BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計施工一體化中的應(yīng)用研究

劉利孫

（桂林市雁山區(qū)房屋征收與補償服務(wù)中心，廣西桂林 541006）

1 BIM技術(shù)的相關(guān)理論

1.1 BIM技術(shù)概述

BIM 是一種新興的工程數(shù)字化設(shè)計與施工管理方式，其由三維仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)分析與協(xié)同工作機制等對建筑工程的結(jié)構(gòu)化信息進行整合與三維立體建模，通過對建筑工程的模擬與仿真，將原本二維平面設(shè)計模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿S可視化設(shè)計模式，科學計算建筑工程的各項參數(shù)，設(shè)計工程結(jié)構(gòu)的規(guī)格屬性，分析建筑工程的力學性能、抗震性能，減少建筑工程設(shè)計的結(jié)構(gòu)化沖突與性能風險漏洞[1]。同時，以建筑工程的三維信息模型為基礎(chǔ)進行施工預演與進度跟蹤，利用三維信息模型模擬施工活動與施工過程，融入信息化分析技術(shù)對施工質(zhì)量、安全、進度等進行科學分析，切實完善優(yōu)化工程施工方案，助力工程有序施工。通過對施工進度和資源的動態(tài)管理及優(yōu)化控制，提高工程項目是資源利用率。

1.2 BIM技術(shù)的特征分析

BIM 技術(shù)的核心是建筑工程三維信息模型，本質(zhì)特征主要包括：（1）可視化特征。BIM 技術(shù)依托三維仿真建模技術(shù)對建筑工程各結(jié)構(gòu)的規(guī)格屬性、空間關(guān)系等進行三維立體建模，利用三維可視模型實現(xiàn)對建筑工程外觀以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細化刻畫與表達，是設(shè)計人員調(diào)整與優(yōu)化設(shè)計方案的重要工具。（2）協(xié)調(diào)性。利用BIM 技術(shù)對建筑工程構(gòu)建三維信息模型，將其作為建設(shè)、設(shè)計和施工單位開展技術(shù)交底活動、討論建筑結(jié)構(gòu)細節(jié)的重要依據(jù)，設(shè)計單位可根據(jù)溝通交流與討論的結(jié)果實時調(diào)整建筑信息模型的規(guī)格屬性與參數(shù)，依托BIM 技術(shù)的自動渲染功能與圖形屬性聯(lián)動機制實現(xiàn)建筑三維信息模型的實時渲染、實時刷新，實現(xiàn)所改即所得，助力工程各參建單位有機協(xié)同[2]。（3）模擬性。BIM 技術(shù)采用數(shù)字化方法對建筑工程結(jié)構(gòu)細節(jié)與全局分布進行精細化模擬，也提供了強大的性能分析工具與施工預演跟蹤工具，以便設(shè)計單位對設(shè)計好的三維信息模型進行抗震、力學性能等分析，以便施工單位對施工過程進行預演、對施工進度進行跟蹤檢查，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的結(jié)構(gòu)沖突等問題，調(diào)整優(yōu)化建筑工程施工組織方案。

1.3 BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計施工一體化中的應(yīng)用優(yōu)勢

BIM 技術(shù)是現(xiàn)代建筑工程中常見的高度集成設(shè)計與施工的數(shù)字化技術(shù)，將BIM 技術(shù)應(yīng)用到建筑工程設(shè)計與施工中，一方面可借助其可視化優(yōu)勢精細表達建筑工程的設(shè)計方案，推進建筑工程設(shè)計階段各參建方的協(xié)同參與，在三維可視化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)建筑工程的參數(shù)化設(shè)計與深化設(shè)計，減少設(shè)計方案中的沖突與錯誤[3]。一方面借助其協(xié)調(diào)性優(yōu)勢為工程各參建方提供良好的溝通交流平臺，在建筑工程三維信息模型的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)各參建方的意見建議并自動渲染刷新，提高各參建方溝通協(xié)調(diào)的效率，減少工程設(shè)計與施工階段各參建方的矛盾與沖突。一方面借助其模擬性為建筑工程施工可視化預演、施工進度跟蹤提供技術(shù)支持，施工單位可基于BIM技術(shù)實現(xiàn)對施工活動的過程化模擬，進一步明確施工風險與安全漏洞，為工程保質(zhì)保效實施奠定基礎(chǔ)。

2 BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計施工一體化中的具體應(yīng)用

2.1 在建筑工程項目信息綜合分析中的應(yīng)用

1）信息整合。建筑工程三維信息模型的構(gòu)建、設(shè)計方案深化、施工過程預演等均有賴于前期對建筑工程項目信息及其相關(guān)數(shù)據(jù)的精準收集與匯總。利用BIM 技術(shù)對建筑工程所在地以及周邊地區(qū)的氣候環(huán)境數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)、地下管線布設(shè)數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)等進行整合，提高對目標區(qū)域相關(guān)數(shù)據(jù)的整合能力，為后續(xù)建筑工程項目信息綜合分析奠定基礎(chǔ)。

2）導入分析。將前期收集的影響建筑工程設(shè)計方案與施工活動的數(shù)據(jù)導入BIM 軟件平臺中，依托軟件的信息綜合分析功能對特定數(shù)據(jù)加以分析，提高建筑工程設(shè)計方案的合理性與科學性。例如，通過對目標區(qū)域地形地貌的三維建模生成數(shù)字高程模型，在其上疊加地下管線布設(shè)數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)等，以便科學測算建筑工程需平整的土方量，合理設(shè)計建筑朝向、優(yōu)選適宜于當?shù)貧夂驐l件與水文條件的建筑材料等[4]。

2.2 在建筑工程設(shè)計中的應(yīng)用

1）可視化設(shè)計。傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計多為二維平面，在一定程度上局限了設(shè)計方案的表達精細度。將BIM 技術(shù)應(yīng)用在建筑工程設(shè)計，依托前期項目多元信息綜合分析的結(jié)果以及建筑設(shè)計要求構(gòu)建建筑工程的三維立體化信息模型，提升設(shè)計方案與實際現(xiàn)場環(huán)境條件的契合度，提高設(shè)計方案的合理性與科學性，為施工圖紙繪制、圖紙內(nèi)容深化等提供依據(jù)。在BIM 可視化設(shè)計模式下，建筑工程的設(shè)計方案不再是一張張相對獨立的剖面圖、立面圖、門窗表，而是結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)、信息緊湊、空間布局合理科學的三維立體信息模型[5]。在圖形屬性聯(lián)動機制與自動渲染技術(shù)的支持下，建筑工程的三維信息模型更加立體逼真、規(guī)格屬性更加真實科學。

2）協(xié)同設(shè)計。BIM 技術(shù)為工程各參建方提供了良好的協(xié)同溝通信息平臺，在設(shè)計階段，大型建筑工程的多個設(shè)計師可以在同一個平臺中對建筑工程的三維信息模型進行構(gòu)建、修改、更新，協(xié)同開展工程項目設(shè)計工作，軟件會自動對三維信息模型中存在的碰撞沖突或設(shè)計錯誤進行提示，以便設(shè)計人員在溝通交流后調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)格參數(shù)，規(guī)避三維信息模型的若干錯誤，提高建筑工程設(shè)計的效率與準確性。同時，BIM 良好的協(xié)同優(yōu)勢可以為設(shè)計人員與建設(shè)、施工單位溝通交流提供良好的分析與模擬平臺，設(shè)計人員可將設(shè)計好的建筑三維信息模型傳輸至建設(shè)、施工單位加以共享，以便其對設(shè)計方案以及建筑內(nèi)部設(shè)計細節(jié)、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布局與關(guān)聯(lián)、構(gòu)件的規(guī)格屬性等有著更加清晰的認識。若建設(shè)單位等對設(shè)計方案有修改意見，設(shè)計人員可及時修改并刷新三維信息模型，確保工程設(shè)計的更新協(xié)同性。

3）建筑性能分析。建筑性能分析是BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計階段的一個重要應(yīng)用，其依托前期的項目綜合信息以及設(shè)計人員構(gòu)建的建筑三維信息模型對建筑的抗震性能、力學性能、采光效果、通風效果等進行模擬與分析，以便設(shè)計人員及時調(diào)整與優(yōu)化設(shè)計方案，滿足建設(shè)單位對建筑工程的性能要求。例如，基于地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)、建筑三維信息模型的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)等分析建筑的抗震性能，基于建筑三維信息模型、氣候環(huán)境條件等分析建筑室內(nèi)自然通風情況，基于建筑三維信息模型的材料、設(shè)備、價格等數(shù)據(jù)分析建筑工程項目的綠色性能等[6]。此外，小區(qū)熱環(huán)境模擬、日照環(huán)境、風環(huán)境模擬等也為工程的合理設(shè)計提供了重要參考。

4）參數(shù)化設(shè)計。參數(shù)化設(shè)計是建筑工程設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，建筑工程各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的規(guī)格參數(shù)設(shè)計合理性直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)之間的碰撞沖突與錯誤率。參數(shù)化設(shè)計是站在幾何模型與邏輯模型的視角對建筑工程加以分解，通過不同規(guī)格屬性的構(gòu)件有機組合，形成建筑工程三維信息模型，因此，參數(shù)化設(shè)計也是建筑工程協(xié)同設(shè)計的重要內(nèi)容。將BIM 技術(shù)應(yīng)用到建筑工程設(shè)計中，通過對結(jié)構(gòu)尺寸大小、空間布局、關(guān)聯(lián)關(guān)系等規(guī)格參數(shù)與關(guān)聯(lián)性的設(shè)計，明確建筑工程各結(jié)構(gòu)的幾何模型，并對幾何模型進行集成組合構(gòu)建出高復雜度的建筑結(jié)構(gòu)造型，提高建筑工程設(shè)計的豐富程度。

5）深化設(shè)計。深化設(shè)計是BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計中的重要應(yīng)用，在利用BIM 對建筑三維信息模型進行構(gòu)建的基礎(chǔ)上，需對工程的細部構(gòu)成進行優(yōu)化設(shè)計、二次深化設(shè)計，如機電、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻等。深化設(shè)計的重點主要是施工階段常常存在模糊或沖突之處，在二維平面設(shè)計時某些細部設(shè)計精細度不夠，帶來諸多的設(shè)計盲點，常有“碰、撞、漏”等設(shè)計問題，不利于設(shè)計交底以及施工進度有序推進。因此，將BIM 技術(shù)引入建筑工程深化設(shè)計中，對工程細部結(jié)構(gòu)進行深化優(yōu)化設(shè)計，對常見的盲點進行精細、準確、高效的設(shè)計，可提高建筑三維信息模型的構(gòu)建精度與構(gòu)建效率，保證設(shè)計質(zhì)量，為工程高質(zhì)量施工提供精細化的設(shè)計依據(jù)。

2.3 在建筑工程施工中的應(yīng)用

1）可視化預演。BIM 技術(shù)的可視化特征與模擬性特征為建筑工程施工過程預演提供了良好的技術(shù)支持，在前期項目綜合信息整合與導入的基礎(chǔ)上，對施工現(xiàn)場的平面布置、施工環(huán)節(jié)中各項工藝與技術(shù)的實施過程等加以預演，可幫助施工單位科學評判現(xiàn)場平面布置方案的合理性、施工工藝與施工技術(shù)的科學性與可行性。施工單位依托BIM 技術(shù)開展可視化預演，可以更加全面、直觀地掌握建筑工程的整個施工過程，對施工方案的實施情況做到了然于心，對施工技術(shù)實施過程中出現(xiàn)的問題及時加以調(diào)整，可切實提高工程施工方案的實用性，提升項目管理控制的科學化水平。

2）施工進度跟蹤。把構(gòu)建模型和施工進度進行有機結(jié)合，再利用4D 進行模擬，對其中的問題進行充分分析，并提出合理的解決方案。通過利用4D 模擬把空間和時間的信息進行整合，并統(tǒng)一到一個模板當中，充分展現(xiàn)出整個施工的過程。運用BIM 技術(shù)，可對施工的進度進行動態(tài)跟蹤，對施工計劃與實際進度做比較，對每日、每周、每月的施工情況進行匯總，依據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行調(diào)整，獲取最優(yōu)的施工方案，使質(zhì)量、安全、進度得到有效管控，為后期的運作實施提供精準的數(shù)據(jù)信息。

3）預制加工及跟蹤管理。當前，BIM 技術(shù)與裝配式建筑的聯(lián)合應(yīng)用日漸深入，施工單位可以將無線移動終端、身份識別等技術(shù)運用到生產(chǎn)、運輸、采購和現(xiàn)場安裝的過程當中，將在工廠的預加工部件和BIM 模型進行有機結(jié)合，更加高效地對所有物件進行管理，防止裝配式建筑構(gòu)件的預制加工與運輸環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤。

4）碰撞檢查。運用BIM 技術(shù)，可以對建筑三維信息模型的各個構(gòu)件進行碰撞檢查，對設(shè)計不合理的地方進行及時發(fā)現(xiàn)并改進，并對設(shè)計結(jié)果進行深化檢查，制定相應(yīng)的整改措施，防止深化設(shè)計導致失誤造成返工的情況[7]。同時，還可以對建筑工程中的梁、柱、墻、管線等設(shè)備進行碰撞檢查，防止它們之間出現(xiàn)一些沖突，確保各個專業(yè)之間的協(xié)調(diào)合作，減少施工階段的矛盾與沖突，提高工程施工的效率。圖1 所示為建筑三維信息模型的碰撞檢查。

圖1 建筑三維信息模型的碰撞檢查

3 結(jié)語

充分發(fā)揮BIM 技術(shù)在建筑設(shè)計施工一體化的作用，是新時代背景下建筑工程實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的創(chuàng)新之舉，助力建筑行業(yè)的健康發(fā)展?；诖?，就要求相關(guān)參建人員要將BIM 技術(shù)應(yīng)用到項目信息綜合分析、建筑設(shè)計以及建筑施工的過程中。借助BIM 技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)字化工程信息平臺，實現(xiàn)工程建設(shè)過程中各階段數(shù)據(jù)信息的整合及其應(yīng)用，更好地為工程創(chuàng)造價值，提高工程建設(shè)效率和質(zhì)量。以此為突破口來為高質(zhì)量的建筑活動開展提供技術(shù)支持，從而實現(xiàn)相關(guān)的建筑設(shè)計施工管理目標。