BIM技術(shù)融入建筑工程設計中的實踐方法

摘 要：隨著工程設計工作越來越復雜，傳統(tǒng)二維設計技術(shù)已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代建筑工程設計的需求。BIM作為一種新興技術(shù)開始逐步應用于建筑工程設計中，不僅具有建筑結(jié)構(gòu)可視化功能，還能對各類復雜設計數(shù)據(jù)開展綜合分析，全面提升工程設計的效率與質(zhì)量，為工程后續(xù)建設提供有力保障。基于此，探討B(tài)IM技術(shù)的優(yōu)勢，分析將其融入建筑工程設計的流程與實踐方法，以期為更多同類型工程提供參考。

關(guān)鍵詞：BMI技術(shù)；建筑；工程設計；實踐方法

中圖分類號：F407.9" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）04-0120-03

0 引言

建筑信息模型（BIM）是一種能夠借助數(shù)字三維將建筑物的物理、功能等相關(guān)特征呈現(xiàn)出來的一種新興技術(shù)，其展示的信息更完整、更全面，可以通過數(shù)字化方式將建筑工程的相關(guān)信息統(tǒng)一保存在數(shù)據(jù)庫中，從而為工程設計人員提供完善的參考信息與數(shù)據(jù)。利用BIM技術(shù)可以對建筑工程的場景相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時聯(lián)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，并構(gòu)建出三維模型，設計人員僅需要對該模型進行調(diào)整與優(yōu)化，即可實現(xiàn)整個建筑工程設計的優(yōu)化，提升工程設計的效率與質(zhì)量。

1 BIM技術(shù)融入建筑工程設計優(yōu)勢

1.1 協(xié)調(diào)與共享

與CAD技術(shù)比較，BIM技術(shù)能夠通過動態(tài)方式將整個建筑工程的三維模型創(chuàng)建流程展現(xiàn)出來，設計人員通過觀察三維模型就可以檢查設計問題，可以對結(jié)構(gòu)設計實施調(diào)整與優(yōu)化。施工人員可以在BIM軟件中同步輸入工程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多部門協(xié)調(diào)管理。BIM技術(shù)還能實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的實時共享，規(guī)避無法及時獲得信息或信息不完整等問題，使得各參建方都能夠通過共享信息進行協(xié)同設計，提升工程設計質(zhì)量。

1.2 高效模擬

在建筑工程設計中融入BIM技術(shù)，設計人員可以借助該技術(shù)模擬建筑工程內(nèi)部透光、采光效果，以及模擬建筑物的日照規(guī)律與風速環(huán)境等，從而為設計方案的優(yōu)化提供更多參考數(shù)據(jù)。這不僅能夠確保設計方案的科學性、合理性，還能確保建筑物投入使用后具有更高的經(jīng)濟性與安全性。

施工設計時，借助BIM技術(shù)可以模擬出現(xiàn)場施工的具體情況與過程，再依據(jù)模擬結(jié)果，對施工方案、流程等進行優(yōu)設計。BIM技術(shù)還能夠模擬出工程管理現(xiàn)場突發(fā)事故的應急處理情況，從而為現(xiàn)場管理工作的有效開展提供支持。BIM技術(shù)所具備的高效模擬優(yōu)勢，不僅能提升建筑工程設計的效率與質(zhì)量，還能減少設計、施工以及現(xiàn)場管理等環(huán)節(jié)投入的資源成本，為工程建設的安全、有序開展提供支撐[1]。

1.3 全程可視化

將BIM技術(shù)融入建筑工程設計工作中，設計人員可以將結(jié)構(gòu)設計、施工設計、建設過程以及竣工驗收等相關(guān)信息數(shù)據(jù)全部輸入軟件，從而構(gòu)建一個完整的三維模型，模擬出整個建筑的結(jié)構(gòu)形式與施工過程。傳統(tǒng)的建筑工程設計一般是人員手工在紙上繪圖，不僅時間成本過高，而且無法完整呈現(xiàn)出施工過程，容易影響工程的順利施工。

BIM技術(shù)具備可視化優(yōu)勢，可以完善手工繪制平面圖紙，通過三維立體模型圖將平面圖紙無法展現(xiàn)的細節(jié)呈現(xiàn)出來，從而確保設計圖紙與實際施工更符合、更對稱，減少返工事件。BIM技術(shù)不僅能減少建設成本，還能加速工程施工進度，為工程項目建設的順利、安全開展提供有力保障，提升建筑企業(yè)的整體效益。

1.4 可計算性

BIM技術(shù)具備可計算優(yōu)勢，主要是指可優(yōu)化性、模擬性以及仿真性的綜合特性。設計人員在建筑工程設計時，利用BIM技術(shù)模擬測試出建筑物實際的日照、節(jié)能以及熱能傳導等功能，并在BIM中分解工程量，設計出詳細的時間表。在工程招投標、施工等環(huán)節(jié)將模擬情況展示出來，與工程造價系統(tǒng)進行結(jié)合，從而對整個工程的成本進行精準控制。針對建筑物投入運營后的情況，則可以借助BIM技術(shù)模擬地震逃生、消防疏散等應急事件，通過仿真實驗測試出建筑物的其他功能需求，以便在工程設計階段就進行優(yōu)化、調(diào)整。

2 BIM技術(shù)融入建筑工程設計的流程

2.1 工程設計方案

構(gòu)建出建筑工程方案模型后，設計人員與各方相關(guān)人員針對BIM方案模型展開溝通，對相關(guān)進行參數(shù)整合分析，完成初步模型設計。具體如下：①設計人員將各個專業(yè)工程師組織起來，共同細化與調(diào)整設計方案。②設計人員以已明確的結(jié)構(gòu)為依據(jù)，進一步確定各類部件實際的尺寸與位置等信息，從而將建筑工程的信息模型構(gòu)建出來。③將轉(zhuǎn)換接口連接于計算機軟件，針對建筑結(jié)構(gòu)開展高效計算，并將具體的結(jié)構(gòu)信息反饋至建筑信息模型當中。④若模型需要更改，設計人員可以在建筑信息模型中直接進行調(diào)整，BIM系統(tǒng)可以自動對各項相關(guān)數(shù)據(jù)進行同步修改，避免反復搭建或更改模型等問題。通過上述流程可以確定建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)構(gòu)件具體的尺寸、位置以及配筋等信息，然后錄入BIM模型中完整[2]。

2.2 設計施工圖

建筑工程的施工圖設計環(huán)節(jié)，設計人員可先采用BIM技術(shù)切分模型，再對施工圖進行優(yōu)化設計，避免手工繪制圖紙的缺陷。在設計施工圖時，需要注釋的信息與構(gòu)件的數(shù)據(jù)完全一致，所以不需要設計人員再次進行數(shù)據(jù)的手工錄入，只要通過軟件將注釋項直接加入施工圖當中即可。注釋信息和構(gòu)件數(shù)據(jù)為相互聯(lián)系的關(guān)系，因此如果構(gòu)件的參數(shù)發(fā)生改變，施工圖當中與之對應的注釋信息就會隨之改變，始終保證施工圖各項信息與模型保持完成一致性。

2.3 完善BMI模型

隨著結(jié)構(gòu)設計工作的不斷推進，建筑工程的信息模型逐步完善，從而形成完整的BIM模型。此時，需要設計人員對各類構(gòu)件、配筋等信息作進一步的細化，借助于三維技術(shù)將工程的詳細數(shù)據(jù)收集起來，從而為整個工程的造價估算供以參考。設計人員還能借助BIM技術(shù)對模型實施渲染，將整個工程效果以可視化的方式呈現(xiàn)出來，并利用計算機軟件于BIM結(jié)構(gòu)模型當中將各項結(jié)構(gòu)設計的具體信息與數(shù)據(jù)提取出來，為模型后續(xù)的應用打下基礎。BMI建筑工程信息模型如圖1所示。

3 BIM技術(shù)融入建筑工程設計的實踐方法

3.1 預算統(tǒng)計

在傳統(tǒng)建筑工程設計中，關(guān)于建筑機電的綜合管線安裝設計，大部分采用AutoCAD軟件，依據(jù)二維繪圖及三維設計設計出管線的實際排布，但實踐證明應用效果差強人員。而BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)庫擁有更全面、完美的信息數(shù)據(jù)，可以讓設計人員、施工人員都能獲取更精確的數(shù)據(jù)信息，為建筑工程的管線布設設計方案提供參考，對施工成本進行綜合考量，最終選最科學、最省資源的施工方案。BIM技術(shù)還可以借助云處理為設計、施工等各方單位提供準確、全面的數(shù)據(jù)信息，為綜合管線的施工方案設計與安裝施工提供參考[3]。

3.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案

結(jié)構(gòu)方案設計是建筑工程至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，需要工程各個參與方進行數(shù)據(jù)交換，并積極進行協(xié)調(diào)溝通與反饋，數(shù)據(jù)交換工作變得十分頻繁。對此，必須嚴格依據(jù)設計階段給出的工程業(yè)務流程來設計結(jié)構(gòu)方案，在設計時主動融入IFD模式，讓工程的各個參與方可以提前介入工作，借助協(xié)同管理方案，快速、高效地解決碰撞、錯漏缺等相關(guān)問題。BMI建筑工程結(jié)構(gòu)方案設計的業(yè)務流程如圖2所示。

3.3 繪制工程結(jié)構(gòu)圖紙

BIM技術(shù)應用于建設結(jié)構(gòu)圖紙的繪制工作，可以直接創(chuàng)建一個三維模型，從而讓后續(xù)的設計工作有足夠的數(shù)據(jù)資料作為參考。三維模型不僅具有可視化，還有立體感、層次感，設計人員可以更直接地觀察結(jié)構(gòu)細節(jié)。對三維模型當中有問題的部分進行調(diào)整，進一步優(yōu)化設計細節(jié)，確保每項設計與工程預期給出的要求相符合，減少工程后續(xù)施工可能出現(xiàn)的風險。

在Revit環(huán)境當中，如果需要使用到結(jié)構(gòu)或者是機電等模型，可先將模型導入到Navisworks 軟件當中，自由檢測各個主體模型，再根據(jù)檢測結(jié)果編出對應的檢測報告，以便第一時發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設計當中存在的沖突或問題，及時調(diào)整結(jié)構(gòu)，確保整個工程可以嚴格依據(jù)既定標準開展施工[4]。

3.4 三維建模技術(shù)

BIM是一項以信息化技術(shù)作為基礎的先進技術(shù)，可以借助多種不同的軟件來對建筑工程相關(guān)的參數(shù)進行確定與修改。修改確定過程中可以借助三維建模完成，只需要設計人員將建筑工程的結(jié)構(gòu)布局、特點輸入軟件，軟件就可以自動構(gòu)建出三維模型，將整個建筑工程的結(jié)構(gòu)以直觀、立體的畫面展示在計算機系統(tǒng)當中。設計人員還可以對模型所展示出來的內(nèi)容進行隨意修改，或者通過三維模型進一步檢驗與審核建筑需要具備的相關(guān)功能。

與傳統(tǒng)的審核模式相比，融入BIM技術(shù)可以提升審核數(shù)據(jù)的準確性。比如對建筑某個結(jié)構(gòu)的受力能力進行分析時，采用BIM三維建模能夠?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)實際的受力數(shù)值進行分析，并對建筑的地基承重力開展進一步核算，從而將建筑各個結(jié)構(gòu)部位與整體的受力能力計算出來，為結(jié)構(gòu)設計的調(diào)整與優(yōu)化提供參考。

3.5 綜合管線的碰撞檢驗

碰撞檢驗主要是指在建筑工程施工前，借助對應技術(shù)對設計圖紙開展審查，查出設計圖紙當中存在的不合理問題，并進行更正。如果采用傳統(tǒng)的二維平面設計進行檢驗，極易產(chǎn)生平、立、剖圖紙等不統(tǒng)一的問題，導致構(gòu)件于空間出現(xiàn)碰撞，造成多次返工、工期延長以及浪費材料等一系列問題。采用BIM 技術(shù)則可以借助三維模型完成碰撞查驗工作，高效、快速的發(fā)現(xiàn)遺漏問題。

碰撞查驗包括了多專業(yè)、單專業(yè)兩種碰撞查驗。單專業(yè)查驗主要是進行建筑、結(jié)構(gòu)或是機電等某一方面的檢查，然后確定出碰撞點。多專業(yè)查驗則是針對建筑、結(jié)構(gòu)以及機電等專業(yè)2個或以上的項目開展查驗，可以發(fā)現(xiàn)更多的碰撞點，查驗工作也更復雜，需要設計人員嚴格篩查結(jié)果，并及時進行設計調(diào)整。

3.6 工程場地分析

場地分析是建筑工程設計非常重要的一個環(huán)節(jié)，其分析結(jié)果會直接影響建筑物整體的定位、外觀以及方位等相關(guān)信息的定位。在工程項目的規(guī)劃設計環(huán)節(jié)，設計人員就需要進入工程場地，對現(xiàn)場的植被、地貌以及氣候等自然條件開展調(diào)查與分析，再依據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)進行合理設計。

采用傳統(tǒng)的二維設計方法，設計人員分析場地時容易受到主觀判斷的影響，整體數(shù)據(jù)與信息的準確性、可靠性都明顯不足。而采用BIM與GIS兩項技術(shù)聯(lián)合共用的方式，就可以構(gòu)建出場地的三維模型，并在該模型中進行建筑物的模擬建設，為工程設計采集更完整、準確的數(shù)據(jù)資料[5]。

3.7 遮擋與日照設計

建筑工程在日照方面的需求，需要依據(jù)建筑具體的使用功能、當?shù)氐淖匀粴夂虻榷喾N因素來確定，設計師人員需要考慮太陽每日位移產(chǎn)生的光照角度，每個時段光照的強度，依據(jù)工程所處的地區(qū)屬性與自然環(huán)境等，科學、合理地確定日照情況，然后進行建筑結(jié)構(gòu)設計，以確保建筑物投入使用后獲得最佳的日照效果。

日照分析環(huán)節(jié)需要使用到BIM技術(shù)主要是Autodesk Ecotect Analysis軟件。該軟件可以模擬分析太陽的輻射、日照以及遮擋等情況，并對3D Max、CAD以及Revit等多款軟件均有良好的兼容性，多種文件格式均可輸入軟件分析。Autodesk Ecotect Analysis還具備有建模功能，可以快速構(gòu)建工程三維可視化模型，并對建筑物的光照、遮擋等進行模擬分析，獲取具體的日照時間、強度以及陰影改變等信息數(shù)據(jù)，再結(jié)合建筑日照標準表，設計人員就可以對建筑物的功能分區(qū)、朝向、遮擋結(jié)構(gòu)等進行更科學、合理的設計[6]。建筑工程日照標準表如表1所示。

4 結(jié)束語

BIM技術(shù)用于建筑工程設計中可以對整個工程的規(guī)劃設計進行優(yōu)化，不僅能夠提升設計工作的效率與質(zhì)量，還能對設計流程進行簡化，減少材料、資源浪費等問題，建筑企業(yè)應在工程設計中積極融入BIM技術(shù)，主動探索BIM技術(shù)用于建筑工程設計實踐的創(chuàng)新途徑，為建筑行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展提供助力。

參考文獻

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[3] 李倩.BIM技術(shù)在建筑工程正向設計中的應用[J].油氣田地面工程，2022，41（7）：8-13.

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[5] 劉嫣然.試論BIM技術(shù)在建筑工程設計管理中的應用效果[J].包裝世界，2022（4）：112-114.

[6] 劉威.BIM技術(shù)在現(xiàn)代建筑工程結(jié)構(gòu)設計中的應用研究[J].中國建筑裝飾裝修，2022（20）：68-70.

收稿日期：2023-12-11

作者簡介：彭永輝（1981—），男，浙江寧波人，博士研究生，高級工程師，研究方向：市政工程。