn)演練施工現(xiàn)場(chǎng)布置，通過(guò)三維模型，避免施工中的工作及設(shè)備安裝范圍的碰撞?空間布置缺位，以及材料加工及運(yùn)輸距離過(guò)大等問(wèn)題。提升了現(xiàn)場(chǎng)安全和文明施工水平和成本控制。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，借助場(chǎng)地規(guī)劃功能，技術(shù)人員能創(chuàng)建場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)場(chǎng)地建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，通過(guò)輸入相關(guān)信息數(shù)據(jù)，為場(chǎng)地建筑物提供了準(zhǔn)確的族文檔。在進(jìn)行3D建模時(shí)，可直接將族文件打包導(dǎo)入3D模型，提高了3D模型的速度和精度。根據(jù)之后可根據(jù)創(chuàng)建的三維模型，調(diào)整設(shè)備進(jìn)出以及施工運(yùn)輸路徑。合理安排辦公區(qū)?生活區(qū)?物料儲(chǔ)存以及塔吊電梯等內(nèi)容的布置[2]。

3.2 VR 技術(shù)與BIM在建筑工程中的應(yīng)用

目前建筑業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一，是如全合理規(guī)劃資源以及相關(guān)通信平臺(tái)的創(chuàng)建。 BIM 和 VR 技術(shù)的結(jié)合，為解決該方面的問(wèn)題提供了方便。BIM技術(shù)的應(yīng)用得到建筑行業(yè)的全面支持。5G技術(shù)的發(fā)展，更為建筑業(yè)的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。在創(chuàng)建模型時(shí)，BIM 和VR技術(shù)的應(yīng)用，使建筑模型更加具體。虛擬屏幕為用戶提供了更有視覺(jué)體驗(yàn)的交互設(shè)計(jì)。雖然CAD的三維模型，在主觀視覺(jué)上有明顯提升，但其設(shè)計(jì)效果還處于起步階段，其表現(xiàn)能力有限。在實(shí)際施工中，部分結(jié)構(gòu)可能還不清楚。但隨著虛擬技術(shù)的引入，BIM與VR技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，提供了最真實(shí)的視覺(jué)體驗(yàn)，為工程施工提高了資源的利用率。同時(shí) VR+BIM技術(shù)極大的促進(jìn)了未來(lái)建筑業(yè)的發(fā)展。通過(guò)VR提高了 BIM建模的真實(shí)感，提高對(duì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的捕捉精度和分辨率。

3.3 BIM在施工進(jìn)度管理中的應(yīng)用

為保證建筑項(xiàng)目的按時(shí)完工，必須對(duì)建設(shè)過(guò)程進(jìn)行全方位管理，以縮短建設(shè)工期并提升工程質(zhì)量，確保進(jìn)度計(jì)劃目標(biāo)滿足合同要求。因此，在工程管理工作中，技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)BIM技術(shù)的運(yùn)用。通過(guò)對(duì)工程建設(shè)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合整理，以妥善應(yīng)對(duì)建設(shè)中存在的風(fēng)險(xiǎn)。分析不同施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)的合理應(yīng)用，加強(qiáng)了不同施工間的協(xié)調(diào)和互動(dòng)，有效提高了施工階段進(jìn)度管理質(zhì)量[3]。同時(shí)，通過(guò)創(chuàng)建直觀的建筑結(jié)構(gòu)模型，工程管理人員全面了解施工信息和數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)的支持下，與進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比，以便及時(shí)調(diào)整工程計(jì)劃方案。通過(guò)科學(xué)的調(diào)整施工方案，以最大限度地縮短施工周期，確保工程的按時(shí)完成。

3.4 BIM在施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

在建筑工程質(zhì)量管理過(guò)程中，不僅要考慮的施工標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，還要結(jié)合各種施工技術(shù)應(yīng)用參數(shù)進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)加強(qiáng)BIM技術(shù)在質(zhì)量管理中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定結(jié)構(gòu)的定向分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行全面優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的質(zhì)量監(jiān)督管理體系[4]。此外，結(jié)合BIM技術(shù)的動(dòng)態(tài)模型管理，技術(shù)人員可對(duì)施工圖及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的規(guī)范化管理?；贐IM技術(shù)在施工質(zhì)量管理的實(shí)際效果，能及時(shí)糾正施工中的隱患，確保了施工質(zhì)量符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。與此同時(shí)，還能通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)人員進(jìn)行培訓(xùn)，確保施工人員能夠按照操作流程進(jìn)行施工作業(yè)，以全面提高項(xiàng)目整體施工水平。

3.5 BIM技術(shù)在預(yù)留鋼筋上的應(yīng)用

使用BIM Revit建立結(jié)構(gòu)模型，以建筑整體模型為前提，根據(jù)設(shè)計(jì)創(chuàng)建與鋼筋構(gòu)件匹配的內(nèi)容，完成鋼筋布置模型，并將模型導(dǎo)入NavisWorks進(jìn)行碰撞測(cè)試，解決和避免鋼筋布置問(wèn)題。在施工中利用BIM的可視化特性，檢查項(xiàng)目的合理性，通過(guò)預(yù)鉆孔預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)施工后可能出現(xiàn)的問(wèn)題。利用測(cè)量和標(biāo)注制作動(dòng)畫，組織人員熟悉施工過(guò)程。施工人員可以了解不同部位鋼筋種類?數(shù)量和裝配方法，了解裝配順序?工藝和進(jìn)度。在鋼筋安裝的實(shí)際施工中，根據(jù)基礎(chǔ)材料對(duì)鋼筋進(jìn)行定點(diǎn)安裝和精準(zhǔn)施工，可以提高項(xiàng)目施工精度，縮短工期，提高項(xiàng)目整體施工效率。使用BIM管理鋼筋，基于Revit數(shù)據(jù)庫(kù)整合模型，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出施工所需的鋼筋種類，以及施工計(jì)劃，保證了項(xiàng)目施工進(jìn)度。

3.6 BIM技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)施工安全管理的應(yīng)用

一般來(lái)建筑施工是大型的土木工程，在施工現(xiàn)場(chǎng)中需要大量的人力物力，存在很多潛在的威脅。因此，為了加強(qiáng)項(xiàng)目施工管理，避免突發(fā)事件的發(fā)生，在對(duì)施工管理中需要注意安全管理。使用BIM技術(shù)施工，可以保證現(xiàn)場(chǎng)施工的安全，最大限度地減少安全威脅。BIM技術(shù)對(duì)工程環(huán)境進(jìn)行建模，檢測(cè)結(jié)構(gòu)中隱藏的威脅，對(duì)施工中細(xì)微之處進(jìn)行建模，對(duì)施工方案進(jìn)行檢查，識(shí)別施工中的隱患[5]。為防止施工中可能發(fā)生事故，必須提前了解現(xiàn)場(chǎng)施工情況，做好相關(guān)環(huán)節(jié)的調(diào)查，確?，F(xiàn)場(chǎng)安全順利施工。

3.7 運(yùn)用BIM5D 軟件模擬

BIM5D是基于BIM的施工過(guò)程管理工具，通過(guò)將進(jìn)度?預(yù)算?資源?施工組織等關(guān)鍵信息與BIM模型進(jìn)行集成，可以模擬施工過(guò)程。雖然模擬的動(dòng)畫畫面不如3ds? Max制作的好，但動(dòng)畫過(guò)程與工期有關(guān)，所以查看具體工期的施工進(jìn)度和具體項(xiàng)目的成本非常方便。通過(guò)向技術(shù)人員展示BIM5D動(dòng)畫演示的技術(shù)交底，可以有效提高施工效率。圖1為BIM5D軟件對(duì)模型的碰撞檢查，與Revit軟件的碰撞檢查相同。它是為了檢查模型中組件體積之間可能的碰撞，這在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖中很難找到。

4結(jié)語(yǔ)

隨著建筑工程行業(yè)的發(fā)展，BIM技術(shù)的使用逐步增加，該技術(shù)的普及提高了建筑施工水平。借助BIM的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)和施工智能化管理，極大地提升了建筑工程的施工效率。在具體項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中，提供了全面的指導(dǎo)。并通過(guò)可視化建模功能，使工程設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單易行，提升了工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)在BIM應(yīng)用中，還能結(jié)合其他技術(shù)，對(duì)其功能進(jìn)行優(yōu)化和更新。如結(jié)合VR技術(shù)可提供交互設(shè)計(jì)和立體視覺(jué)體驗(yàn)。該技術(shù)可應(yīng)用于模擬整個(gè)施工過(guò)程，并有效結(jié)合實(shí)際工程，保證了建筑實(shí)施的準(zhǔn)確性。利用BIM優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃以及合理控制施工過(guò)程，全面的促進(jìn)了建筑工程業(yè)的管理質(zhì)量和企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

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Research on BIM Technology's Optimization and Expansion of Building Design and Construction Process

GAO Yifan

（China Communications First Public Bureau Group Co.， Ltd.， Beijing? 100000）

Abstract： In recent years， with the improvement of the informatization level of the construction industry， the application of BIM has gradually matured.? Through scientific adjustment of the BIM parameterized model and the use of collision tests and other functions， the feasibility of the design scheme is fully verified， and the construction scheme can be fully optimized for the three-dimensional model， and the construction can be carried out according to the visualization function of the model. The introduction of BIM has greatly helped managers to solve various problems in architectural design and construction， and improved the efficiency of on-site construction. At the same time， because engineering design is an important part of the construction process， it directly affects the benefits of engineering construction. With the advancement of science and technology， construction engineering technology and management methods are also improving. As an advanced technical tool， BIM's application plays an important role in the design， construction and operation of engineering projects. Based on this， this article explains the advantages of BIM in architectural design and construction， and analyzes its specific application in project implementation.

Keywords： BIM; architectural design; construction; optimization; research

收稿日期：2021-12-25

作者簡(jiǎn)介：高一凡（1992—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，工程師，研究方向：建筑設(shè)計(jì)施工。