BIM技術在高層建筑深化設計中的應用探討

文／胡孟堯 常德市規劃建筑設計院有限責任公司 湖南常德 415000

引言：

隨著我國社會經濟高速發展，城市化發展進程不斷加快，城市用地日益緊張，在這樣的背景下，高層建筑得到大范圍的開發，解決了城市用地緊張這一發展問題。在進行高層建筑設計過程中，將BIM技術應用其中，設計者能夠直觀地看到建筑工程的三維模型圖，以此為建筑進行深化設計，除以上之外，通過BIM技術所具有的可視化模擬特征，能夠幫助工程各參與方以直觀的方式了解建筑各專業，對提升建筑施工質量具有重要意義。

1、概述

1.1 BIM技術

所謂BIM技術，中文簡稱為建筑信息模型，BIM的概念是基于當代社會信息技術發展背景下衍生的一種數字化表達技術，通過運用特定軟件系統，將建筑內部構造、參數信息等設置其中，將物體本身的功能、物理等特性表達出來，以此開展建筑工程設計，在整個設計過程中，所產生的各項信息都可作為后期施工、維護等全壽命周期中的參考[1]。除以上之外，因BIM技術是以三維模型作為基礎而產生的，因此在進行建筑設計過程中，可針對模型中的數據進行動態調整和優化，促使整個設計更具實施可行性，與此同時，在項目建設各階段，參與項目的施工、設計、建設等單位可進入BIM共享平臺，根據自身工作需求從中獲取、更新數據信息，在其中落實自身工作職責，達成協同目的。

1.2 深化設計

所謂深化設計，就是基于條件圖或原理圖，根據工程施工現場實際，對已有的圖紙進行更深層次的細化、完善。經過深化設計后形成的圖紙，更容易滿足建設單位提出各項要求，符合產品生產、安裝規范要求，通過對此進行全方位的審查，促使圖形合一，以此對工程現場施工起到指導性作用。經過深化設計后圖紙更具實施可行性，滿足施工現場施工要求，明確施工各環節工作范圍，為交叉施工提供有力施工條件，對施工進度起到控制作用；圖紙中的內容更為詳細，能夠對工程施工中所產生的造價預算進行調整，另外，通過社會設計后，工程設計圖紙更具系統化，對推動當前工程項目進展具有一定作用。

2、傳統裝配式高層建筑深化設計中遇到的問題

2.1 標準化程度低

其一，所采用的軟件設計，缺乏統一性的標準制度，使得建筑項目在設計過程中所使用的專業軟件在進行數據銜接和傳遞上存在一定的困難度，如果使用其中一種繪圖軟件進行設計，使用另一軟件打開這一文件，經常會出現圖形變形、數據丟失等情況 這就對設計者在進行設計交流時造成一定影響，無法保證設計信息的銜接準確性[2]；其二，軟件中所采用的設計標準與國家標準之間存在不一致之處，例如制圖標準和尺寸標注方式存在差別，軸線畫法不滿足標準要求等等，雖然各專業在設計中滿足相應標準要求，但如果多個專業間進行數據交換，則沒有制定相對統一的標注要求。

2.2 二維圖紙表達的局限性

以往在進行高層建筑設計過程中，雖然已經實現應用計算機制作設計圖紙，但大多情況下都是采用CAD繪圖軟件進行設計工作，這就使得設計方式、設計組織形式依舊采用以往傳統模式，這種情況下很容易出現數據前后不一、設計重復、數據冗余等情況，必然會對最終設計質量產生影響，與此同時，項目參與方也不能實時掌握當前設計進度，無法為后續施工作業的開展提供參考依據。另外，雖然當前很多設計單位建立局域網絡，但是針對設計的信息化技術開發例如還需要有待提升，沒有設立針對各專業設計人員在進行設計信息共享所使用的協同平臺，設計人員無法在第一時間內獲取設計進展信息，沒有真正將網絡在設計中的作用發揮出來，也沒有達成協同設計目標。

2.3 構件碰撞問題難以提前發現

就以往傳統模式下的裝配式高層建筑設計來看，雖然借助已有的軟件能夠生成墻體、門窗等設計功能，但實際上，這些圖形在實際施工中的合理性還存在很多缺陷之處，需要進一步做修改，特別是完成設計后，對于圖紙中一些構件碰撞部分是否存在問題很難察覺到，經常在后期施工中發現構件碰撞上的問題，這種情況下可能需要對設計圖紙進行修改，一般來說，修改圖紙具有一定的麻煩特征，如果對平面圖進行修改，還要對立面、剖視等圖紙進行相應地修改。另外，如果在設計過程中某個設計部位被疏忽，嚴重情況下可能會引發質量事故，為施工造成不必要的損失。

3、BIM技術深化設計實施方案

3.1 制定BIM技術規范標準

從本質上來講，基于BIM技術進行深化設計，是在已有模型的前提下進行的，而對于高層建筑進行深化設計，其對于建筑三維模型的數量、質量都要做到精準性的把控，才能在規定的時間、成本要求下達成深化設計各項要求。基于此，在實際設計過程中，應針對高層建筑項目不同階段、專業所提出的深化設計要求和特征進行分析，制定各階段的模型精度和表現形式標準，并結合工程施工實際將參數信息、成果形式加入其中。

3.2 建立BIM協同管理模式

開展深化設計，不可能通過某個單位自身的努力來完成，尤其是針對高層建筑，需要將施工過程中可能出現的各種因素考慮其中，以此為基礎進行深化設計才能最大化滿足施工實際需求，有效減少后期施工中可能遇到的各種問題。因此在進行深化設計過程中，還要將各參與方在其中的協調性作為重點內容加入其中，通過建立BIM協同管理模式，在進行深化設計過程中，能夠及時針對其中的設計問題進行溝通，保證整個設計過程的透明性，參與各方及時對設計成果進行確認，以此保證最終設計結果具有實施可行性[3]。

3.3 制定針對性BIM 技術方案

針對高層建筑進行深化設計時，針對其中的設計重難點部分，結合深化設計任務特征制定多種解決方案，然后選取其中最為合適的BIM軟件開展深化設計。舉例來講，應用圖紙對比軟件，對多個版本設計圖紙中的差別進行查找，相比較人工的方式進行查找，不僅僅提升比對工作效率，同時也能夠保證查找的準確性。

3.4 建立BIM技術保障機制

將BIM技術科學應用于高層建筑深化設計中，需要其中各項工作環節的有效溝通，以及項目參與各方之間共同協作起到支持性作用。換句話說，如果其中某項工作環節，或者某個項目參與方出現問題，BIM技術在高層建筑深化設計中的應用將成為無用功，無法切實發揮其應用成效。基于此，為保證深化設計的有效性，這就需要對此制定相應保障措施，通常情況由建設單位和總包單位作為牽頭人，真正發揮總包對深化設計的統籌管理作用，確保BIM技術在高層建筑深化設計中的有效施行。

4、BIM技術在高層建筑深化設計中的應用分析

本文以喜來福公館作為案例進行分析，該工程具有工程量大、設計復雜，其中所設計到的現代化施工工藝、材料等非常多，這就在一定程度上使得該建筑項目的深化設計困難度加大，將BIM技術應用其中，以三維模型作為該項目設計中的基礎，為之后深化設計制定專門的實施方案，以此解決該項目在深化設計中的困難。

4.1 深化設計流程

在喜來福公館建筑項目工程中，該工程屬于高層建筑，建設所處區域的地下機電管線相對集中，各類專業管綜的分布形態具有一定的復雜性特征，其建筑周邊還設有配套的交通、綠化景觀等，這就為該項目在進行排布上帶來一定的困難度，為改善以往所采用的二維圖紙在深化設計上存在的不足之處，通過BIM技術對此進行深化設計，具體來講：

4.1.1 基礎建模

通過對當前工程項目已有的CAD設計圖紙進行分析，由專業BIM工程師對此開展三維建模，在進行建模過程中，應分析圖紙中是否存在與實際工程施工不相符的問題，然后針對問題與相關設計者進行溝通[4]。與以往傳統模式下的二維圖紙對比來看，通過三維建模的模式，能夠以更為直觀的方式查找設計中存在的問題，根據施工各階段建設需求，制定符合當前工程性質的規范標準，以此確定模型的精度、標準等等。

4.1.2 碰撞檢測

完成三維基礎建模后，在針對各專業模型進行碰撞檢測，碰撞檢測的目的在于找到當前模型中存在的不可行之處，以及設計圖紙中存在的問題，通過檢測后獲取相應的碰撞報告，然后再由工程項目部門根據建設需求對碰撞報告進行定制改版，以便于工程現場管理工作人員能夠準確掌握圖紙中信息，找到定位所處位置，并針對該部分問題制定相應的解決方案。完成碰撞檢測后，還要將檢測后的碰撞結果匯報至上級部分，然后由工程項目參與方針對報告制定調整方案，以此對后續工程項目施工的管綜調整工作提供指導。

4.1.3 確認模型

完成管綜調整后，將當前高層建筑項目參與方負責人召集，針對三維模型確認開展會議，會議的目的在于針對模型經過調整后，是否滿足相關設計參數要求，是否符合相關規范標準要求等等進行確認，如果其中還是存在問題，則對模型進行更進一步的調整，直至最終調整后的模型符合項目參與各方提出的相關要求[5]。

4.1.4 二維出圖

項目參與各方確認模型沒有問題后，即可根據最終確認的模型出具二維圖紙，要求二維圖紙中將管線標高、各節點、平面位置標注其中，這樣做的目的在于保證最終完成的圖紙能夠為工程現場施工作業提供指導。另外，對于施工中的車庫上方、機房出入口、豎井等一些具有復雜性特征的節點部分，應出具剖面圖，與平面圖紙相結合，將管綜所處具體空間位置信息表達出來，以此保證后續施工作業能夠順利開展。其中需要特別注意的是，所有圖紙都要由當前工程設計方親自簽字確認，以此保證圖紙信息的準確性。

4.1.5 工程監督

參與高層建筑施工的分包單位，根據自身專業對二維圖紙中所標注的洞口預留、管線等開展施工作業，總包單位根據三維模型與當前工程施工現場情況進行對照，以此對施工作業情況進行全面的監督，在監督過程中如果出現分包單位現場施工情況與三維模型之間存在不一致時，總包方在第一時間內根據現場情況對三維模型進行適當調整，以此保證高層建筑施工現場能夠嚴格按照三維模型調整結果開展施工作業，真正實現各專業之間在施工中的協同，以此嚴控工程施工質量，滿足設計規范要求。

4.1.6 實施效果

將BIM技術應用于高層建筑深化設計過程中，通過對二維圖紙進行深化，能夠在施工前預知工程施工中構件碰撞、交叉工序可能產生的風險，然后運用三維模型對此進行合理的調整，能夠及時解決后續施工可能遇到的問題。在喜來福公館項目中應用BIM技術，對施工現場起到了一定的指導性作用[6]。相比較于以往所采用的傳統二維深化設計模式而言，在原有基礎上進一步提升了深化設計效率，經過BIM技術進行深化設計后 ，所呈現出來的圖紙信息更為詳細、準確。與此同時，以三維的形式將當前建筑工程設計模型呈現出來，施工參與各方對其中一些相對復雜的節點部分把控也更為簡單、便捷。從整體上來看，采取BIM技術對高層建筑進行深化設計已經得到工程參與各方的大力推崇和使用。

將BIM技術應用于高層建筑深化設計中，為針對三維模型調整制定相應的設計原則，建設單位、設計單位以及施工單位之間應對此多次進行溝通，在項目建設前期階段，設計單位最重視的部分就是規范標準以及當前建筑對功能方面提出的要求；而建設單位則重視建筑凈空標高等各項參數信息，分包單位則重視施工現場施工的便利性。基于以上，在提出有關三維模型調整的意見過程中，各參與方都是站在自身的利益，基于自身對工程建設需求來對模型進行適當的調整，如果只是采納其中一方的調整需求，無法形成相對統一的調整意見。對此組織各方參與BIM協調會，將各方負責人集中起來，統一通過模型將其中的碰撞點展示出來，然后根據各方提出的設計需求對模型進行相應的調整，以更為直觀的表達方式將各方對設計提出的調整建議優勢和缺陷呈現出來，各方根據模型調整后的效果互相協調，最終設計出具有實施可行性的方案。基于BIM技術進行深化設計后的三維模型，一方面能夠被設計單位簽認；另一方面能夠為工程現場施工作業提供指導，以此防止因多次進行模型調整造成的浪費情況，具有積極性應用意義。

4.2 復雜節點深化設計

從整體上來看喜來福公館這一高層建筑特征來看，整體設計上具有一定的復雜性特征，特別是其中鋼骨柱等材料的應用量比較大，這就在一定程度上為節點深化設計部分的工作帶來困難度[7]。從二維設計圖紙的角度來看節點部分的設計，關于鋼骨柱和梁之間產生的穿孔、貫通、錨固、連接等情況經常出現交叉性的設計錯誤，當前已有的設計軟件雖然依舊使用鋼筋規范標準要求進行鋼筋排布、生成連接方式等操作，但無法對細節部分進行調整，再加上實際施工中可能發生的變數比較多，在滿足設計規范的前提下來時間節約時間、材料以及人力資源，才是人為方式進行設計調整的重要方向。

基于以上，應用BIM技術對工程項目中的節點開展深化建模設計，基于相關規范標準、施工圖集，針對當前工程快速生成鋼筋彎鉤，自動完成箍筋排布，同時還能夠對鋼筋和鋼構件之間的碰撞進行檢測，通過BIM技術進行深化設計所產生的成效，具有其他一般軟件、人工深化都不能與之比擬的優勢，呈現出來的三維設計模型可對施工作業進行指導，同時模型中附帶的各項參數、排布方式等也會根據設計變更進行相應的調整，在很大程度上提高了節點部分的深化設計效率，縮短節點部分深化設計所需要的時間和人力資源。完成深化設計后，將圖紙和三維模型兩者結合起來，與工程現場施工實際相結合對技術人員進行交底，對保證施工質量具有非常重要意義。

5、BIM技術在高層建筑深化設計中的應用優勢分析

5.1 效率高

通過應用BIM技術開展高層建筑深化設計，在二維模式的基礎上進一步提升了深化設計工作效率，例如，在對喜來福公館項目進行節點排布時，所需時間相比較于以往縮短了50%以上的時間。

5.2 成本低

應用BIM技術對高層建筑開展深化設計，只需要在當前項目建設模型的基礎上進行相應的深化和調整，即可達成節點排布、碰撞檢測等各項功能，不需要耗費人力資源對深化設計的可行性進行驗證和計算，有效節約了人力、物力等資源的成本支出。

5.3 創新性

將BIM技術應用于高層建筑深化設計中，能夠為項目提供更合適的總包管理模式，以此為基礎制定相應的總包模型管理體系，以及分包管理協議，以便于更順利地將深化后的模型應用于實際施工中，這對于提升施工質量而言具有積極性意義。

5.4 直觀性

應用BIM技術開展深化設計，能夠促使項目參與各方以更為直觀的方式查看當前工程項目中的復雜節點空間所處具體位置，以及其中不規則類的建筑形體信息，其中主要有工藝搭接、基礎模型等等，即便不是工程專業方面的認識，也能通過模型掌握其中的復雜節點信息，再加上模型中都會明確指出相應的數據信息，以便于技術人員第一時間發現其中可能存在的問題，有效提升設計方案的可靠性。

結語：

綜上所述，隨著現代化建筑領域的發展，以往所采用的傳統CAD技術已經無法滿足當前建筑設計要求，而BIM技術是基于CAD的基礎上衍生出來的一種新型三維技術，在喜來福公館這一高層建筑項目中，將BIM技術應用其中，相比較于二維深化設計模式更具設計優勢，相信在不久的將來，BIM技術會逐漸成為建筑設計的必然發展方向，在現代化建筑設計中占據一席之位。