BIM 可視化技術的應用研究

王威，胡亞東，楊超

1 引言

近年來，隨著BIM可視化技術在工程建設領域的發展和應用，BIM可視化技術已成為一種高效的項目管理手段。從項目前期的招投標管理，到項目實施、運營管理，都體現了BIM 可視化技術的優勢[1]。

BIM 技術引導著傳統粗放型的建筑行業向精細化、智能化方向發展。現階段，設計方、施工方包括業主方都在積極引入BIM技術，國家也在大力倡導BIM技術的應用，BIM技術在建筑行業的應用呈現出積極向上、快速發展的趨勢。BIM技術具有協調性、可視化、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。可視化即“所見即所得”，能將復雜的結構形體以三維立體模式呈現出來，降低了讀圖難度，使工作人員一目了然，尤其適用于造型奇特、結構復雜的建筑項目[2]。通過BIM 的可視化技術可減輕設計方的工作強度，減少施工變更，保證施工的質量和安全，提高業主方的滿意度，有利于創造和諧的產業環境。

2 BIM可視化技術

BIM（Building Information Modeling）技術是一種應用于工程設計、建造、管理的數字化工具，以建筑工程項目的各項相關信息數據為基礎，通過數字信息仿真技術來模擬建構筑物、機電設備、各種管道系統等，是對工程項目設施實體與功能特性的數字化表達，能夠實現設計、采購、運輸、施工安裝以及運營等項目全生命周期的數據、過程和資源互聯互通。

BIM 技術的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數字化技術，為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構件的幾何信息、專業屬性及狀態信息，還包含了非構件對象（如空間、運動行為）的狀態信息。利用BIM技術建成的三維模型可大大提高建筑工程的信息集成化程度，為建筑工程項目的相關利益方提供一個工程信息交換和共享的平臺[3]。

BIM 可視化有兩層含義：一是對人而言，信息可視，BIM技術將線條式圖形轉化成三維立體的實物圖形，人們能夠更為直觀地描述建筑物構件的幾何、材料、視角、位置等信息；二是對計算機而言，信息可計算，計算機能夠直接獲取BIM模型的各種幾何、參數信息，實現實時數據統計、分析、計算。

3 BIM可視化技術的應用

3.1 基于Revit可視化協同設計

本文基于Autodesk Revit 2018建模平臺建立建筑工程三維模型，Autodesk Revit 2018 是一款由Autodesk 公司研發的具有強大的三維參數化建模能力的設計平臺，可提供高精度、高質量的建筑設計、結構設計、電氣工程、HVAC、衛浴管道、電氣設計的功能，可以將工程師的設計思路直觀、清晰地展現出來，并可以方便快捷地生成二維平面工程圖，還可以將工程項目中各構件的建筑信息完整地存儲在三維模型的數據庫中。

單純利用平面二維圖紙進行各專業間協同設計的傳統設計方法，已經不能滿足建筑信息化日益加快的進程。BIM 技術的出現彌補了傳統設計的缺陷，通過BIM 軟件可實現各專業協同設計，提高設計效率。圖1 是基于Revit 協同設計的成果展示。

3.2 三維校審

Autodesk Navisworks 是一款用于仿真、分析和項目信息交流的軟件。作為3D模型瀏覽和校審工具（見圖2），Navisworks 軟件提供了全面的審閱解決方案，通過對項目三維模型中潛在沖突的有效辨別、檢查與報告，能夠降低手動檢查的差錯率。通過對三維設計的高效分析與協調，用戶能夠及早預測和發現錯誤，避免因誤算付出的昂貴代價。軟件將精確的錯誤查找功能與基于硬沖突、軟沖突、凈空沖突與時間沖突的管理相結合，快速審閱和反復檢查由多種三維設計軟件創建的幾何圖元，完整記錄項目中發現的所有沖突，使審查工作更加高效準確，同時可以為審查紀要的整理、跟蹤和關閉提供全周期的管理支持。

圖1 Revit協同設計

圖2 Navisworks校審

3.3 碰撞檢查（見圖3）

傳統的2D 碰撞檢查工作模式，往往需要設計人員對很多張圖紙進行套疊來一一排查，不僅費時費力，還對核查人員的工作能力、經驗以及空間想象力有很高的要求，經常是花費很大精力還是不可避免存在一些錯漏碰缺。現在通過應用BIM技術，運用相關軟件，可以對所建立的信息化模型進行可視化的碰撞檢查，通過碰撞檢查模擬，可查看凈高、管線之間的軟硬碰撞，管線與結構之間的碰撞，自動生成碰撞報表，優化管線排布方案，指導施工人員正確高效工作，進行施工交底、施工模擬，提高施工質量，同時也可提高與業主溝通的能力。

3.4 施工模擬

在2D 工作模式下，由于技術手段限制及信息收集不足，虛擬施工難以實現，施工中常憑借個人經驗來確定施工方案，返工、物料浪費、進度拖沓等現象頻頻出現。通過BIM 技術，可對3D 模型進行維度的拓展，加上4D（時間）維度，形成BIM 4D 進度管理模型，進行虛擬施工演示（見圖4），再關聯日、周、月等時間信息，可隨時查看項目進度與施工計劃，及時對進度與計劃進行調整。結合其他相關技術，如云、物聯網、射頻技術等，可以使施工方、監理方、業主方等對項目進度、物料使用狀況、人員配置、現場布置及安全管理等各方面情況一目了然，通過此方法優化施工方案，可大大減少建筑質量及安全問題，減少返工和整改情況。

圖3 碰撞檢查

圖4 施工模擬

3.5 安全管理

超高、復雜、異形等建筑物的建造，施工安全難以管理。BIM技術因具有可視化、動態化、協調性、模擬性等特征而被項目管理人員逐漸接受，在施工安全管理方面起到了較強的指導作用。與傳統安全管理方式不同，BIM技術可使項目管理人員更加直觀地實時辨識現場危險源，并及時采取措施消除事故隱患，防止事故發生。同時，對施工作業人員的安全技術交底、安全告知、安全警示等，可由傳統的紙質二維圖轉變為云端的三維動態圖。三維動態圖能夠讓施工作業人員隨時關注作業場所的安全事項，從而降低事故的發生[5]。BIM 技術將可視化管理與移動終端設備相結合，運用互聯網和移動通訊技術，建立管理平臺和應用程序，現場問題可及時反饋，安全質量隱患及時整改，管理效益顯著提高。

3.6 建筑性能分析

建設項目的景觀可視度、日照情況、風環境、熱環境、聲環境等性能指標在項目開發前期就已經基本確定，但是由于缺少合適的技術手段，一般項目很難對上述各種性能指標進行多方案分析模擬，BIM 技術為建筑性能分析的普及應用提供了可能性。建筑性能分析主要包括室外風環境模擬、自然采光模擬、室內自然通風模擬、小區熱環境模擬分析、建筑環境噪聲模擬分析（見圖5）等，綠色建筑技術及產品的應用將大大提升產品的舒適性和環保性能，為業主提供更高品質的綠色產品。

3.7 運營管理

傳統的工程管理系統，受二維平面模型或對工程拆分不精細的三維模型限制，在管理過程中往往是以某個工程分部或者節點作為最小管理單位來進行整個工程的信息及生產管理，其精確性、可視性和交互性不足，使工程項目在發生緊急事件時不能為運維工作人員提供直觀的信息和位置。另外，由于相關信息和模型都是獨立的，在資產管理統計時，資產的分析統計很難將信息與實際工程部分相對應，從而影響整個工作流程的效率。

運用Revit 軟件建造的建筑模型中，包含了各個構件的詳細信息，具體包括所屬類別、名稱、材料、型號、生產廠家、價格等。利用建好的BIM模型進行運營管理，任何部位的設施出現問題，都能在第一時間了解該設施的詳細資料，有利于實現建筑設施的信息化管理。因此相較傳統的工程管理系統，基于BIM技術的管理平臺提高了整個管理過程的精確性、可視性和交互性。基于BIM技術的可視化和信息化功能，管理平臺可達到最大限度的拓展。如遇緊急事件，管理者可通過BIM模型快速找到發生預警位置的樁號、結構和預警原因等信息，并迅速安排相關人員進行緊急處理，防范事故發生或減少因事故帶來的損失[5]。

3.8 三維渲染

三維渲染在CAD 時代也可以實現，但基本都是對項目的外觀效果展示（如3DSMax），缺乏真實性，無法表現項目細部及描繪項目內部。通過BIM技術，可將模型進行細化及深化，再配合相關軟件進行貼近現實的模擬演示。模型中不僅添加了構件信息，還可以360°旋轉以及放大細部等（見圖6），項目各方均可了解建筑整體及細節，配合VR等技術可以實現虛擬現實的演示，增加業主或相關人員的真實體驗感。

4 結語

圖5 噪聲分析

圖6 三維渲染

全球建筑業界已普遍認同BIM 技術對整個建筑領域的革命性影響，BIM 技術是未來的發展趨勢。隨著大數據時代的到來，BIM技術融合云計算技術與圖像信號處理顯示技術，可將較難反映的現象、問題轉化為可見的模型和符號，把這些錯綜復雜的數據以三維模型展示，較之傳統的分析方式更加精確直觀。BIM 可視化信息綜合管理系統打破了傳統分析方式，結合VR、AR、GIS 等應用可實現教育、科研及企業應用中的智能化管理。由此可見，BIM 技術的可視化應用，必將在項目全生命周期過程中發揮巨大的作用，促進建筑業的可持續發展。