探討B(tài)IM在各設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

張 斌

北京立人建筑設(shè)計(jì)有限公司 北京 100070

在我國(guó)城市化建設(shè)不斷推進(jìn)的今天，傳統(tǒng)的 CAD設(shè)計(jì)過(guò)程越來(lái)越不能適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要，在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，協(xié)同性差，合理性不足等問(wèn)題也逐步顯現(xiàn)， BIM技術(shù)可以為此類問(wèn)題的處理開(kāi)辟一條嶄新的道路。BIM技術(shù)是項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它能分享項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)的信息，并在整個(gè)項(xiàng)目的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中扮演著關(guān)鍵角色。BIM技術(shù)以其數(shù)字化特性，為項(xiàng)目的各環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)的建立起到了動(dòng)態(tài)的支撐作用，并不斷地對(duì)項(xiàng)目的各環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的更新，使項(xiàng)目的各環(huán)節(jié)得到有效的調(diào)整，使整個(gè)項(xiàng)目的施工流程得到最優(yōu)化，最重要的是提升了項(xiàng)目的整體質(zhì)量。

1 BIM技術(shù)的概念

BIM技術(shù)就是用數(shù)值模擬的方式來(lái)模擬建筑的實(shí)際信息，它的信息并不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的圖形信息，而是包括了很多的非幾何信息，比如材料的耐火等級(jí)，材料的傳熱系數(shù)，構(gòu)件的造價(jià)，以及采購(gòu)信息。BIM其實(shí)就是利用數(shù)字化技術(shù)來(lái)建造一棟建筑，而建筑的信息就是一個(gè)完整的、完整的、有邏輯的信息庫(kù)。

2 BIM技術(shù)的特征

BIM技術(shù)又稱“建筑信息建?！?，它指的是利用各種有關(guān)的信息和資料，利用數(shù)字信息進(jìn)行虛擬的方法，對(duì)建筑的實(shí)際情況進(jìn)行建模。通過(guò)大量的工程資料信息， BIM系統(tǒng)可以全面、系統(tǒng)地構(gòu)建三維建筑的三維建模，為工程設(shè)計(jì)、工程監(jiān)理、設(shè)備管理、工程可行性檢測(cè)、施工成本控制等方面的工作，而且它還具備了可視化、參數(shù)化、模擬性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性和信息完備性等諸多特性。

3 BIM在工程中的作用

BIM在工程各個(gè)階段中的應(yīng)用作用如下：(1) BIM為項(xiàng)目各個(gè)階段的建設(shè)創(chuàng)造了直觀的環(huán)境，為項(xiàng)目全壽命期內(nèi)的科學(xué)規(guī)劃提供了依據(jù)，并保證了項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)的安全和質(zhì)量；(2) BIM具有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以使項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)更加充實(shí)，避免了信息的丟失和疏漏；(3) BIM作為工程學(xué)的基本功能，在各個(gè)階段都能實(shí)現(xiàn)建模，為工程建設(shè)提供有用的資料，保證各個(gè)環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)和一致性，從而使整個(gè)工程的實(shí)施得以成功。

4 BIM在工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

4.1 建筑生命周期的信息共享

建筑工程的施工過(guò)程關(guān)系到施工、運(yùn)營(yíng)、改建等全過(guò)程，它的好壞關(guān)系到施工成本、進(jìn)度控制、施工質(zhì)量和使用壽命，在建筑施工過(guò)程中應(yīng)綜合考量建筑施工過(guò)程中的各方面因素，以保證其合理、符合施工企業(yè)的需求。然而，在常規(guī) CAD設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于項(xiàng)目的建設(shè)處于整個(gè)生命過(guò)程的初期階段，其后續(xù)的施工和運(yùn)營(yíng)階段具有不確定性，許多因素難以預(yù)料，難以確保其合理的設(shè)計(jì)，而 BIM正是一個(gè)完美的方法。有了 BIM的支撐，在建設(shè)過(guò)程中，如果能確保所有的數(shù)據(jù)都是真實(shí)的，就可以對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行仿真，找出目前的問(wèn)題，并做出相應(yīng)的修正，這就是整個(gè)建筑的整個(gè)壽命過(guò)程。比如，在工程管理中， BIM可以通過(guò)對(duì)場(chǎng)地使用、材料需求等各種不同的施工條件進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程信息的分享，同時(shí)達(dá)到了工程與工程的有機(jī)結(jié)合，使得工程的總體規(guī)劃更加合理。

4.2 建筑協(xié)同設(shè)計(jì)的全面優(yōu)化

現(xiàn)代的建筑項(xiàng)目往往都是大型的，所以在這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)將這座大樓分成幾個(gè)不同的區(qū)域來(lái)進(jìn)行，然后將這些區(qū)域的不同的設(shè)計(jì)融合在一起。但是，在施工中，設(shè)計(jì)者是分門(mén)別類，而且設(shè)計(jì)圖紙和方案十分繁雜，難以保證其協(xié)同性， BIM技術(shù)的運(yùn)用，讓施工項(xiàng)目不再需要考慮這些問(wèn)題。①BIM技術(shù)是一種以工作集合為核心的施工設(shè)計(jì)，不同專業(yè)、不同設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作都是建立在相同的BIM模型上的，從而保證不同設(shè)計(jì)人員在不同的 BIM模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證不同的設(shè)計(jì)人員在不同的 BIM模型中相互配合，從而保證設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。②利用BIM系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的撞擊識(shí)別，快速準(zhǔn)確地查找出各個(gè)行業(yè)之間的沖突，從而為設(shè)計(jì)的最佳決策提供了有效的參考，從而保證了各個(gè)行業(yè)之間的協(xié)作。③就電力系統(tǒng)而言，通過(guò) BIM建模的三維可視化特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的合理設(shè)計(jì)和最優(yōu)，可以有效地解決工程和工程之間的不和諧問(wèn)題。

4.3 支持綠色建筑設(shè)計(jì)

隨著能源短缺和環(huán)境污染等社會(huì)問(wèn)題的日趨突出，綠色施工是今后的發(fā)展方向，BIM正是對(duì)綠色施工的一種有效手段。①為了達(dá)到更高的能源效率，在建筑的建筑中，一般都會(huì)采用自然光線和自然風(fēng)來(lái)取代傳統(tǒng)的人工光源，比如空調(diào)、風(fēng)扇等，而在BIM的幫助下，既可以模擬出自然的光線和光線，又可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)建筑的各個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，使建筑的采光和通風(fēng)得到最好的控制，并使建筑的結(jié)構(gòu)更加合理，并且不會(huì)影響到周邊的通風(fēng)和采光。②在綠色建筑中，建筑物的熱力學(xué)特性是影響空調(diào)能量消耗的重要因素， BIM既可以對(duì)建筑物在一定條件下的耗能進(jìn)行估算，又可以通過(guò)與同類建筑物的模型和資料進(jìn)行比較，以便在合理的時(shí)間內(nèi)及時(shí)地找到問(wèn)題并做出相應(yīng)的修正，提高其熱力學(xué)特性。除此之外，BIM技術(shù)還可以在綠色建筑內(nèi)部的許多領(lǐng)域中扮演著舉足輕重的角色。比如在燈光條件下，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)室內(nèi)光線的變化來(lái)調(diào)節(jié)照明，并根據(jù)照明的變化來(lái)選擇最適合的光源。

5 BIM在工程各階段中的應(yīng)用

BIM在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等方面的運(yùn)用，已不再局限于設(shè)計(jì)階段，而是滲透到了工程建設(shè)的每一個(gè)階段。BIM文檔可供不同施工單位進(jìn)行分享。建筑設(shè)計(jì)類的學(xué)生能夠在工程領(lǐng)域中進(jìn)行直觀的建模；而建筑工程專業(yè)的墻體材料強(qiáng)度和墻體的孔尺寸均宜；裝備類專業(yè)能夠?qū)ㄖ芰俊⒙晫W(xué)、光學(xué)等進(jìn)行分析；建筑工地以其墻體混凝土類型、鋼筋等為宜，進(jìn)行混凝土等物料的配制和下料；而開(kāi)發(fā)商以造價(jià)、門(mén)窗種類、工程量等為宜，進(jìn)行項(xiàng)目總成本預(yù)算、產(chǎn)品訂購(gòu)等；同時(shí)，也可以利用房地產(chǎn)的可見(jiàn)性來(lái)進(jìn)行地產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)。BIM技術(shù)已經(jīng)在施工企業(yè)的上下游環(huán)節(jié)得到了進(jìn)一步的改進(jìn)，使得 BIM技術(shù)能夠在工程的全過(guò)程中得到有效地應(yīng)用。在常規(guī)的規(guī)劃中，不同的專業(yè)之間的協(xié)作是一個(gè)比較繁瑣的流程，涉及知識(shí)的領(lǐng)悟和重構(gòu)，缺少真正的三維空間的直觀，而在一個(gè)比較復(fù)雜的領(lǐng)域，不同的學(xué)科之間的矛盾很容易被平面圖所影響，需要花費(fèi)很多的時(shí)間去配合。通過(guò) BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)不同的工作模式，從抽象的2D到特定的3D，與現(xiàn)有的審查體系相適應(yīng)，2D的平面是3D建模的副產(chǎn)品，可以很容易地從模型中獲得，而建模的靈活性，則可以方便地進(jìn)行修改。BIM使建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等各個(gè)學(xué)科都建立在相同的建?；A(chǔ)上，每個(gè)學(xué)科都有自己的模型，不用等資金投入，就能第一時(shí)間查看別人的修改，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，并能隨時(shí)交流和修正，這才是真正的立體一體化協(xié)同設(shè)計(jì)。

5.1 設(shè)計(jì)階段

BIM可以從概念的設(shè)計(jì)入手，并全面地融入到整個(gè)設(shè)計(jì)的全流程中，而一個(gè)可視化的空間造型模型在研究建筑和城市的環(huán)境之間的聯(lián)系，也可以應(yīng)用到工程的績(jī)效評(píng)估中去。由于 BIM技術(shù)具有高可視化、可視化、參數(shù)化等特點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)者能夠在概念設(shè)計(jì)的過(guò)程中，迅速準(zhǔn)確地傳達(dá)出設(shè)計(jì)者的思想，并與各個(gè)行業(yè)的工程師進(jìn)行信息的交換和傳輸，達(dá)到了早期的質(zhì)量、可視化和協(xié)同化的效果。當(dāng)用戶需求或思想發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)參數(shù)性運(yùn)算可以迅速地對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行修改，使整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程得到極大的改善。BIM在概念設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，要從空間形式的思考、裝飾材料的運(yùn)用、室內(nèi)裝飾色彩的選用等幾個(gè)層面來(lái)進(jìn)行。

在方案設(shè)計(jì)階段，利用 BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目選擇，其目標(biāo)是選擇最優(yōu)的方案，并給出相應(yīng)的設(shè)計(jì)模式。BIM技術(shù)方案的制定是在 BIM技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用 BIM技術(shù)，對(duì)多種方案進(jìn)行加工或局部的修改，以供選擇，從而在可視的立體環(huán)境中進(jìn)行方案溝通、討論、決策，從而達(dá)到?jīng)Q策的直觀、有效的目的。BIM系列的建模、渲染、動(dòng)畫(huà)技術(shù)都非常強(qiáng)大，利用 BIM模型可以將二維專業(yè)抽象的二維建筑物的形象形象化、直觀化，從而使業(yè)主等非專業(yè)人士對(duì)工程的功能判斷更為明確、高效，決策更為準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上，利用 BIM技術(shù)和虛擬技術(shù)對(duì)實(shí)際的建筑進(jìn)行了建模，可以繪制出非常逼真的模型，讓設(shè)計(jì)師可以根據(jù)自己的想法來(lái)建造一個(gè)“虛擬”的空間，還可以隨意地改變自己的空間，查看自己的作品，直到自己的作品達(dá)到了預(yù)期的程度。從而可以讓各個(gè)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意向更加直觀、真實(shí)、詳盡地呈現(xiàn)，給項(xiàng)目的投資人以直觀的感覺(jué)，同時(shí)也可以為后期的工程建設(shè)打下良好的基礎(chǔ)。

初步設(shè)計(jì)是一個(gè)處于項(xiàng)目設(shè)計(jì)與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的中間環(huán)節(jié)，是對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)一步完善。在這一步，對(duì)施工的建模進(jìn)行了細(xì)致地論證，并配合結(jié)構(gòu)、設(shè)備建模進(jìn)行了驗(yàn)證。利用 BIM技術(shù)建立建筑模型，對(duì)平面、立面、剖面進(jìn)行統(tǒng)一檢驗(yàn)，對(duì)模型進(jìn)行切割，生成平面、立面和剖面，構(gòu)成了建筑的初步結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、設(shè)備模型和平面平面平面圖。BIM在初期的應(yīng)用包括結(jié)構(gòu)分析、性能分析和計(jì)算。

在工程建設(shè)中，工程施工圖是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它在工程的建設(shè)中起著舉足輕重的作用。該階段的內(nèi)容是以工程的結(jié)構(gòu)圖來(lái)表述工程的總體規(guī)劃和結(jié)果，并以此為工程的工程建設(shè)提供參考。BIM在建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中的運(yùn)用是建立各個(gè)建?；A(chǔ)之上的一個(gè)復(fù)雜流程。各個(gè)專業(yè)包括建筑，結(jié)構(gòu)，給排水，暖通，電氣等專業(yè)。然后，根據(jù)專業(yè)設(shè)計(jì)、施工等知識(shí)架構(gòu)，進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、碰撞檢查、三維管線綜合等方面的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程設(shè)計(jì)的多項(xiàng)最優(yōu)設(shè)計(jì)。在考慮到可能會(huì)對(duì)凈高產(chǎn)生一定影響的關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的研究，并對(duì)其進(jìn)行合理的布局和合理的規(guī)劃。BIM在施工圖的設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，主要有：各個(gè)協(xié)作的BIM檢查，結(jié)構(gòu)分析，工程量計(jì)算，節(jié)點(diǎn)大樣深化，三維渲染圖繪制。

5.2 施工階段

第一，BIM為工程項(xiàng)目搭建了一個(gè)虛擬的模擬模型，包括工程項(xiàng)目的虛擬工程模型、過(guò)程控制模型和費(fèi)用控制模型。BIM技術(shù)為工程建設(shè)中的三維+二維建模，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全部數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步。第二， BIM在施工過(guò)程中建立了5D建模，能夠?qū)こ淘靸r(jià)進(jìn)行細(xì)致地分析，動(dòng)態(tài)地對(duì)施工過(guò)程、區(qū)域和施工時(shí)間內(nèi)的施工數(shù)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)的估算。BIM是對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的單位單價(jià)與費(fèi)用之間的內(nèi)部聯(lián)系進(jìn)行具體的測(cè)算，以保證項(xiàng)目造價(jià)的精準(zhǔn)性。在常規(guī)的工程中，是不可能預(yù)知利潤(rùn)和損失的，但是 BIM卻可以通過(guò) BIM來(lái)估算出工程的收益和損失，從而使設(shè)計(jì)單位的損失得到最小化。第三，由于建筑工地中存在著大量的零件裝配作業(yè)，如果將零件運(yùn)至工地進(jìn)行組裝，會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，使用 BIM可以在一個(gè)虛擬的空間中完成零件的裝配，既節(jié)省了工期，又節(jié)省了投資。比如：在建筑工程中使用的是鋼架，由于鋼材要在工廠進(jìn)行焊接和組裝，所以很可能會(huì)產(chǎn)生裝配上的偏差，因此，在此基礎(chǔ)上，利用3D激光技術(shù)，將相應(yīng)的三維尺寸建模出來(lái)，然后將其導(dǎo)入 BIM中，在 BIM中生成一個(gè)鋼架，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)鋼架的焊接和組裝。第四，各個(gè)專業(yè)并不是獨(dú)立的，許多專業(yè)都會(huì)有類似的工作，比如水電、給排水、裝修等，BIM可以對(duì)不同的工作進(jìn)行評(píng)估，通過(guò) BIM技術(shù)對(duì)不同的工作進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)工作中有沖突，提供相應(yīng)的圖紙，幫助改善工地的施工條件。在實(shí)際的工程中，由于各種工種的錯(cuò)接、漏接等問(wèn)題，采用BIM軟件對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，有利于對(duì)不同的工種進(jìn)行最優(yōu)的優(yōu)化，同時(shí)BIM還具備立體的功能，保證了各個(gè)工種的工作可以進(jìn)行順暢的操作。第五，采用BIM技術(shù)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的三維建模，能夠在 BIM中直觀地反映施工場(chǎng)地的實(shí)際情況和施工狀況，通過(guò) BIM軟件對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行合理的布置，并對(duì)各種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行合理的管理，保證工程的安全。此外，BIM還可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件和設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，規(guī)范構(gòu)件和設(shè)備的使用，避免施工現(xiàn)場(chǎng)存在的隱患。第六，BIM在項(xiàng)目實(shí)施階段對(duì)項(xiàng)目的成本進(jìn)行了有效的管理，并對(duì)項(xiàng)目的業(yè)主進(jìn)行了成本的監(jiān)控。比如：在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，由顧問(wèn)公司引入BIM技術(shù)，BIM自身就能構(gòu)建三維建模，再將成本和時(shí)間導(dǎo)入到三維建模中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的精確配置。數(shù)量和產(chǎn)量BIM對(duì)工程項(xiàng)目付款提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。第七，BIM為項(xiàng)目建設(shè)提供了直觀的環(huán)境，為項(xiàng)目提供了相應(yīng)的施工方案，BIM提供了一個(gè)項(xiàng)目的效果圖，方便了業(yè)主和施工方的對(duì)比。通過(guò)BIM技術(shù)，可以模擬出與實(shí)際情況相吻合的工程效果，突出了建筑的可視化設(shè)計(jì)在建筑中的作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)是一項(xiàng)新的施工技術(shù)，它使施工過(guò)程中的信息、數(shù)據(jù)、時(shí)間、經(jīng)濟(jì)效益都得到了極大地提升。BIM技術(shù)在施工項(xiàng)目中具有廣闊的應(yīng)用前景，可以更好地滿足建筑業(yè)的發(fā)展需要，所以施工單位要抓緊時(shí)間，充分利用 BIM技術(shù)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)的具體條件進(jìn)行創(chuàng)新。BIM技術(shù)在項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用，可以為項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)提供有力的信息支撐，預(yù)防各個(gè)環(huán)節(jié)的施工危險(xiǎn)，增強(qiáng)項(xiàng)目管理的能力，充分發(fā)揮 BIM技術(shù)在各個(gè)項(xiàng)目中的重要地位。