BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計中的應(yīng)用

徐 剛

建筑工程涉及內(nèi)容較多且設(shè)計方面相對煩瑣，傳統(tǒng)設(shè)計階段因與實際情況不符造成多次返工的現(xiàn)象屢見不鮮，不僅影響建筑工程的整體施工進度，還不利于我國建筑工程設(shè)計的長遠發(fā)展。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)能在建筑工程全過程中為設(shè)計工作提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持，使工程設(shè)計人員的認知更精準，為后續(xù)開展相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。因此，對新時代建筑工程領(lǐng)域而言，積極應(yīng)用BIM 技術(shù)是相關(guān)從業(yè)人員需要深入學習的重要課題。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)是一種在計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的多維建筑模型信息集成管理技術(shù)。借助該技術(shù)可以整合施工過程中各個階段的數(shù)據(jù)及資源，解決分布式和異構(gòu)工程資料的一致性、全局共享等問題，為工程項目生命周期中的信息創(chuàng)建、管理與共享提供了有力支撐。

此外，BIM 技術(shù)以三維模型為依托模擬建筑工程的設(shè)計工作，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具。在建筑工程設(shè)計中運用BIM 技術(shù)能提升管理質(zhì)量與施工水平，使建筑工程設(shè)計更具科學性，同時也能有效減少設(shè)計中的錯誤，從而全面提升工程整體質(zhì)量[1]。在運用BIM 技術(shù)的過程中，工程設(shè)計人員可利用三維模型闡述設(shè)計內(nèi)容并形成設(shè)計圖紙，減少工程設(shè)計中不必要的煩瑣環(huán)節(jié)，從而提升建筑工程的設(shè)計效率。BIM 技術(shù)的具有以下幾個特點。

（1）可視性。傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計工作中，圖紙往往以平面的形式呈現(xiàn)，導(dǎo)致建筑工程設(shè)計工作缺乏科學性與精準度。利用BIM 技術(shù)可以客觀呈現(xiàn)建筑三維立體模型，同時更精準地體現(xiàn)建筑工程的整體結(jié)構(gòu)，使設(shè)計工作更具準確性與完整性[2]。

（2）模擬性。利用BIM 技術(shù)能動態(tài)模擬施工過程中的各項操作，精準模擬建筑工程的設(shè)計成果，為后續(xù)施工工作提供保障。BIM 技術(shù)還能運用系統(tǒng)模擬實驗的方法，結(jié)合各項數(shù)據(jù)給出最優(yōu)的建筑工程施工方案并逐步落實[3]。

（3）協(xié)調(diào)性與優(yōu)化性。一方面，利用BIM 技術(shù)能夠深入分析建筑工程圖紙中存在的問題并進行有效溝通，通過多方共同協(xié)調(diào)工作，對建筑工程設(shè)計工作提出最優(yōu)方案，全面解決設(shè)計問題，實現(xiàn)減少損失的目標。另一方面，利用BIM技術(shù)能夠優(yōu)化建筑工程方案與設(shè)計圖紙，避免出現(xiàn)重復(fù)設(shè)計的問題，使工程設(shè)計更高效，為建筑工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

2 BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計工作中的作用

2.1 有助于促進信息技術(shù)與建筑領(lǐng)域有機結(jié)合

信息技術(shù)的跨越式發(fā)展為我國建筑事業(yè)的發(fā)展提供了有利支撐，傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計在應(yīng)用信息技術(shù)的過程中存在局限性，主要針對設(shè)計局部或設(shè)計某個點進行應(yīng)用，無法有效銜接各個部分的具體數(shù)據(jù)或內(nèi)容，造成設(shè)計效率低、設(shè)計難度大等問題。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑工程設(shè)計工作能有效促進信息技術(shù)與建筑領(lǐng)域有機結(jié)合，實體展示建筑工程的整體情況，便于設(shè)計人員后續(xù)調(diào)整設(shè)計方案。由此可見，利用BIM 技術(shù)能有效加快建筑工程進度，減少工程設(shè)計環(huán)節(jié)中存在的問題，全面提升整體質(zhì)量。

2.2 有助于深化設(shè)計與節(jié)約時間成本

工程設(shè)計人員在BIM 平臺中能夠全面檢查設(shè)計圖紙中存在的問題并詳盡修改，全面優(yōu)化工程項目模型，有效節(jié)約時間與人力成本。在傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計工作中，工程設(shè)計人員構(gòu)建的建筑模型往往存在深度不足的情況，后續(xù)因設(shè)計問題易造成施工隱患。而BIM 技術(shù)支持建筑工程設(shè)計人員全方位、多角度觀察建筑模型，并采取碰撞檢查的方法排除設(shè)計圖紙中存在的碰撞情況。同時，工程設(shè)計人員借助BIM 平臺還能及時與施工人員溝通，雙方共同完善設(shè)計方案，為建筑后期施工打好基礎(chǔ)[4]。

2.3 有助于提升圖紙立體效果與設(shè)計有效性

與傳統(tǒng)的設(shè)計模式相比，應(yīng)用BIM技術(shù)能提升建筑工程設(shè)計的可視化程度，有效模擬后續(xù)施工過程并優(yōu)化建筑設(shè)計，大幅提升建筑工程的整體設(shè)計效率。以往的CAD 軟件僅能手工繪制建筑模型平面圖，借助BIM 技術(shù)則可使建筑模型向三維立體化的方向發(fā)展，使設(shè)計方案更具視覺效果。此外，借助BIM 技術(shù)還能做出建筑工程完工后的效果圖，使相關(guān)人員能夠依照完工效果及時改善設(shè)計環(huán)節(jié)中的不足，全面提升建筑工程設(shè)計的科學性與合理性。

3 BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于預(yù)算統(tǒng)計

以往建筑物機電綜合管線安裝工程中，施工人員普遍使用AutoCAD 軟件，該軟件以二維繪圖與三維設(shè)計為依托完成管線排布的設(shè)計工作，但應(yīng)用于機電綜合管線安裝工程中的效果并不理想。BIM 技術(shù)擁有完整的信息數(shù)據(jù)庫，能輔助施工人員獲得更精準的數(shù)據(jù)信息，并以此為依據(jù)對比管線布設(shè)前期環(huán)節(jié)的各類方案，綜合考量各方面的成本，從而選出最優(yōu)方案，節(jié)省資源。此外，云處理是BIM 技術(shù)中的一個重要環(huán)節(jié)，能為設(shè)計單位與施工單位等各方提供更精準的數(shù)據(jù)信息，有效落實機電綜合管線安裝工程。

3.2 應(yīng)用于綜合管線設(shè)計

目前，BIM 技術(shù)已日臻成熟，其在機電綜合管線安裝工程中得到了廣泛應(yīng)用。在具體應(yīng)用過程中需要注意以下3 點。第一，在機電綜合管線安裝工程的具體設(shè)計環(huán)節(jié)，需要權(quán)衡建筑物給排水、電氣、暖通等各方面的使用情況，并在此基礎(chǔ)上布置相應(yīng)管線。第二，針對布置過程中不同管線間存在的擠占與沖突問題，需要在遵循基本原則的基礎(chǔ)上利用BIM技術(shù)合理調(diào)配管線布置。BIM 技術(shù)具備的可視化功能可有效模擬管線排布工作中的擠占與沖突問題，使綜合管線在機電安裝工程中處于最合理的位置。第三，完成模擬后要為施工人員提供綜合管線布設(shè)詳圖。

3.3 應(yīng)用于綜合管線施工

在以往機電綜合管線施工工程中，人力與物力的浪費情況較為嚴重。施工人員需要審核施工圖紙，導(dǎo)致工期過長，人力資源耗費過多，且人工審核易存在失誤，不利于機電綜合管線施工有效進行。施工人員利用BIM 技術(shù)完成審核環(huán)節(jié)，不但可以使審核更精準，而且能夠節(jié)約人力資源成本。另外，借助BIM 技術(shù)還能有效模擬機電綜合管線安裝工作中涉及的各類施工工藝，有效形成機電管線三維模型，為施工人員提供更多依據(jù)，使其充分了解存在的不足并及時改進，有效縮短施工周期[5]。

3.4 應(yīng)用于綜合管線碰撞檢查

機電綜合管線安裝工程中要逐步排查并避免碰撞問題，借助BIM 技術(shù)能夠確認建筑物中的水、電、暖等管線分布狀態(tài)，有效解決碰撞問題。在具體檢查過程中，需要注重以下內(nèi)容。第一，檢查水、電、暖管道的一致性，確保各類管線都處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，同時保證配電室上方無衛(wèi)生間或盥洗室等功能房。第二，檢查建筑物中的配電箱，保證其不與浴室共用墻體。第三，檢查空調(diào)水管，保證其不在電氣控制柜的上方。第四，檢查水過濾裝置，確保此類裝置位于冷風機組入口。第五，檢查機電設(shè)備安裝工程中的各類預(yù)埋件，確保留洞情況符合工程項目要求。第六，檢查井道內(nèi)的設(shè)備，確保其與機房相關(guān)設(shè)備狀態(tài)一致。在各項檢查都完成后，即可使用BIM 技術(shù)模擬機電綜合管線模型。

3.5 應(yīng)用于場地分析

利用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)，可以對場地和建筑的空間數(shù)據(jù)進行建模，在規(guī)劃階段評價場地的利用狀況，并分析其特征，為新建工程的場地規(guī)劃、建筑布局等提供決策依據(jù)。隨著建設(shè)水平的提高，對建筑安全、文明建設(shè)也提出更高的要求，施工單位的首要目標就是施工現(xiàn)場規(guī)劃。因此，如何進行施工現(xiàn)場規(guī)劃與布局，消除安全隱患，是安全施工的首要工作。

工程建設(shè)中，經(jīng)常會因進度緩慢而忽視場地材料的合理堆放，或者因為設(shè)備放置不當而造成機械障礙，從而影響工程的施工進度。施工現(xiàn)場的布局要充分考慮各個作業(yè)區(qū)域的用途，并根據(jù)施工進度盡量減少場地布置的變動，保障現(xiàn)場標準化建設(shè)順利進行。借助BIM 技術(shù)可以合理規(guī)劃和布局施工現(xiàn)場，保證工程順利進行。

3.6 應(yīng)用于策劃論證

運用BIM 技術(shù)可有效提高項目策劃人員的工作效率。方案論證中，利用BIM技術(shù)能夠達到良好的交互效果，使用戶和業(yè)主能及時反饋信息。通過BlM 平臺還可以直觀展示項目的重點與難點，方便管理人員進行決策。

3.7 應(yīng)用于工程量統(tǒng)計

利用BIM 技術(shù)可以建立現(xiàn)場布局模型，細致統(tǒng)計施工現(xiàn)場的材料、設(shè)備、工程量等一系列的資料，編制相應(yīng)的工程量統(tǒng)計資料。二次開發(fā)中，借助BIM技術(shù)不僅可以構(gòu)建三維模型，還起到信息和數(shù)據(jù)交互的作用。例如，進行現(xiàn)場布置建模后，可統(tǒng)計模型的具體工程量，并用報表的形式有效統(tǒng)計每個設(shè)備的數(shù)量。同時，BIM 技術(shù)的建模是完全基于現(xiàn)有的工程量清單計價規(guī)則，所生成的工程量報表真實可信，不會出現(xiàn)由于建模規(guī)則問題而導(dǎo)致數(shù)據(jù)統(tǒng)計誤差。依據(jù)工程量清單，一方面方便后期的成本控制，另一方面也可有效控制后期的施工進度。

3.8 應(yīng)用于三維建模

BIM 技術(shù)是以信息化技術(shù)為基礎(chǔ)，使用各種軟件完成對建筑工程技術(shù)參數(shù)的設(shè)定以及修改。該項工作可以通過三維建模的方式輔助完成，設(shè)計人員需要提前理解建筑結(jié)構(gòu)的布局特點，并構(gòu)建三維模型。建筑結(jié)構(gòu)的三維建?？梢灾苯语@示在計算機系統(tǒng)中，設(shè)計人員可以調(diào)整模型中展示的內(nèi)容，也可以利用三維模型對建筑應(yīng)該具備的各種功能進行查驗和審核。與傳統(tǒng)審核模式相比，BIM技術(shù)可以保證數(shù)據(jù)信息更加準確，例如，在分析建筑結(jié)構(gòu)某部分的受力情況時，BIM 三維建?？梢苑治龀鼋Y(jié)構(gòu)的具體受力參數(shù)，也可以針對建筑地基承受的重力進行重新計算。隨著城市建設(shè)的不斷加快，高層建筑越來越多，建筑結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，使用BIM 技術(shù)可以計算建筑各個部分以及整體的受力情況，并利用三維建模的方式進行結(jié)構(gòu)分解，可以充分保證設(shè)計圖紙的科學性。

3.9 應(yīng)用于成本控制

成本控制是建筑工程項目設(shè)計施工中的重要內(nèi)容，由于多數(shù)工程項目的施工周期較長，容易受到外部環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致工程項目的成本超出預(yù)算，借助BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)對工程成本的動態(tài)管理。

3.9.1 決策階段

在設(shè)計施工之前的決策階段，可以利用BIM 技術(shù)構(gòu)建BIM 模型，對建筑工程項目進行模擬，從而了解更多關(guān)于工程成本的信息內(nèi)容；可以采取虛擬施工的方式對不同的施工方案進行比較，以完成對施工設(shè)計的優(yōu)化；可以在相同的施工環(huán)境中對施工環(huán)節(jié)的各種資源分配和價格進行計算，有效避免重復(fù)施工的問題。

3.9.2 設(shè)計階段

建筑工程的設(shè)計工作是在完成施工決策后開展的，該環(huán)節(jié)的主要工作內(nèi)容是設(shè)計出可以對施工提供有效指導(dǎo)的方案圖紙。為有效控制工程成本，設(shè)計人員應(yīng)針對工程項目中的各項資源，包括材料、施工設(shè)備以及人員等進行合理分配，設(shè)計出具有較強經(jīng)濟性和可行性的施工方案。無論在施工的整體部署還是施工計劃方面，都可以通過BIM 技術(shù)實現(xiàn)可視化操作，有效避免施工方案在后續(xù)應(yīng)用過程中出現(xiàn)整改、返工的問題，達到降低工程項目整體成本的目的。此外，應(yīng)用BIM 技術(shù)時可以通過搭建信息化平臺共享信息，便于建筑工程各責任主體之間進行討論，擬定最終的施工方案，避免因為個別設(shè)計人員的失誤導(dǎo)致工程成本增加。

3.9.3 施工階段

BIM 技術(shù)在施工階段的應(yīng)用主要體現(xiàn)在工程偏差分析以及工程變更分析方面。首先，工程偏差分析屬于事后分析工作，可以利用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢對施工進度以及成本控制偏差產(chǎn)生的原因進行分析，也可以分析施工成本的盈虧情況及其成因。其次，工程變更分析是指正式施工之前，需要利用建模的方式將二維圖紙上的信息內(nèi)容傳遞到BIM 模型中，并建立BIM 數(shù)據(jù)庫，當出現(xiàn)工程變更時，可以將變更的部分設(shè)置為獨立的施工模塊來計算施工成本。

3.9.4 竣工階段

竣工階段是確定項目成本的關(guān)鍵階段，借助BIM 技術(shù)的優(yōu)勢進行竣工結(jié)算，可以立體展現(xiàn)出建筑工程中存在的問題，并在數(shù)據(jù)庫快速找到數(shù)據(jù)進行自動計算，從而得到較準確的工程總成本數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也可以作為檢測成本控制效果的指標。

4 結(jié)語

建筑工程設(shè)計作為建筑工程項目的重要環(huán)節(jié)，對建筑整體的質(zhì)量有著重要的影響。借助BIM 技術(shù)能夠使建筑工程設(shè)計管理更加規(guī)范，減少設(shè)計管理中的弊端。因此，相關(guān)從業(yè)人員需要積極應(yīng)用BIM 技術(shù)，并在建筑工程設(shè)計工作中探索其應(yīng)用的新途徑，為建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。