研究BIM技術(shù)及其在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

李剛

（招商局蛇口工業(yè)區(qū)控股股份有限公司，上海 200126）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的高層化發(fā)展已經(jīng)成為趨勢，工程建設(shè)對設(shè)計工作質(zhì)量與效率的需求越來越大。然而，建筑各專業(yè)之間的關(guān)聯(lián)性增加了建筑設(shè)計質(zhì)量控制的難度。BIM技術(shù)，作為能夠改善這一現(xiàn)狀，降低設(shè)計工作開展難度的技術(shù)，應(yīng)引起工程建設(shè)者的重視，并切實運用到實際工程項目的建設(shè)當(dāng)中。但由于工程建設(shè)者并未充分掌握BIM技術(shù)的應(yīng)用特點，使得該技術(shù)運用的效果價值無法發(fā)揮出來。故，相關(guān)人員需將BIM技術(shù)的建筑設(shè)計應(yīng)用作為重點科研對象，以提升建筑物建設(shè)工作開展的科學(xué)合理性，進而推動行業(yè)穩(wěn)步向前發(fā)展。

1 建筑設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

研究表明，在建筑工程的全生命周期中設(shè)計階段對整個項目的造價影響在75%～85%之間。如不對設(shè)計質(zhì)量、效率以及各專業(yè)間的碰撞問題進行合理解決控制，就會在實施建設(shè)階段出現(xiàn)高額成本、質(zhì)量下降、治理隱患、工期延誤以及后期運營維護難度大等問題。嚴重的還會造價產(chǎn)生不可估計的影響。BIM技術(shù)，其對建筑全生命周期的整體效率提升有著功能性作用，但在現(xiàn)階段使用范圍有限。一些大型項目在強制要求背景下，雖運用BIM技術(shù)，但多集中在項目展示。究其原因，與BIM技術(shù)需要耗費大量人力財力密切相關(guān)，業(yè)主方從經(jīng)濟角度出發(fā)很難提高應(yīng)用BIM技術(shù)的積極性。為此，研究人員提出將BIM技術(shù)運用于設(shè)計階段，在提升設(shè)計工作開展效率的同時，為后續(xù)全生命周期各個階段的技術(shù)運用提供推廣依據(jù)。本文通過分析建筑設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用特點，以為運用BIM技術(shù)開展協(xié)同設(shè)計工作提供一些理論支撐，進而使相關(guān)建設(shè)者能夠充分認識到此技術(shù)運用所帶來的優(yōu)勢與積極意義。同時，對實際設(shè)計使用過程情況進行闡述，其目的在于推動建筑行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展，進而服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)的全面發(fā)展進程。

2 關(guān)于建筑設(shè)計中BIM技術(shù)的應(yīng)用特點

2.1 建筑模型可視性

可視性，顧名思義就是將視覺畫面呈現(xiàn)給觀看者。以往AutoCAD、PKPM以及天正建筑生成的立面圖、平面圖以及結(jié)構(gòu)配筋圖等建筑設(shè)計技術(shù)都無法為設(shè)計人員與業(yè)主方提供直觀且視覺上的效果，工程建設(shè)者只能通過頭腦想象力才能構(gòu)造出模型。雖然上述建筑設(shè)計技術(shù)具備3D模擬功能，但多是以線條狀圖形進行展示，無法實現(xiàn)建筑物實際建設(shè)情況的觀測功能。只能在建筑項目竣工后才能看到建筑物情況，不能根據(jù)需求在前期設(shè)計階段進行有效調(diào)整控制。BIM技術(shù)的運用，能夠通過三維建模、渲染實際效果以及動畫形式表達等功能，來為建筑物提供前期效果展示，以使其能夠生動形態(tài)地展現(xiàn)出目標(biāo)狀態(tài)。

2.2 協(xié)調(diào)不同工種一致性

建筑物工程被劃分為多個方面，每個方面由不同項目專業(yè)人員單獨完成設(shè)計，在后期，才進行整合。然而，項目涉及的專業(yè)跨度較大，不同專業(yè)的設(shè)計者自根據(jù)本專業(yè)情況出圖紙。在工程量大且方案雜亂無序的情況下，不同部門的溝通成本較大，最終設(shè)計方案的確定甚至?xí)霈F(xiàn)無法協(xié)調(diào)一致的情況。BIM技術(shù)的運用，不同專業(yè)可根據(jù)同一個三維模型開展設(shè)計工作，不僅節(jié)省了各專業(yè)溝通整合時間，還提高了分工協(xié)作效率。避免因交流不及時、不全面而出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等問題，從整體角度提升了建筑物建設(shè)使用的質(zhì)量效果。

2.3 優(yōu)化整體性

建筑項目從方案提出、設(shè)計、施工、竣工，再到后期運營，均需要對信息進行改進與完善。BIM技術(shù)的運用，規(guī)避以往建筑程序數(shù)據(jù)缺失、施工階段交流不及時、工期長以及效率不高等問題，通過信息庫儲存建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)與詳細數(shù)據(jù)。如此，無論是建筑物具有多樣性、復(fù)雜性的外在形態(tài)，還是結(jié)構(gòu)內(nèi)部構(gòu)件、施工使用材料，均可詳細體現(xiàn)。設(shè)計人員通過運用工具就可對當(dāng)前三維模型進行完善，無須反復(fù)改稿處理。

2.4 增強各模型間關(guān)聯(lián)性

當(dāng)建筑物與結(jié)構(gòu)模型處在BIM技術(shù)環(huán)境下，是以不同維度狀態(tài)存在的，其之間既是一個整體，又相互關(guān)聯(lián)。設(shè)計者可通過構(gòu)建模型來獲取相關(guān)對象。如設(shè)計人員在原模型數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上更改部分內(nèi)容時，其他關(guān)聯(lián)的部門與最終的構(gòu)建模型也會發(fā)生動態(tài)改變。而且，共用數(shù)據(jù)庫的各專業(yè)設(shè)計人員，均可得到動態(tài)信息變化。此功能的實現(xiàn)，能夠在大幅減少設(shè)計者工作量同時，為更新方案的分析改善提供良好平臺環(huán)境。

2.5 模型可出圖性

當(dāng)建筑物與構(gòu)件的設(shè)計工作完畢后，就可獲得三維模擬圖。BIM技術(shù)的運用，能夠為建筑設(shè)計施工階段提供所需的立面圖、平面圖、剖面圖以及管道圖等。此技術(shù)功能，整合了建筑所有二維圖紙于一體。如需要出具相關(guān)圖紙，只需使用出圖功能就可完成模型出圖[1]。

3 BIM技術(shù)及其在建筑設(shè)計中的應(yīng)用控制實踐

某商業(yè)建筑地上10層，地下3層，屬于高層建筑。其中地下3層為機動車庫、設(shè)備用房；地上1-7層為商場、設(shè)備用房；8-10層為餐飲、設(shè)備用房。設(shè)計采用BIM技術(shù)，初期在平臺完成了項目信息注冊與各項設(shè)置，此后，再進行各專業(yè)設(shè)計。以下內(nèi)容，為具體設(shè)計應(yīng)用過程。

3.1 明確創(chuàng)建過程

第一步是注冊項目，輸入項目名稱與工程概況。第二步是面向BIM技術(shù)的協(xié)同平臺專業(yè)權(quán)限設(shè)置，完成各類設(shè)計人員信息與權(quán)限設(shè)置工作。第三步是創(chuàng)建建筑項目群，將相關(guān)方添加到項目群，以為后續(xù)溝通交流提供基礎(chǔ)。這里的模塊與微信類似，但也存在一定差異。如此，各單位、專業(yè)在溝通交流過程，就可以實時狀態(tài)共享BIM模型，大幅提升溝通效率。

3.2 構(gòu)建模型

本工程采用Revit Architecture軟件來完成構(gòu)件設(shè)計，如梁、樓梯、結(jié)構(gòu)墻以及主體等。同時，在BIM模型基礎(chǔ)上，與給排水專業(yè)進行協(xié)同設(shè)計，以為建筑結(jié)構(gòu)、給排水以及建筑設(shè)計等專業(yè)提供協(xié)同工作條件。具體來說，就是從二維圖紙出發(fā)，從空間上完成梁、柱以及墻等構(gòu)件的布設(shè)。此過程，先要導(dǎo)入CAD二維平面圖紙，而后，對圖紙位置進行針對性調(diào)整。這里的調(diào)整是指，保證其與軸網(wǎng)的對應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，開展柱、墻等構(gòu)件的繪制工作。圖1為立面與平面視圖中柱子與墻體的情況顯示。

圖1 一層墻體立面

當(dāng)柱與墻的構(gòu)件布置完成后，就可著手梁與板等構(gòu)件的布設(shè)。在與給排水專業(yè)進行協(xié)同設(shè)計的過程中，這里的結(jié)構(gòu)柱與建筑柱存在差異。后者目的在于裝飾，前者則表示為承重重量與上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件支撐。值得注意的是，由于梁、墻都是承重構(gòu)件，因此，在設(shè)計過程中需從綜合角度出發(fā)，考慮荷載分析與結(jié)構(gòu)構(gòu)件布設(shè)計算。項目墻體構(gòu)建完成后，就可對建筑其他構(gòu)建進行模型構(gòu)建。如屋頂、樓梯、樓板以及窗門等。因Revit軟件具備樣板族文件，因此，軟件操作人員只需通過調(diào)用于編輯即可著手構(gòu)件模型的創(chuàng)建。

3.3 設(shè)計檢測分析

當(dāng)各個專業(yè)模型構(gòu)建完畢后，就可將各自模型上傳至平臺進行合模檢測工作。當(dāng)檢測結(jié)果分析完畢，就可對設(shè)計進行優(yōu)化調(diào)整。圖2為結(jié)構(gòu)及設(shè)備管道合模模型檢測的構(gòu)件碰撞。

圖2 模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件碰撞

根據(jù)檢測沖突報告內(nèi)容，對圖中模型對應(yīng)的碰撞點進行分析與修改。沖突消除后，要再運行沖突檢測功能，以避免模型修改操作對其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生新的碰撞沖突問題影響。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計與給排水專業(yè)之間的沖突，也可運用此功能進行消除[2]。圖3為結(jié)構(gòu)與給排水專業(yè)的設(shè)計沖突情況。

圖3 模型結(jié)構(gòu)與管道構(gòu)件碰撞

除去必要的建筑各專業(yè)構(gòu)件模型構(gòu)建過程，還要對項目進行協(xié)同優(yōu)化。首先，需要對設(shè)計沖突檢測進行優(yōu)化。第一次合模檢測的碰撞共657個。協(xié)同設(shè)計人員可通過對沖擊點的索引，快速找到?jīng)_突點位置，以提高修改工作開展效率。其中結(jié)構(gòu)沖突點修改，應(yīng)交由結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計人員完成。同樣，其他專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計沖突點，也要交由歸屬專業(yè)設(shè)計者完成修改處理。BIM技術(shù)在沖突檢測中的作用體現(xiàn)在，能夠大幅提升各專業(yè)對設(shè)計圖紙修改的效率與質(zhì)量。

此外，對于設(shè)計凈空的優(yōu)化工作，BIM技術(shù)的運用主要通過將虛擬人物防治在建筑物內(nèi)部，經(jīng)漫游來找出凈高存在問題的樓層。而后，就可根據(jù)層高參數(shù)調(diào)整來優(yōu)化，以提高凈空優(yōu)化工作效率。表1為項目優(yōu)化數(shù)據(jù)情況。

表1 設(shè)計凈空優(yōu)化情況

對于管線設(shè)計優(yōu)化工作，應(yīng)從綜合角度出發(fā)，即通過與各專業(yè)的溝通交流來協(xié)同設(shè)計優(yōu)化。面向BIM技術(shù)的三維模型具有直觀簡單特點，能夠經(jīng)沖突檢測來提高建筑物的整體設(shè)計質(zhì)量。圖4為管線綜合優(yōu)化前后對比效果。

圖4 管線綜合優(yōu)化對比

具體協(xié)同設(shè)計優(yōu)化過程，各專業(yè)設(shè)計者可在項目群中進行交流，并運用截取三維圖形功能，來提高溝通效率。此外，文件存儲功能與權(quán)限管理功能，還為各專業(yè)模型的傳遞提供了平臺，有效降低了文件傳遞出錯概率[3]。由此可見，BIM技術(shù)運用為建筑協(xié)同設(shè)計提供的功能服務(wù)，將實現(xiàn)設(shè)計溝通與項目管理等多種需求目標(biāo)，切實提升了建筑設(shè)計效率的整體性。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑設(shè)計應(yīng)用BIM技術(shù)前，需對具體流程進行明確，以為后期構(gòu)件模型、沖突檢測以及協(xié)同設(shè)計優(yōu)化等工作提供基礎(chǔ)。事實證明，只有從協(xié)同角度出發(fā)，才能使各專業(yè)部門的設(shè)計工作質(zhì)量與效率得到提升。