BIM技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

徐 剛

建筑工程涉及內(nèi)容較多且設(shè)計(jì)方面相對(duì)煩瑣，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段因與實(shí)際情況不符造成多次返工的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，不僅影響建筑工程的整體施工進(jìn)度，還不利于我國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)能在建筑工程全過(guò)程中為設(shè)計(jì)工作提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持，使工程設(shè)計(jì)人員的認(rèn)知更精準(zhǔn)，為后續(xù)開展相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。因此，對(duì)新時(shí)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(xué)習(xí)的重要課題。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 技術(shù)是一種在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)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(guò)程中各個(gè)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(wèn)題，為工程項(xiàng)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(jì)工作，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具。在建筑工程設(shè)計(jì)中運(yùn)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(jì)更具科學(xué)性，同時(shí)也能有效減少設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，從而全面提升工程整體質(zhì)量[1]。在運(yùn)用BIM 技術(shù)的過(guò)程中，工程設(shè)計(jì)人員可利用三維模型闡述設(shè)計(jì)內(nèi)容并形成設(shè)計(jì)圖紙，減少工程設(shè)計(jì)中不必要的煩瑣環(huán)節(jié)，從而提升建筑工程的設(shè)計(jì)效率。BIM 技術(shù)的具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）可視性。傳統(tǒng)建筑工程設(shè)計(jì)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(jì)工作缺乏科學(xué)性與精準(zhǔn)度。利用BIM 技術(shù)可以客觀呈現(xiàn)建筑三維立體模型，同時(shí)更精準(zhǔn)地體現(xiàn)建筑工程的整體結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)工作更具準(zhǔn)確性與完整性[2]。

（2）模擬性。利用BIM 技術(shù)能動(dòng)態(tài)模擬施工過(guò)程中的各項(xiàng)操作，精準(zhǔn)模擬建筑工程的設(shè)計(jì)成果，為后續(xù)施工工作提供保障。BIM 技術(shù)還能運(yùn)用系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)的方法，結(jié)合各項(xiàng)數(shù)據(jù)給出最優(yōu)的建筑工程施工方案并逐步落實(shí)[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(wèn)題并進(jìn)行有效溝通，通過(guò)多方共同協(xié)調(diào)工作，對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)工作提出最優(yōu)方案，全面解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)減少損失的目標(biāo)。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(jì)圖紙，避免出現(xiàn)重復(fù)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，使工程設(shè)計(jì)更高效，為建筑工程設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

2 BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)工作中的作用

2.1 有助于促進(jìn)信息技術(shù)與建筑領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合

信息技術(shù)的跨越式發(fā)展為我國(guó)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(jì)在應(yīng)用信息技術(shù)的過(guò)程中存在局限性，主要針對(duì)設(shè)計(jì)局部或設(shè)計(jì)某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)用，無(wú)法有效銜接各個(gè)部分的具體數(shù)據(jù)或內(nèi)容，造成設(shè)計(jì)效率低、設(shè)計(jì)難度大等問(wèn)題。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑工程設(shè)計(jì)工作能有效促進(jìn)信息技術(shù)與建筑領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合，實(shí)體展示建筑工程的整體情況，便于設(shè)計(jì)人員后續(xù)調(diào)整設(shè)計(jì)方案。由此可見(jiàn)，利用BIM 技術(shù)能有效加快建筑工程進(jìn)度，減少工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題，全面提升整體質(zhì)量。

2.2 有助于深化設(shè)計(jì)與節(jié)約時(shí)間成本

工程設(shè)計(jì)人員在BIM 平臺(tái)中能夠全面檢查設(shè)計(jì)圖紙中存在的問(wèn)題并詳盡修改，全面優(yōu)化工程項(xiàng)目模型，有效節(jié)約時(shí)間與人力成本。在傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計(jì)工作中，工程設(shè)計(jì)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(jì)問(wèn)題易造成施工隱患。而BIM 技術(shù)支持建筑工程設(shè)計(jì)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(jì)圖紙中存在的碰撞情況。同時(shí)，工程設(shè)計(jì)人員借助BIM 平臺(tái)還能及時(shí)與施工人員溝通，雙方共同完善設(shè)計(jì)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(jì)有效性

與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式相比，應(yīng)用BIM技術(shù)能提升建筑工程設(shè)計(jì)的可視化程度，有效模擬后續(xù)施工過(guò)程并優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，大幅提升建筑工程的整體設(shè)計(jì)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(jì)方案更具視覺(jué)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(shí)改善設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的不足，全面提升建筑工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

3 BIM 技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于預(yù)算統(tǒng)計(jì)

以往建筑物機(jī)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(jì)為依托完成管線排布的設(shè)計(jì)工作，但應(yīng)用于機(jī)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(kù)，能輔助施工人員獲得更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，并以此為依據(jù)對(duì)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(gè)重要環(huán)節(jié)，能為設(shè)計(jì)單位與施工單位等各方提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，有效落實(shí)機(jī)電綜合管線安裝工程。

3.2 應(yīng)用于綜合管線設(shè)計(jì)

目前，BIM 技術(shù)已日臻成熟，其在機(jī)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(guò)程中需要注意以下3 點(diǎn)。第一，在機(jī)電綜合管線安裝工程的具體設(shè)計(jì)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(duì)布置過(guò)程中不同管線間存在的擠占與沖突問(wèn)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(wèn)題，使綜合管線在機(jī)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(jī)電綜合管線施工工程中，人力與物力的浪費(fèi)情況較為嚴(yán)重。施工人員需要審核施工圖紙，導(dǎo)致工期過(guò)長(zhǎng)，人力資源耗費(fèi)過(guò)多，且人工審核易存在失誤，不利于機(jī)電綜合管線施工有效進(jìn)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(zhǔn)，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(jī)電綜合管線安裝工作中涉及的各類施工工藝，有效形成機(jī)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(shí)改進(jìn)，有效縮短施工周期[5]。

3.4 應(yīng)用于綜合管線碰撞檢查

機(jī)電綜合管線安裝工程中要逐步排查并避免碰撞問(wèn)題，借助BIM 技術(shù)能夠確認(rèn)建筑物中的水、電、暖等管線分布狀態(tài)，有效解決碰撞問(wèn)題。在具體檢查過(guò)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(shí)保證配電室上方無(wú)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(guò)濾裝置，確保此類裝置位于冷風(fēng)機(jī)組入口。第五，檢查機(jī)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(xiàng)目要求。第六，檢查井道內(nèi)的設(shè)備，確保其與機(jī)房相關(guān)設(shè)備狀態(tài)一致。在各項(xiàng)檢查都完成后，即可使用BIM 技術(shù)模擬機(jī)電綜合管線模型。

3.5 應(yīng)用于場(chǎng)地分析

利用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)，可以對(duì)場(chǎng)地和建筑的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，在規(guī)劃階段評(píng)價(jià)場(chǎng)地的利用狀況，并分析其特征，為新建工程的場(chǎng)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(duì)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(biāo)就是施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃。因此，如何進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)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(huì)因進(jìn)度緩慢而忽視場(chǎng)地材料的合理堆放，或者因?yàn)樵O(shè)備放置不當(dāng)而造成機(jī)械障礙，從而影響工程的施工進(jìn)度。施工現(xiàn)場(chǎng)的布局要充分考慮各個(gè)作業(yè)區(qū)域的用途，并根據(jù)施工進(jìn)度盡量減少場(chǎng)地布置的變動(dòng)，保障現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)順利進(jìn)行。借助BIM 技術(shù)可以合理規(guī)劃和布局施工現(xiàn)場(chǎng)，保證工程順利進(jìn)行。

3.6 應(yīng)用于策劃論證

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

3.7 應(yīng)用于工程量統(tǒng)計(jì)

利用BIM 技術(shù)可以建立現(xiàn)場(chǎng)布局模型，細(xì)致統(tǒng)計(jì)施工現(xiàn)場(chǎng)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(jì)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布置建模后，可統(tǒng)計(jì)模型的具體工程量，并用報(bào)表的形式有效統(tǒng)計(jì)每個(gè)設(shè)備的數(shù)量。同時(shí)，BIM 技術(shù)的建模是完全基于現(xiàn)有的工程量清單計(jì)價(jià)規(guī)則，所生成的工程量報(bào)表真實(shí)可信，不會(huì)出現(xiàn)由于建模規(guī)則問(wèn)題而導(dǎo)致數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(jìn)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(duì)建筑工程技術(shù)參數(shù)的設(shè)定以及修改。該項(xiàng)工作可以通過(guò)三維建模的方式輔助完成，設(shè)計(jì)人員需要提前理解建筑結(jié)構(gòu)的布局特點(diǎn)，并構(gòu)建三維模型。建筑結(jié)構(gòu)的三維建模可以直接顯示在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)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(duì)建筑應(yīng)該具備的各種功能進(jìn)行查驗(yàn)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(zhǔn)確，例如，在分析建筑結(jié)構(gòu)某部分的受力情況時(shí)，BIM 三維建模可以分析出結(jié)構(gòu)的具體受力參數(shù)，也可以針對(duì)建筑地基承受的重力進(jìn)行重新計(jì)算。隨著城市建設(shè)的不斷加快，高層建筑越來(lái)越多，建筑結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，使用BIM 技術(shù)可以計(jì)算建筑各個(gè)部分以及整體的受力情況，并利用三維建模的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解，可以充分保證設(shè)計(jì)圖紙的科學(xué)性。

3.9 應(yīng)用于成本控制

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

3.9.1 決策階段

在設(shè)計(jì)施工之前的決策階段，可以利用BIM 技術(shù)構(gòu)建BIM 模型，對(duì)建筑工程項(xiàng)目進(jìn)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(duì)不同的施工方案進(jìn)行比較，以完成對(duì)施工設(shè)計(jì)的優(yōu)化；可以在相同的施工環(huán)境中對(duì)施工環(huán)節(jié)的各種資源分配和價(jià)格進(jìn)行計(jì)算，有效避免重復(fù)施工的問(wèn)題。

3.9.2 設(shè)計(jì)階段

建筑工程的設(shè)計(jì)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(jì)出可以對(duì)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(jì)人員應(yīng)針對(duì)工程項(xiàng)目中的各項(xiàng)資源，包括材料、施工設(shè)備以及人員等進(jìn)行合理分配，設(shè)計(jì)出具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性和可行性的施工方案。無(wú)論在施工的整體部署還是施工計(jì)劃方面，都可以通過(guò)BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化操作，有效避免施工方案在后續(xù)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)整改、返工的問(wèn)題，達(dá)到降低工程項(xiàng)目整體成本的目的。此外，應(yīng)用BIM 技術(shù)時(shí)可以通過(guò)搭建信息化平臺(tái)共享信息，便于建筑工程各責(zé)任主體之間進(jìn)行討論，擬定最終的施工方案，避免因?yàn)閭€(gè)別設(shè)計(jì)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(shì)對(duì)施工進(jìn)度以及成本控制偏差產(chǎn)生的原因進(jìn)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(kù)，當(dāng)出現(xiàn)工程變更時(shí)，可以將變更的部分設(shè)置為獨(dú)立的施工模塊來(lái)計(jì)算施工成本。

3.9.4 竣工階段

竣工階段是確定項(xiàng)目成本的關(guān)鍵階段，借助BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行竣工結(jié)算，可以立體展現(xiàn)出建筑工程中存在的問(wèn)題，并在數(shù)據(jù)庫(kù)快速找到數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，從而得到較準(zhǔn)確的工程總成本數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也可以作為檢測(cè)成本控制效果的指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑工程設(shè)計(jì)作為建筑工程項(xiàng)目的重要環(huán)節(jié)，對(duì)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(jì)管理更加規(guī)范，減少設(shè)計(jì)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(jì)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。