BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)管理模式中的應(yīng)用研究

梁宇博

（來(lái)吧(北京)建筑景觀設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100083）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)的普及，衍生了很多適用于建筑領(lǐng)域的新技術(shù)，而B(niǎo)IM便是其中具有代表性的技術(shù)之一，借助建筑信息模型的構(gòu)建，給予后續(xù)施工環(huán)節(jié)科學(xué)指導(dǎo)，形成大量直觀的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)數(shù)據(jù)信息及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方法，最大限度降低誤差率，為后續(xù)施工提供準(zhǔn)確的圖紙及數(shù)據(jù)信息。本文通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)管理模式中的應(yīng)用進(jìn)行了深入分析，借助案例指出要點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，旨在為BIM技術(shù)的高效應(yīng)用提供有價(jià)值的建議。

1 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)管理模式中應(yīng)用要點(diǎn)

1.1 建立規(guī)范化的構(gòu)件族庫(kù)

建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)要合理規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工以及驗(yàn)收全過(guò)程，借助BIM技術(shù)構(gòu)建三維立體模型，展示建筑項(xiàng)目各個(gè)層面數(shù)據(jù)信息，并且形成構(gòu)件族庫(kù)、熱通族庫(kù)、給排水族庫(kù)，優(yōu)化族庫(kù)內(nèi)大量參數(shù)，促進(jìn)建設(shè)效率及質(zhì)量提升。

1.2 設(shè)計(jì)工程參數(shù)

建筑設(shè)計(jì)管理中包含大量數(shù)據(jù)信息，借助BIM技術(shù)整合施工時(shí)信息資料，將關(guān)鍵性參數(shù)明確的同時(shí)，對(duì)模型中參數(shù)靈活調(diào)整，保證設(shè)計(jì)更加科學(xué)與精準(zhǔn)；根據(jù)建筑工程建設(shè)實(shí)情，合理設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)工程參數(shù)與實(shí)情相符；優(yōu)化以后的成果及時(shí)存儲(chǔ)于資料庫(kù)內(nèi)，對(duì)工程參數(shù)及時(shí)更新，保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)造價(jià)的降低、經(jīng)濟(jì)效益的提升。

1.3 前期模擬

利用BIM技術(shù)初步模擬建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員在此基礎(chǔ)上驗(yàn)證設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法，保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。以此為依托，設(shè)計(jì)人員結(jié)合用戶需求，分析設(shè)計(jì)方案，及時(shí)找到不足及問(wèn)題，在施工前做出科學(xué)調(diào)整。同時(shí)可以應(yīng)用BIM技術(shù)合理選擇施工材料以及工藝，確保工程質(zhì)量的同時(shí)，符合現(xiàn)代化建筑建設(shè)多樣化要求。

1.4 綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展速度越來(lái)越快，由于其屬于能耗量較大的行業(yè)，所以國(guó)家一直以來(lái)都在提倡節(jié)能環(huán)保型建筑開(kāi)發(fā)，鼓勵(lì)建筑施工中使用綠色節(jié)能材料。為了滿足國(guó)家綠色環(huán)保要求，確保建筑熱工性能與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符，采用BIM技術(shù)完成建筑工程節(jié)能設(shè)計(jì)，具體包括以下三方面：一是單體建筑節(jié)能，整合建筑內(nèi)外信息，基于特定流程設(shè)計(jì)可循環(huán)使用的節(jié)能系統(tǒng)，例如，太陽(yáng)能、自然風(fēng)等；二是合理規(guī)劃以及設(shè)計(jì)整個(gè)建筑，節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑數(shù)據(jù)充分分析及預(yù)測(cè)，借助BIM技術(shù)中分析工具分析內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)；三是以方案為依托，保證設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保性，通過(guò)計(jì)算周圍環(huán)境能量，借助BIM分析軟件分析周圍環(huán)境，例如，住宅建筑中采用BIM技術(shù)優(yōu)化建筑材料、能耗量等。建設(shè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要保護(hù)居住環(huán)境，就要采用綠色材料，減少環(huán)境污染；通風(fēng)方法的選擇可以自然風(fēng)為主；室內(nèi)光照則綜合考慮日照熱度、能耗、太陽(yáng)能等，借助BIM技術(shù)模仿仿真室內(nèi)光照程度，進(jìn)而從眾多方案中選擇最佳的節(jié)能材料或方法。

1.5 基于Navis works軟件進(jìn)行碰撞檢測(cè)

BIM技術(shù)可以構(gòu)建仿真模型，將各個(gè)施工段緊密相聯(lián)、直觀呈現(xiàn)，尤其是檢測(cè)碰撞時(shí)，可以清晰看出管道碰撞情況及結(jié)果，及時(shí)采用措施優(yōu)化，避免施工時(shí)頻繁調(diào)整，具體檢測(cè)流程如下：檢測(cè)建筑物碰撞；對(duì)設(shè)備內(nèi)各個(gè)專業(yè)碰撞進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)結(jié)構(gòu)、電纜管線碰撞進(jìn)行試驗(yàn)；檢測(cè)管線間失效。檢測(cè)中涉及的主要內(nèi)容有上墻面、下墻面、外墻面、電纜、供水管、消防、排風(fēng)、給水管等。沖突設(shè)置前要對(duì)模式、背景設(shè)置，保證其具備了著色、漸變特性，直觀展示整個(gè)建筑模型。通過(guò)操作“Clash Detective”“添加測(cè)試”兩個(gè)按鈕便可檢測(cè)整個(gè)模型、局部模型以及單個(gè)構(gòu)件沖突。除了對(duì)管道碰撞進(jìn)行檢測(cè)以外，此系統(tǒng)也可結(jié)合檢測(cè)結(jié)果對(duì)管道間距是不是與要求相符進(jìn)行判定。為降低沖突發(fā)生率，專業(yè)技術(shù)人員可通過(guò)三維可視化技術(shù)參加會(huì)議，高效交流后確定設(shè)計(jì)方案。

2 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)管理模式中的應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況

此次研究選取的案例工程總建筑面積是3745m2，其中地面以上共計(jì)3層，總高是10.65m，整體框架為鋼筋混凝土。建筑體系內(nèi)共計(jì)3個(gè)體塊組合，局部是玻璃幕墻，整體以現(xiàn)代化風(fēng)格為主。案例工程中采用了BIM技術(shù)中Revit軟件完成了設(shè)計(jì)施工圖紙，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)間是7d，對(duì)各個(gè)專業(yè)配合度要求較高，各專業(yè)不僅要將專業(yè)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作完成，而且還需要和其他專業(yè)互相交流。采用計(jì)算機(jī)給予設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)輔助，用時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法保證施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，借助Revit軟件，設(shè)計(jì)人員僅需對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題關(guān)注即可，Revit會(huì)自動(dòng)設(shè)計(jì)建筑立面圖、剖面圖。

2.2 項(xiàng)目準(zhǔn)備階段

準(zhǔn)備工作中，案例工程首先對(duì)規(guī)模進(jìn)行了科學(xué)評(píng)估，準(zhǔn)確掌握工程特征、設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)初步完成了模型構(gòu)建方案。案例工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行參考構(gòu)建了三維模型，以此為基礎(chǔ)結(jié)合CAD圖紙，形成排水、結(jié)構(gòu)、電氣專業(yè)軸網(wǎng)，保證工程各個(gè)環(huán)節(jié)軸網(wǎng)坐標(biāo)的一致性，整合及優(yōu)化后續(xù)項(xiàng)目，對(duì)管道碰撞檢測(cè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)。

2.3 建立各專業(yè)項(xiàng)目模型

一是設(shè)計(jì)人員構(gòu)建工作集，工作集中導(dǎo)入的圖紙以DWG.格式存儲(chǔ)至Revit軟件中，并且借助技術(shù)手段將圖形轉(zhuǎn)化為信息，將二維轉(zhuǎn)化為三維，將平面轉(zhuǎn)化為立體。案例工程借助Revit軟件，重點(diǎn)針對(duì)建筑外立面、屋頂、玻璃幕墻完成建模操作。因?yàn)榻ㄖ?gòu)件不同時(shí)，參數(shù)也會(huì)不一樣，通過(guò)參數(shù)可對(duì)構(gòu)件材質(zhì)、形狀、構(gòu)造層進(jìn)行調(diào)整，僅需編輯某個(gè)數(shù)據(jù)便可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換。二是施工人員在權(quán)限之內(nèi)可進(jìn)入工作集，運(yùn)用BIM平臺(tái)、Revit軟件對(duì)樓梯、屋面、梁、柱、板等構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化布置。三是設(shè)備工程師可通過(guò)鏈接形式將建筑、結(jié)構(gòu)BIM進(jìn)行集合，存儲(chǔ)至Revit軟件中。結(jié)合設(shè)備外形、型號(hào)、參數(shù)，形成電氣信息、消防以及排水模型，同時(shí)對(duì)材料統(tǒng)計(jì)報(bào)表進(jìn)行細(xì)化，對(duì)管道剖面圖進(jìn)一步優(yōu)化。

2.4 交叉碰撞檢測(cè)

模型導(dǎo)入Revit軟件后，便可以對(duì)各個(gè)專業(yè)、各個(gè)部件碰撞情況進(jìn)行檢測(cè)。將鏈接主文件模型明確后，合理選擇軸網(wǎng)坐標(biāo)，其他模型可以以此作為參考，將其超鏈接至主文件模型中。借助Navis Works軟件中的拍攝功能，在模型中對(duì)三維透視圖進(jìn)行分析，保證工程師、業(yè)主均可以直觀看到空間構(gòu)造。結(jié)合提前設(shè)計(jì)好的碰撞規(guī)則，可將碰撞節(jié)點(diǎn)自動(dòng)化截取，并形成三維碰撞檢測(cè)報(bào)告。不同專業(yè)間要進(jìn)行交互碰撞檢測(cè)，將不合理設(shè)置去除。例如，建筑、給排水專業(yè)內(nèi)檢測(cè)到了20個(gè)碰撞疑點(diǎn)，結(jié)合碰撞檢測(cè)結(jié)果，對(duì)碰撞疑點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)分析，另外，對(duì)二維圖紙、三維模型相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正，管線綜合設(shè)計(jì)要進(jìn)一步優(yōu)化。具體BIM碰撞檢測(cè)應(yīng)用見(jiàn)圖1所示。

圖1 BIM碰撞檢測(cè)流程圖

3 BIM技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)管理模式中的應(yīng)用建議

3.1 應(yīng)用于施工環(huán)節(jié)，促進(jìn)質(zhì)量提升

BIM技術(shù)具備了強(qiáng)大的建模功能，可以真實(shí)地模擬施工現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)，技術(shù)人員通過(guò)模型準(zhǔn)確找到負(fù)責(zé)的區(qū)域，借助真實(shí)情境，直觀感受工程建設(shè)數(shù)據(jù)。正式施工之前便可通過(guò)模型對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙中的問(wèn)題，盡早糾正，為避免施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生不合理接線、設(shè)備混亂等問(wèn)題，要在施工前做到合理部署，對(duì)每個(gè)區(qū)域施工方法、時(shí)間詳細(xì)規(guī)劃，保證相同區(qū)域短期內(nèi)施工建設(shè)數(shù)量。借助BIM技術(shù)可分析建筑設(shè)計(jì)可行性，根據(jù)建筑區(qū)域時(shí)間、環(huán)境對(duì)圖紙實(shí)施效果判斷，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)技術(shù)人員便可以在施工前及時(shí)調(diào)整，降低后續(xù)施工風(fēng)險(xiǎn)。施工時(shí)，各環(huán)節(jié)工作人員可借助BIM模型溝通現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)施工順序準(zhǔn)確掌握，指揮部將建設(shè)信息、模型發(fā)送至群組中，以便于所有人員及時(shí)掌握施工關(guān)鍵信息，促進(jìn)工作效率提升，保證施工質(zhì)量。

3.2 應(yīng)用于設(shè)計(jì)場(chǎng)地，合理利用場(chǎng)地資源

對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可將建筑物與周圍環(huán)境整體化，確保場(chǎng)地利用率提升，最大化獲利，達(dá)到綠色建筑目標(biāo)。通過(guò)BIM技術(shù)整合各設(shè)計(jì)要素，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行模擬，分析場(chǎng)地模型。場(chǎng)地模型基于數(shù)字化技術(shù)，以地形模型呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)場(chǎng)地模型時(shí)，數(shù)字地形高程發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用，所以要構(gòu)建場(chǎng)地?cái)?shù)字高程模型，其中包含采集圖矢量化、航空航天、影像測(cè)量、人工測(cè)繪等，地理信息資源應(yīng)用較為廣泛，可準(zhǔn)確獲得地形數(shù)據(jù)，即便未獲得DEM模型，也能夠獲取地形數(shù)據(jù)三維資料，借助軟件功能形成場(chǎng)地模型，標(biāo)高設(shè)置完成后，運(yùn)用導(dǎo)入格式對(duì)高建數(shù)據(jù)描述，如果未獲得DEM數(shù)據(jù)，要借助周邊植物、建筑、樹(shù)形等數(shù)據(jù)，采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行影像測(cè)量、掃描，根據(jù)測(cè)量型GPS找到控制點(diǎn)，導(dǎo)入至軟件內(nèi)，周邊建筑建模時(shí)使用的是地面激光，通過(guò)無(wú)人機(jī)測(cè)繪形成模型，以不同視角下定點(diǎn)拍攝，進(jìn)而構(gòu)成建筑整體外形結(jié)構(gòu)。

3.3 應(yīng)用于排水和采光設(shè)計(jì)，降低能源消耗

在現(xiàn)代綠色建筑設(shè)計(jì)管理模式中，采光是重點(diǎn)。采光合理化設(shè)計(jì)可達(dá)到節(jié)能降耗的目的，這與材質(zhì)、面積有著密切關(guān)系。建筑空間布局?jǐn)?shù)據(jù)、窗戶采光面積、玻璃材質(zhì)信息的收集需要運(yùn)用先進(jìn)的繪圖軟件對(duì)虛擬部分進(jìn)行處理，全面觀察建筑空間采光度，借助BIM技術(shù)將室內(nèi)采光燈具整合在一起，對(duì)室內(nèi)臥室、廚房、餐廳光線進(jìn)行模擬。借助3D展示虛擬設(shè)計(jì)效果，結(jié)合立體與平面協(xié)同設(shè)計(jì)理念，采用BIM技術(shù)對(duì)輸水流量、排水布局模擬，綜合考慮高層水壓設(shè)計(jì)節(jié)能排水系統(tǒng)，保證供水量的充足，同時(shí)避免水資源浪費(fèi)。排水設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)材料全方位整合，從中選擇節(jié)能材料，同時(shí)對(duì)管道布局計(jì)劃科學(xué)設(shè)計(jì)。借助BIM可準(zhǔn)確找到?jīng)_突位置，將設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步優(yōu)化，保證排水管道不重復(fù)、不交叉，以免重復(fù)安裝，達(dá)到節(jié)省資源的目的。

3.4 應(yīng)用于施工圖紙內(nèi)容設(shè)計(jì)，保證圖紙的合理性

設(shè)計(jì)建模環(huán)節(jié)要重點(diǎn)分析步驟，明確施工時(shí)梁、柱組件種類，清晰劃分參數(shù)，并標(biāo)記于圖紙中。創(chuàng)建組件時(shí)，要基于平面法完成標(biāo)準(zhǔn)圖集的設(shè)計(jì)，形成文件內(nèi)容、標(biāo)簽、信息，調(diào)控多項(xiàng)信息內(nèi)容。整個(gè)環(huán)節(jié)要保證BIM參數(shù)和實(shí)際情況相符，然后構(gòu)建混凝土架構(gòu)模型、文件內(nèi)容，以此模型軟件為基礎(chǔ)構(gòu)建柱子及梁板模型。以BIM中的三維模型為依托，借助二難抽象符號(hào)、線條集中化表示。通過(guò)這兩種形式能夠清晰且高效地展示項(xiàng)目情況，集中組合了多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，圖紙的設(shè)計(jì)也更加合理。

3.5 應(yīng)用于外墻保溫和電能設(shè)計(jì)，提高節(jié)能效果

建筑設(shè)計(jì)管理中，外墻保溫設(shè)計(jì)極其重要，這也是節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過(guò)BIM技術(shù)可打破平面設(shè)計(jì)的局限性，通過(guò)保溫模式對(duì)荷載進(jìn)行計(jì)量，例如，外墻基層數(shù)據(jù)、受力分布、保溫層參數(shù)等，將荷載分布明確以后，保證墻面結(jié)構(gòu)受力均勻。設(shè)計(jì)人員可借助BIM技術(shù)預(yù)測(cè)冷橋部位，結(jié)合綠色節(jié)能設(shè)計(jì)理念，達(dá)到較好的節(jié)能效果。設(shè)計(jì)電能時(shí)，可通過(guò)BIM對(duì)工程中有害氣體含量全面計(jì)量，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合建筑生態(tài)環(huán)境負(fù)載力，促進(jìn)綠色節(jié)能水平提升。電氣設(shè)備安裝過(guò)程中，BIM技術(shù)可對(duì)功能設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行演示，保證線路布局與要求相符。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代綠色建筑理念已經(jīng)逐漸融入建筑設(shè)計(jì)管理各個(gè)環(huán)節(jié)，若依然使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，完全依靠人工測(cè)量、畫(huà)圖，難以保證測(cè)量及繪制的準(zhǔn)確性，后續(xù)施工極易出現(xiàn)明顯的誤差，頻繁更改同樣也會(huì)導(dǎo)致工程項(xiàng)目進(jìn)度較慢，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，無(wú)形中浪費(fèi)了資源，違背了綠色建筑施工理念。所以，在建筑設(shè)計(jì)管理模式中應(yīng)用BIM技術(shù)是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，符合當(dāng)前國(guó)家提倡的綠色建筑施工理念。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)有著較好的發(fā)展背景，在建筑設(shè)計(jì)管理模式中的應(yīng)用也會(huì)逐漸朝著集成化、智能化、高效協(xié)同化邁進(jìn)。雖然BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用效果非常不錯(cuò)，但是，時(shí)代在發(fā)展，BIM技術(shù)也需要在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化，除了增強(qiáng)各個(gè)模塊數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)性外，還需要借助多技術(shù)優(yōu)勢(shì)構(gòu)建云端應(yīng)用模塊，促進(jìn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與施工各個(gè)環(huán)節(jié)的高效協(xié)同發(fā)展。